Учёные Московского физико‑технического института создали новый метод получения наноразмерной керамики на основе нитратов индия, галлия и цинка. Из полученного материала будут производиться специальные «чернила», необходимые при создании транзисторов и других электронных устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Ceramics International.
Наноразмерная керамика — это керамические материалы, размер частиц которых находится в диапазоне от 1 до 100 нанометров. Из‑за малого размера частиц такие материалы обладают уникальными физическими и химическими свойствами, отличающимися от традиционных керамик.
Такой материал используется в производстве различных электронных компонентов, например конденсаторов, резисторов и транзисторов, а также для создания устройств электроники на гибких подложках. Кроме того, наноразмерные керамические материалы применяются в производстве светодиодов, лазеров и других оптических элементов. Такая керамика имеет более высокую прочность и жёсткость по сравнению с крупнозернистыми аналогами. Разработчики отметили, что наноразмерные керамики могут проявлять уникальные оптические эффекты, такие как флуоресценция.
Для получения традиционных керамических материалов используется технология твердофазного синтеза, представляющая собой спекание исходных материалов при высокой температуре (около 1300°C). Чем выше температура спекания, тем больше размер частиц получаемой керамики.
Предложенный учёными МФТИ метод производства наноразмерной керамики позволяет создавать материал с различной степенью кристалличности — от полностью аморфного до высоко кристаллического. Добиться этого учёным удалось, изменяя температуру отжига от 500 до 900°C. При этом в полученном материале не было никаких нежелательных кристаллических примесей.Глеб Зирник
Первый автор исследования, сотрудник лаборатории функциональных оксидных материалов для микроэлектроники МФТИ
«Созданная технология позволяет достичь значительно более низких температур, что даёт возможность сохранить малый размер частиц. Это, в свою очередь, благоприятно отразится на свойствах получаемых „чернил“, которыми в дальнейшем планируется „печать“ электронных устройств. Использовать порошки, полученные высокотемпературными технологиями, нельзя, поскольку чернила не будут иметь необходимых свойств и не будут стабильны, и именно этим был обоснован поиск новой технологии получения».
В своём исследовании учёные провели оптические измерения, чтобы выяснить, как размер кристаллов влияет на их свойства. Исследователи изучили поглощение в области инфракрасного спектра в материале и обнаружили 17 характерных линий поглощения, связанных с колебаниями атомов. Эти характеристики сильно зависят от температуры, при которой происходил процесс спекания, и от размера кристаллов.
Как отметила старший научный сотрудник, заместитель заведующего лабораторией Светлана Гудкова, новый подход имеет перспективы применения для получения материалов системы In-Ga-Zn-O и других оксидных систем. Например, метод незаменим для получения замещённых ферритовых материалов, чем также занимается лаборатория.
По словам одного из авторов исследования, заведующего лабораторией полупроводниковых оксидных материалов МФТИ Дениса Винника, чтобы понять, как растут частицы оксида индия‑галлия‑цинка, учёные провели ряд экспериментов с использованием рентгеновской дифракции. Исследователи изучили, как изменяются условия роста частиц в зависимости от температуры и времени. Также учёные рассчитали энергию активации роста частиц при различных условиях термической обработки. С помощью различных методов электронной микроскопии исследовали форму и состояние кристаллов, полученных при различных температурах. Элементы в материале распределены равномерно, аморфных примесей нет, то есть метод синтеза был применён успешно.
Полученные результаты могут быть полезны для дальнейшей разработки на основе IGZO (индий‑галлий‑цинк‑оксид) «чернил», необходимых, например, в производстве электроники или для печати на различных поверхностях.
Источник новости: habr.com
