«Быстрые» электроны помогут контролировать синтез наноматериалов
Физики из КНИТУ-КАИ совместно с коллегами из Харбинского политехнического университета разработали метод, позволяющий в реальном времени отслеживать сложные химические превращения в плазме. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, сообщает ТГ-канал фонда.
Плазму широко применяют при создании компонентов микроэлектроники и прочных покрытий для авиа- и машиностроения. В нее вводят небольшие количества веществ-прекурсоров, из которых формируются наночастицы, тонкие пленки и другие структуры. В процессе они взаимодействуют друг с другом и с частицами плазмы, образуя множество промежуточных и конечных продуктов. Однако ранее детально проследить весь ход этих реакций было невозможно, что затрудняло точное управление синтезом.
Авторы предложили анализировать энергии так называемых «быстрых» электронов — частиц, которые появляются в газе, когда возбужденные атомы гелия сталкиваются с молекулами добавленного в плазму вещества и ионизуют их. В качестве модельной системы исследователи изучили разложение силана.
Исследователи зафиксировали образование атомарного и молекулярного водорода, кремнийсодержащих радикалов, которые могут как ускорять, так и замедлять рост пленки, а также частиц чистого кремния, оседающих в виде отдельных включений.
Для интерпретации данных ученые разработали модель, описывающую поведение более 20 типов частиц и свыше 50 реакций в плазме. Это дает возможность управлять температурой, давлением и другими параметрами процесса, увеличивая выход «полезных» продуктов.
«Мы научились «видеть» в плазме не просто электроны и ионы, а конкретные химические соединения, которые там рождаются и исчезают. Это позволит точнее управлять синтезом наноматериалов, настраивая параметры процесса в режиме реального времени. Наш метод универсален: его можно адаптировать для получения углеродных нанотрубок и композитных покрытий, используемых в электронике и в медицине в качестве систем доставки лекарств. В дальнейшем мы планируем применить этот подход для диагностики плазмы в различных смесях газов, используемых в так называемом плазменном техпроцессе: синтезе материалов, очистке поверхностей, травлении полупроводниковых наноструктур, магнетронном осаждении тонких пленок. Полученные результаты позволят нам оптимизировать существующие технологии и усовершенствовать плазмохимические реакторы», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алмаз Сайфутдинов, доктор физико-математических наук, профессор и исполняющий обязанности заведующего кафедрой общей физики КНИТУ-КАИ
Результаты опубликованы в журнале Plasma Sources Science and Technology
Подробнее — в материале газеты «Коммерсант»