«нанотехнология негіздері» ПӘннің ОҚУ Әдістемелік кешені

Семей

1 ГЛОССАРИЙ

Берілген ОӘК терминдерге байланысты анықтамалары бар сипаттамалары көрсетілген.

2 ДӘРІСТЕР

1 Нонатехнологияның зерттеу құралы

2 Соңғы жетістіктері.
Нанотехнология - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру және кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым.

Зерттеу әдістері

Нанотехнология - пәнаралық ғылым болғандықтан, ғылыми зерттеу жүргізу үшін «классикалық» биология, химия, физика сияқты бірдей әдістер қолданылады. Нанотехнология саласындағы зерттеудің негізгі әдістерінің бірі зондық микроскопиялық сканерлеу болып табылады. Қазіргі уақытта, ғылыми-зерттеу зертханалары, «классикалық» зонд микроскоптар ғана емес, сонымен қатар оптикалық микроскоптар, электронды микроскоптар, шашырау спектрометрлері және флуоресценция, ультрамикротомалар (материалдардың үш өлшемді құрылымы үшін) қолданылады.

Наномедицина және химиялық өнеркәсіп

Қазіргі заманғы медицинаның бағыты наномолекулярлық деңгейде жобалау өзгерістері мен адамның биологиялық жүйелерін қадағалау үшін наноматериалдар және нано-объектілерді бірегей қасиеттерін пайдалануға негіздеу болып табылады.

ДНҚ нанотехнологиясы - нақты айқындалған құрылымдардың, олардың негізінде құруға ДНҚ молекулалары мен нуклеин қышқылдарының ерекше негіздерін пайдалану болып табылады.

Есірткі және фармацевтикалық өнімдер нақты белгіленген нысандар (бис-пептидтер) молекулаларының өнеркәсіптік синтезі.

Агломерат қалыптастыру мәселесі

Нанобөлшектер немесе нанометрлердің бөлшектік өлшемінің ретін ғылыми қоғамдастық деп атайды, олардың бір қасиеті бар, ол олардың қолданылуына кедергі жасайды. Олар яғни бір-біріне жабысып, агломерат құра алады. Нанобөлшектер керамика өндірісінде, металлургия өнеркәсібінде перспективалы болғандықтан, бұл мәселені шешу қажет. Ықтимал шешімдердің бірі - заттарды пайдалануға болады - осындай аммоний цитрат ретінде дисперсанты (су ерітіндісі), имидазолина, олеиловый спирті(суда ерімейтін). Олар нанобөлшектер бар ортада қосуға болады.

Нанобөлшектер

Сондай-ақ, нанокомпонеттері - кез келген матрицаға нанобөлшектер енгізу арқылы алынған материалдарды атайды. .

Қазіргі уақытта, тек 50 нм үлкенірек нысандарды матрицалық жазық бетінде алуға мүмкіндік береді, ол электроникада қолданылатын микролитография әдісінде кеңінен пайдаланылады және КП және ALD әдісі арқылы микрон фильм жасау үшін пайдаланылады. Басқа әдістері негізінен ғылыми мақсаттар үшін пайдаланылады. Олардың көмегімен сіз нақты моноқабат жасауға болады, өйткені, ол иондық және атом қабаты тұндыру жасайды.

Органикалық нанобөлшектерінің ерекше классы екі табиғи және жасанды шығуды қамтиды.

2 Нанобөлшектер дегеніміз не?

3 Нанообъектілер неше классқа бөлінеді, атап көрсет?
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.


2 Дәріс

(2 сағ; 2,3 апта)
Тақырыбы. Газдық ортадан химиялық тұндыру
Сұрақтары
1 Атомдық қабаттарды тұндыру

2 Газдық фазадан плазма-химиялық тұндыру

3 Металорганикалық қосылыс буларын химиялық тұндыру
Газдық фазадан плазма-химиялық тұндыру

Бұл әдістің көптеген әдіс-тәсілдері бар, олар химиялық реакцияларына және технологиялық қысым, т.б. субстрат, бу тасымалдау әдісі) жағдайына байланысты сипатталады. Әдетте, қалыпты температурада (100 – 400 ⁰С, металл хлоридтер, органометаллдық кешендері) жеткілікті жоғары бу қысымы бар прекурсорлар ретінде пайдаланылатын қосылыстар болып саналады.

