Год издания: 2018
Ключевые слова: наноматериал, нанослой, нанообъект, нанообъекты различной природы, соединение нанообъектов (nanojoining), твердофазная реакция, интерметаллическое соединение (интерметаллид), структурные фазовые превращения, in situ исследования, просвечивающая электронная микроскопия, дифракция электронов
Аннотация: Огромный интерес исследователей во всем мире к твердофазным реакциям в нанослоях связан с возможностью их использования при создании новой элементной базы микро- и наноэлектроники. Одним из перспективных направлений является применение твердофазных реакций для создания надежных соединений разнородных нанообъектов ("nanojoining"). ТПоказать полностьювердофазные реакции могут быть использованы в изделиях микро- и наноэлектроники для соединения элементов в тех случаях, когда невозможно использовать стандартные методы: сварку или пайку припоем, т.к. нагрев до высоких температур может привести к выходу из строя элементов микро- и наноэлектроники, а также, когда необходимо сочетание объектов различной природы, обладающих кардинально отличающимися физическими свойствами (разнородные металлы, металл с неметаллом, и т.д.). Однако практической реализации применения твердофазных реакций для соединения нанообъектов различной природы препятствует отсутствие достаточной информации о протекании твердофазных реакций в наноматериалах, а именно, о механизмах массопереноса через слой продуктов реакции и механизмах фазообразования при твердофазных реакциях в многокомпонентных наносистемах. Для понимания этих механизмов необходимо проведение экспериментальных комплексных исследований, включающих в себя методы in situ просвечивающей электронной микроскопии и дифракции электронов. Решение научной проблемы, связанной с изучением механизмов твердофазных реакций в наноматериалах, предназначенных для соединения между собой нанообъектов различной природы (различных металлов, неметаллов) является одной из важных и актуальных задач современной химии твердого тела. Научная значимость решения данной проблемы обусловлена как необходимостью развития и уточнения фундаментальных представлений о влиянии структурных, размерных и интерфейсных эффектов на условия протекания твердофазных реакций в наноматериалах, так и важностью таких материалов для микро- и наноэлектроники.? Задачей настоящего проекта является исследование механизмов массопереноса через слой продуктов реакции и механизмов фазообразования при твердофазных реакциях в многослойных тонкопленочных наносистемах, содержащих от 2 до 10 и более слоев с толщиной индивидуального слоя от 10 до 100 нм. Научная значимость решения данной проблемы обусловлена как необходимостью развития и уточнения фундаментальных представлений о влиянии структурных, размерных и интерфейсных эффектов на условия протекания твердофазных реакций в наноматериалах, так и важностью таких материалов для устройств микро- и наноэлектроники, где подобные материалы могут быть использованы для соединения нанообъектов различной природы. Многослойные тонкопленочные наносистемы, состоящие из нескольких элементов (до 3 элементов), будут получены на основе: Au, Ag, Cu, Al, Si и др. методами высоковакуумного напыления. Научная новизна решаемой в проекте задачи заключается в получении новых данных о механизмах фазообразования и массопереноса при твердофазных реакциях в многослойных тонкопленочных наносистемах, полученных на основе: Au, Ag, Cu, Al, Si и др. и состоящих из нескольких элементов (до 3 элементов). Будут проведены электронно-микроскопические и электронографические in situ исследования твердофазных реакций, инициированных термическим нагревом, как в простых системах, таких как Cu/Au, Al/Au, Al/Ag, так и в системах типа: Cu(x)Al(1-x)/Au, Au(x)Al(1-x)/Cu, Ag(x)Al(1-x)/Cu и др. Варьирование элементного состава отдельного нанослоя позволит изменять в достаточно широких пределах температуру инициирования твердофазной реакции между нанослоями и получать в результате твердофазной реакции заранее заданное интерметаллическое соединение. Будут исследованы процессы образования твердых растворов и интерметаллидов, динамика твердофазных реакций, а также фазообразование в многослойных наносистемах непосредственно в процессе твердофазной реакции. Электронно-микроскопические и электронографические in situ исследования процессов твердофазных реакций в многослойных тонкопленочных наносистемах позволят получить уникальную информацию о температуре инициирования и динамике протекания твердофазных реакций, процессе образования твердых растворов и интерметаллидов, а также фазообразовании непосредственно в процессе твердофазной реакции. Эта информация необходима для разработки модели твердофазных реакций в нанослоях и понимания механизмов фазообразования и массопереноса через продукты реакции в процессе твердофазной реакции.