СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ MgO (111) НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКЕ
METHOD FOR PRODUCTION OF NANOSIZE MgO (111) FILM ON METAL PLATE

Изобретение относится к нанотехнологиям и наноструктурам, в частности к методам осаждения тонких пленок на металлическую подложку.
Целью изобретения является получение ориентированной наноразмерной пленки MgO (111) на чистой поверхности металла-подложки с сохранением резкости межфазовой границы оксид-металл на атомном уровне.
2
Прототипом предлагаемого изобретения является известный способ изготовления полярной упорядоченной тонкой пленки MgO («Method for preparing polar MgO order thin film», CN №1958455 (A), 2006.11.27), в котором на металлическую подложку в вакууме осаждают моноатомный слой магния, затем напускают в камеру O и нагревают сформированную подложку до температуры 400°С. После того как температура подложки стабилизируется, система естественным путем охлаждается до комнатной температуры, после чего процесс повторяется. Данная процедура приводит к формированию структурно-упорядоченной пленки оксида магния со структурой поверхности, соответствующей полярной грани кристалла MgO (111).
Описанный способ имеет следующие недостатки:
Во-первых, в процессе формирования слоя металлического магния на поверхности металлической подложки с большой вероятностью следует ожидать взаимной диффузии атомов магния и подложки, что приводит к нарушению структурного атомного порядка слоя магния, приводящего к нарушению симметрии формируемого впоследствии слоя оксида магния.
Во-вторых, в процессе осаждения молекул кислорода также с большой вероятностью следует ожидать их диффузии сквозь слой Mg и взаимодействие с веществом подложки, что приводит к окислению подложки и нарушению ее симметрии, вследствие чего дальнейший эпитаксиальный рост пленки MgO происходит с нарушением структуры и образованием дефектов. Кроме того, оба указанных обстоятельства приводят к нарушению резкости межфазовой границы оксид-подложка, что существенно снижает характеристики системы, в особенности в случае наноразмерных толщин слоя оксида магния.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение ориентированной пленки MgO (111) на чистых металлических подложках. Этот результат достигается тем, что в процессе получения пленки в сверхвысоком вакууме осаждаются непосредственно молекулы MgO.
Метод реализуется следующим образом. В условиях сверхвысокого вакуума порошок MgO нагревается вольфрамовой спиралью до t≈2500-2700°С. При данной температуре происходит испарение с последующим осаждением молекул MgO на металлическую подложку. На атомную структуру растущей пленки MgO значительное влияние оказывает симметрия подложки, поэтому в качестве нее необходимо использовать поверхность кристалла металла с ориентацией, способствующей получению пленки MgO (111). При получении оксидной пленки молекулы кислорода в камере не обнаружены, что свидетельствует о том, что не происходит разрушение межионной связи MgO в процессе испарения оксида магния. Пленка, состоящая уже из двух-трех молекулярных слоев, полученная данным способом, проявляет электронные свойства, характерные для массивного кристалла MgO. Данное обстоятельство позволяет формировать неоднородные атомно-упорядоченные металлооксидные наноструктуры с характерными размерами в области единиц ангстрем, сохраняя резкость межфазовых границ на атомном уровне.
Как видно из изложенного техническая задача реализуется полностью и в сравнении с известным техническим решением - прототипом, имеет большие преимущества.
Пример 1
14
2
Порошок оксида магния чистотой не ниже 99,95%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2500-2700°С, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида магния составляет 4×10 частиц/мин × см. При осаждении таких частиц на атомарно-чистую поверхность кристалла Mo (110), поддерживаемую при температуре 400°С, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка MgO (111) начиная с монослойного покрытия.
Пример 2
14
2
Порошок оксида магния чистотой не ниже 99,95%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2500-2700°С, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида магния составляет 7×10 частиц/мин × см. При осаждении таких частиц на атомарно-чистую поверхность кристалла W (110), поддерживаемую при температуре 500°С, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка MgO (111) начиная с монослойного покрытия.
Пример 3
14
2
Порошок оксида магния чистотой не ниже 99,95%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2500-2700°С, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида магния составляет 8×10 частиц/мин × см. При осаждении таких частиц на атомарно-чистую поверхность кристалла Re (1000), поддерживаемую при температуре 550°С, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка MgO (111) начиная с монослойного покрытия.