Бу фазасында химиялық тұндыру әдісінде майысу дәрежесі жоғары болады, оның ішінде күрделі кескін беттерін түрлі құрылым (монокристаллды, эпитаксиалды, аморфты, поликристалды) бойынша жабуға мүмкіндік береді. Конденсация көлемінде химиялық буды тұндыру әдісі әр түрлі қосылыстардың наноұнтақ алуға өте тиімді болып табылатынын көрсетті.

Газдық фазадан плазма-химиялық тұндыру

1 сурет - ПХТ қолдану мысалы:

Металл катализатор өсті көміртекті нанотүтікшелердің жиыны.
750 °C температурада және төмендетілген қысымда 3:1 қатынасында ацетиленнің және аммиактан тұратын плазма жасап алынды.

Технологиялық режимдерін өзгерту модулі плазмалық әр түрлі ұзындықты және диаметрлі нанотүтікшелерді шығарады.

2 Химиялық бу тұндыру әдісі мақсаты қандай?

3 Плазмалық химиялық тұндыру буын сипаттаңыз?
Ұсынылған әдебиттер
Негізгі
Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.
3 Дәріс

(1 сағ; 4 апта)
Тақырыбы. Молекулалық - сәулелік эпитаксия.
Сұрақтар
1 Газдыфазалық эпитаксия.

2 Хлоридті әдіс.

3 Силандық әдісі.

4 Легирлеу (қоспалау)

Процесс арнайы тік немесе көлденең түрі атмосфералық немесе азайтылған қысым реакторлар жүргізіледі. 750 - 1200 °C дейін қыздырылған реакция төсемдердің беткі қабатында (жартылай өткізгіш пластиналар) жүреді. Төсемдерді жылыту инфрақызыл сәуле, резистивті немесе индуктивті түрде жүзеге асырылады. Осы нақты тұндыру жағдайлары үшін шектен төмен процесі температурасын төмендету поликристалды қабатының түзілуіне алып келеді. Екінші жағынан, ол эпитаксиалды қабатының және субстрат, алынған құрылғылардың жұмысын нашарлатуына, оның қатысуымен арасындағы өтпелі аймағындағы диффузиялық енін азайтуға мүмкіндік береді.

Химиялық бу тұндыру арқылы кремнийді эпитаксиалды қабаттарын өндіру екі негізгі тәсілі бар:

- Кремний тетрохлоридтерді (SiCl4) және сутегіні азайту, трихлорсилан (SiHCl3) немесе дихлорсилан (SiH2Cl2);

- Моносиланды пиролитпен жіктеу.

Хлоридті әдіс.

Кремний тетрахлорид жалпы реакция көзі ретінде пайдаланған кезде-ақ жазуға болады:
SiCl4+2H2(құрғақ)=Si+4HCl

Қайтымды реакция деп жоғары температурада және немесе хлорлы концентрациясы қарсы бағытта жүре бастайтын реакция болып табылады. Трихлорсилан және дихлорсилан төмендету реакциясы кремний тетрахлорида сутегі азайту реакциясының аралығы болып табылады. Сондықтан кремний көздері ретінде оларды пайдалану процесі техникалық және экономикалық параметрлерін арттыруға мүмкіндік береді. Пайдаланылатын заттардың ерекшеліктер көзін таңдау кезінде сонымен қатар ескеру керек. Бөлме температурасында трихлорсилан және кремний тетрахлорид сұйық, ал дихлорсилан газ тәріздес болып табылады. Кремний тетрахлорид сақтау және тасымалдау аздапа қауіпті, сондықтан трихлорсиланды меншік өндірістерде пайдаланылады.

Жалпы, кремний тетрахлоридын сутегі қысқарту процесі реакциялардың келесі жүйесімен сипаттауға болады:
SiCl4 + H2 <--> SiHCl3 + HCl;

SiHCl3 + H2 <--> SiH2Cl2 + HCl;

SiH2Cl2 <--> SiCl2 + H2;

SiHCl3 <--> SiCl2 + HCl;

SiCl2 + H2 <--> Si + 2HCl
Қабаттың өсу жылдамдығы - кремний, температура мен қысым көзіне байланысты 0.1-2.0 мм / мин. Бұл бу-газ фазада кремний бар қосылыстардың концентрациясына пропорционал.

