Исследование особенностей процесса формирования термитного материала Al-CuOx-CNT методом электрофоретического осаждения - Курсовая работа

В настоящее время активно исследуются термитные материалы для различных применений в микро и наноэлектронике. К термитным материалам относятся материалы, способные поддерживать в своем объеме самораспространяющуюся высоко экзотермическую химическую реакцию. Благодаря сильному интересу исследователей к термитным материалам необычайно быстро появляются новые типы и способы их получения. В технологии электрофоретического осаждения термитных материалов, исходным материалом являются наноразмерныепорошки алюминия, никеля, оксида железа и меди, которые считаются доступными, экологически безопасными и относительно недорогими.В последнее время в микроэлектронике набирает популярность метод электрофоретического осаждения [1]. Простота в проведении процесса, не требующего дорогостоящего оборудования, повышает интерес к данному методу со стороны исследователей со всего мира.Так, например, процесс очень разносторонен в виду того, что его можно использовать с подложками разной формы. Осаждение можно сделать на плоской, цилиндрической или любой другой подложке снебольшим изменением в расположении электродов. Кроме того, во время проведения процесса есть возможность изменять такие параметры, как количество циклов осаждения, время осаждения, напряжение. Термин "электроосаждение" часто используется несколько двусмысленно для обозначения либо электролитического, либо электрофоретического осаждения, хотя он чаще относится к первому. Когда частицы положительно заряжены, осаждение происходит на катоде, и процесс называется катодным электрофоретическим осаждением.Хотя не существует общего эмпирического правила для определения размеров частиц, пригодных для электрофоретического осаждения, хорошее осаждение для различных систем, как правило, происходит в диапазоне 1-20 мкм [3]. Важно, чтобы частицы оставались полностью дисперсными и стабильными для однородного и гладкого осаждения. Электрофоретическое осаждение из осадочной суспензии приведет к градиенту осаждения, т.е. к более тонкому и толстому осаждению в нижней части при вертикальном размещении электрода осаждения. Кроме того, для электрофоретического осаждения с более крупными частицами необходимо либо получить очень сильный поверхностный заряд, либо увеличить площадь электрического двойного слоя. Было установлено [5], что размер частиц оказывает заметное влияние на контроль растрескивания осадка во время сушки.Итальянские ученые Феррари и Морено [9] после тщательного изучения процесса предположили, что проводимость суспензии является ключевым фактором и должна быть учтена в экспериментах. Было указано, что если суспензия слишком проводящая, движение частиц очень низкое, а если суспензия слишком резистивная, частицы заряжаются электронным способом и стабильность теряется.Частицы диаметром 1 мкм или менее, как правило, остаются в суспензии в течение длительного времени изза Броуновского движения. Стабильность суспензии характеризуется в большей степени чистотой проведения эксперимента и стехиометрией навески.Скорость осаждения уменьшается с увеличением времени осаждения при других фиксированных параметрах [11]. На рисунке 1.3 приведены типовые характеристики осажденияоксида цинка на медный электрод при различных приложенных потенциалах с увеличением времени осаждения. Но по мере увеличения времени скорость осаждения уменьшается, и кривая достигает определенного предела.Обычно масса осадка увеличивается с увеличением прикладываемого напряжения. На рисунке 1.5 показана масса осажденного гидроксиапатита на подложке Ti6Al4Vиз суспензии в изопропиловом спирте. В ситуациях с высоким напряжением движение частиц после осаждения ограничено на поверхности уже осажденного слоя, поскольку более высокий приложенный потенциал оказывает большее давление на поток и движение частиц. Напряжение влияет на скорость осаждения и структуру осадка [11]. Также отмечено [8], что плотность тока пропанольного растворителя при отсутствии какого-либо порошка пропорциональна приложенному напряжению и имеет тенденцию к неустойчивости при увеличении приложенных напряжений.В некоторых случаях, хотя каждый из видов частиц имеет одинаковый признак поверхностного заряда, они могут осаждаться с разной скоростью в зависимости от объемной доли твердых частиц в суспензии.Гамакер [2] наблюдал линейную зависимость массы осаждения от количества пройденного заряда и предположил, что количество осаждения пропорционально концентрации суспензии, времени осаждения, площади поверхности осаждения и электрическому полю. Процесс можно регулировать под постоянным режимом напряжения, тока, концентрацией навески, изменяя лишь время и количество циклов осаждения. Были продемонстрированы кинетические аспекты процесса электрофоретического осаждения через схематические графики в зависимости от времени осаждения для четырех возможных условий [15]. Кривая А (ток и концентрация суспензии постоянны), кривая B (постоянный ток, но уменьшается концентрация суспензии), кривая С (напряжение, ток и концентрация суспензии постоянны) и кр

Содержание

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Преимущества метода электрофоретического осаждения

1.2 Факторы, влияющие на процесс электрофоретического осаждения

1.2.1 Размер частиц

1.2.2 Проводимость суспензии

1.2.3 Стабильность суспензии

1.3 Параметры, связанные с процессом

1.3.1 Влияние времени осаждения

1.3.2 Приложенное напряжение

1.3.3 Плотность суспензии

1.4 Кинетика электрофоретического осаждения

1.5 Термитные смеси

Глава 2. Технологическая часть

2.1 Электрофоретическая ячейка

2.2 Подготовка образцов

2.3 Подготовка суспензии

2.4 Проведение процесса электрофоретического осаждения

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1 Экспериментальное исследование процесса осаждения с составом Al-CUOX

3.2 Экспериментальное исследование процесса осаждения с составом Al-CUOX-CNT

3.3 Выводы

Заключение

Списоклитературы

В настоящее время активно исследуются термитные материалы для различных применений в микро и наноэлектронике. К термитным материалам относятся материалы, способные поддерживать в своем объеме самораспространяющуюся высоко экзотермическую химическую реакцию.

Благодаря сильному интересу исследователей к термитным материалам необычайно быстро появляются новые типы и способы их получения. В последнее время термитные материалы стали получать электрофоретическим способом, который является гибким и простым.

В технологии электрофоретического осаждения термитных материалов, исходным материалом являются наноразмерныепорошки алюминия, никеля, оксида железа и меди, которые считаются доступными, экологически безопасными и относительно недорогими. Сам процесс электрофореза не требует дорогостоящего или уникального оборудования и характеризуется высокой скоростью осаждения по сравнению с технологией получения многослойных структур. На сегодняшний день метод электрофоретического осаждения недостаточно хорошо исследован, поэтому его разработка и исследование являются актуальной задачей.

Наибольший интерес представляют термитные смеси Al-Niи Al-CUOX. Плюс первого соединения в том, что горит оно практически без газового выделения. С другой стороны у Al-CUOXНЕ возникает проблем с инициацией воспламенения. Однако скорость распространения фронта реакции слишком высока. Чтобы ее снизить, можно добавить углеродные нанотрубки (CNT), что и будет продемонстрировано в данной работе. Также углеродные нанотрубки обеспечивают механическую прочность слоя. электрофоретическое осаждение микроэлектроника