Морфология поверхности пленок характеризуется формой и размером кристаллита, дефектностью поверхности, пористостью, равномерностью покрытия и т.д. О форме, размере и равномерности можно судить по микрофотографиям, полученным методом растровой электронной микроскопии. В литературе[4] сказано, что метод нанесения пленок СеО2 из ПОР, обработка и природа подложки не оказывают влияния на равномерность покрытия, было выявлено, что морфология СеО2, полученного в тонкопленочном состоянии из ПОР, незначительно зависит от природы и обработки подложки.
Рисунок 10. Морфология поверхности пленок, полученных на кремниевых подложках, протравленных в: а), в), д) соляной кислоте; б), г), е) щелочи.
Рисунок 11. Морфология поверхности пленок, полученных на стеклянных подложках, протравленных в: а), в), д) соляной кислоте; б), г), е) щелочи.
Рисунок 12. Морфология поверхности пленок, полученных на покровных стеклах, протравленных в: а), в), д) соляной кислоте; б), г), е) щелочи.
На стеклянных и кремниевых подложках, протравленных в кислоте образуются пленки CeO2, которые имеют дополнительно участки, на которых сплошность пленки нарушается: на поверхности имеют некоторые трещины и впадины, что свидетельствует о неравномерности покрытия. Изменение травителя на щелочь приводит к уплотнению структуры на подложках из кремния, количество трещин уменьшается, и формируются сферические частицы (рисунок 10 и рисунок 11), однако на стеклянных подложках ситуация обратная: Изменение травителя на щелочь приводит к разряжению структуры, количество трещин возрастает, размер частиц уменьшается.
Морфология пленок СeO2, получаемых методами вытягивания на стеклянных подложках и покровном стекле и центрифугирования на кремниевых подложках, различна, пленки СеО2, получаемые на стеклянных подложках и покровном стекле методом вытягивания из ПОР Се(NO3)3-C6H4OHCOOH- C2H5OH, так же как и пленки, полученные на кремниевой подложке методом центрифугирования, неоднородны по толщине и растрескиваются, однако полости в структуре пленок, полученных на кремниевых подложках, протравленных в кислоте расположены неупорядоченно и в основном открыты (см. рис. 10); их размер изменяется в диапазоне от 15 до 29,3 нм. С изменением травителя подложки на щелочь полости становятся более упорядоченными и уменьшаются в размере до 5,2-14,7 нм.; частицы в структуре пленок, полученных на стеклянных подложках, протравленных в кислоте расположены неупорядоченно (см. рис. 11); их размер изменяется в диапазоне от 6,02 до 7,62 нм. С изменением травителя подложки на щелочь частицы уменьшаются в размере до 1,13-3,83 нм.
Морфология пленок, полученных на покровном стекле, отличается от морфологии выше представленных пленок (см. рис. 12). Эти пленки имеют ярко выраженное островковое строение, они состоят из изолированных микрочастиц (островков или кластеров). Пленки, полученные на подложке, протравленной в щелочи образуют более крупные и тонкие скопления частиц, чем пленки, полученные на подложке, протравленной в соляной кислоте, также на их поверхности также не наблюдаются «глазки» - отпавшие после растрескивания крупные частицы или области внутри скопления частиц, на которых ПОР не задержался при нанесении. Островковые образования в структуре пленок, полученных на покровных стеклах, протравленных в кислоте, расположены неупорядоченно и не соединяются между собой (см. рис. 10); размер разломов изменяется в диапазоне от 7,36 до 9,04 нм. С изменением травителя на щелочь разломы становятся более упорядоченными и уменьшаются в размере до 3,34-3,38 нм., кластеры соединены и переходят один в другой.
Вывод
Получили тонкие пленки CeO2 и изучили оптические свойства и морфологию полученных пленок, для чего подготовили подложки к нанесению пленкообразующего раствора; приготовили пленкообразующий раствор.
Пленки, полученные на подложках, протравленных в щелочи более равномерны по толщине, чем пленки, полученные на подложках, протравленных в соляной кислоте, одноко на их поверхности также наблюдаются трещины.
Из вышесказанного следует, что морфология СеО2, полученного в тонкопленочном состоянии из ПОР, незначительно зависит от природы и обработки подложки. Для получения тонких покрытий, характеризующихся большей равномерностью, требуется использовать подложки из кремния и стекла, протравленных в щелочи. Повышение плотности и однородности пленок также связано с силой их адгезии (сцепления) к подложкам, т.е. среди рассмотренных материалов подложек сила адгезии возрастает от покровного стекла к кремнию и от кремния к стеклу, а также от подложек из кремния, стекла и покровного стекла, протравленных в кислоте, к подложкам из аналогичных материалов, протравленных в щелочи.
Список использованной литературы
1. Гусенко И. В. Методы исследования топологии поверхности пьезокерамики : учеб.-метод. пособие. - Ростов н/Д., 2008. - 32 с.
2. Козик В. В. Получение тонких пленок диоксида церия из растворов салицилата церия (III) / В. В. Козик, С. А. Кузнецова, О. С. Халипова // Химическая технология. - 2010. - Т. 11, вып. 4. - С. 203-208.
3. Кравцов А. А. Разработка процессов получения и исследование физико-химических свойств наноматериалов для электронной техники на основе оксидов титана и церия : дис. канд. техн. наук / А. А. Кравцов - Ставрополь, 2016. - 186 с.
4. Кузнецова С. А. Пленки на основе диоксида церия: получение, свойства, применение / С. А. Кузнецова, О. С. Халипова, В. В. Козик. - Томск : Изд. Дом Том. гос. ун-та, 2016. - 200 с.
5. Методы получения наноразмерных материалов : курс лекций. - Екатеринбург, 2007. - 79 с.
6. Саврук Е. В. Исследование структуры поверхности подложек ГИС СВЧ из алюмооксидной керамики после электронной и лазерной обработки / Е. В. Саврук, С. В. Смирнов // Докл. Том. ун-та систем управления радиоэлектроники. - 2010. - № 1 (21), ч. 2. - С. 123-127.
7. Халипова О. С. Влияние морфологии поверхности на оптические свойства пленок СеО2 // Молодежная научная конференция Томского государственного университета 2009 г. - Томск, 2009. - Вып. 2: Проблемы естествознания. - С. 160-162.
8. Халипова О. С. Технология получения оксидных систем CeО2?SiО2 CeО2?SnО2 в тонкопленочном и дисперсном состояниях из пленкообразующих растворов и их свойства : дис. канд. хим. наук / О. С. Халипова. - Томск, 2014. - 154 с.
9. Халипова О. С. Физико-химические процессы формирования пленок СеO2-SiO2 и CeO2-SnO2 / О. С. Халипова, С. А. Кузнецова // Полифункциональные химические материалы и технологии : материалы Общерос. с междунар. участием науч. конф. - Томск, 2013. - С. 49-50.
10. Химия твердого тела и химическое материаловедение : метод. указания / сост. Л. П. Борило, С. А. Кузнецова. - Томск, 2013. - 46 с.
11. Химия твердого тела и химическое материаловедение : метод. указания / сост. Л. П. Борило, С. А. Кузнецова. - Томск, 2014. - 46 с.
12. Штеренберг А. М. Эллипсометрия: учеб. пособие / А. М. Штеренберг, Ю. В. Великанова. - Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2012. - 53 с.: ил.