Әдісті шектеуі: яғни, уландырғыш сапфир бойынша хлорлы сутегі ретінде жақұт төсемдердің эпитаксиалды пленкасын арттыру мүмкін емес.

Газ тәрізді қоспалар

Көп жағдайда газ тәріздес қоспалар қарапайым орнатуды салуға мүмкіндік береді, бірақ сақтау тұрақты емес және жоғары уытты (фосфин, диборан, арсин).

Ең жиі арсин AsH3 ретінде қолданылады.

Сұйық қоспалар

Сұйық легирлеуші қоспалар жеке дозаторға термостатирлі көпіршікті (қоспа нашар буланатын болса) түріне немесе буландырғыш түрі (жақсы буланатын болса) құйылады, онда газ тасымалдаушы Н2 беріледі. Бұл жағдайда эпитаксиалды қабатының қоспалық концентрациясын бақылау қиын болады.

Қатты қоспалар

Қатты лигерлеуші қоспалар ұшқын разрядын шашатын және одан ары қарай сутегімен реакция камерасына тасымалданады немесе пештің төмен температура аймағында буланады (бұл әдіс үшін екі аймақтық пешіне салынады).
Өзін – өзі бақылау сұрақтары

1 Қандай қоспаларды білесіз?

2 Қандай әдіс –тәсілдерді білесіз? Атап беріңіз.

3 Лигерлеудің негізгі әдістері.

Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192 с.] [Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.

2 Электрохимиялық улау.

Жалпы алғанда, бұл беткі жағының жоғары ажыратымдылығының (топография) үш өлшемді кескінді алуды қамтамасыз етеді. Зондық сканерлеуші микроскопының қазіргі заманғы үлгідегі түрін 1981 жылы Герд Карл Бинниг пен Генрих Рорер ойлап тапқан (құрылғыларды осы сияқты принциптерін басқа да зерттеушілер бұрын зерттеген). Осы өнертабыс үшін 1986 Физика бойынша Нобель сыйлығына ие болды, олар электрондық микроскопты ойлап тапқандар Э. Руска арасында бөліп алды. ЗСМ ерекшелігі болып табылады:

- зонды,

- 2-м үлгіге зондқа қатысты жылжыту үшін жүйе (XY) немесе 3-ші (XYZ) координаттары,

- тіркеу жүйесі

Тіркеу жүйесі - үлгіні қашықтыққа байланысты функциясының мәнін жазады. Әдетте, жазылған мән үлгідегі немесе координатты (Z) бойынша зондық позициясын бақылайды, теріс кері байланыс жүйесі өңделеді. Кері байланыс жүйесі ретінде ең жиі қолданылатын ПИД контроллері.

Зондық сканерлеуші микроскоптардың негізгі түрлері:

- Сканерлеуші атом - күштік микроскобы;

- Сканерлеуші туннельдік микроскобы;

- Жақын аймақты оптикалық микроскобы.

1 сурет - Сканерлеуші атом - күштік микроскобының жұмыс сызбасы.

Зондық сканерлеу микроскобын құруға негізгі техникалық қиындықтары:

- Зонд соңына сынақ объектісі салыстыруға өлшемді болуы тиіс.

- 0,1 ангстрем деңгейде тұрақтылық (жылу және діріл қоса алғанда) механикалық қамтамасыз ету.

- Детекторлар түзетуге бар жазылған параметрді сенімді тіркеу керек.

- Дәлдіктегі сканерлеуші жүйесін құру.

- Зондық беті тегіс түйісуін қамтамасыз ету.
Өзін – өзі бақылау сұрақтары

1 Қандай микроскоптарды білесіз?

2 Зондық сканерлеу микроскобын құрудың қандай қиындықтарын білесіз?

3 ЗСМ жұмыс принципі.

Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. - Нижний Новгород: Изд. РАН. – 2004. – 114 с.

Борисенко В.Е., Воробьева А.И. Наноэлектроника. Учебное пособие. Минск: БГУИР, 2003. – 76с.
Қосымша
Абрамчук Н. С., Авдошенко С. Мтр., Баранов А. Н. с. Нанотехнологии - Азбука для всех / Учебное пособие для студентов старших курсов высших учебных заведений. – М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ. – 2008. – 368с.