​Красноярские ученые получили новые перспективные тонкие пленки из кислорода, меди и нитрида титана. Их электрическое сопротивление в тысячу раз меньше, чем у обычного нитрида титана. На основе полученного материала физики открыли новые свойства меди, позволяющие ей накапливаться на поверхности пленок и совершать фазовые переходы. Полученные результаты могут стать технологическим прорывом в разработке резисторов и транзисторов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

 
Тонкие пленки на основе нитрида титана широко используются в различных промышленных и технологических областях, например, в производстве кремниевых микропроцессоров и других больших интегральных микросхем, фотокатализаторах, преобразователях солнечной и тепловой энергии в электрическую, в стоматологии и даже при изготовлении куполов церквей. Благодаря высокому электромагнитному сопротивлению и его слабой температурной зависимости, химической инертности, а также способности выдерживать высокие мощности и температуры, аналогов для их замены на настоящий момент нет.

 
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», СФУ и СибГУ им. М.Ф. Решетнева получили новый материал для тонких пленок из оксинитрида титана, легированного медью. Он обладает электрическим сопротивлением в тысячу раз меньше, чем у обычного нитрида титана. Изучая полученное соединение, физики открыли новое явление сегрегации меди, которая не распределялась, как принято по всей пленке, а скапливалась на ее поверхности.

 
К открытиям красноярских физиков привела цепь случайных технических ошибок и исследование их последствий. Первоначально исследователи планировали получить чистый нитрид титана, чтобы его использовать для изготовления резисторов в интегральных микросхемах. Однако все пошло «не по плану». В камере для роста пленок оказались примеси кислорода. Поэтому вместо запланированного чистого вещества, на выходе ученые получили оксинитрид титана. Более того, он обладал нехарактерными свойствами. Сопротивление получившегося вещества оказалось в тысячу раз ниже, чем у чистого оксинитрида титана.

 
Подозреваемым в необычных свойствах материала стал кислород, попавший в камеру. Чтобы проверить его причастность, ученые попытались нейтрализовать его. Для этого перед ростом пленки в камеру был внесен водород. Он должен был вступить в реакцию с кислородом и, образовав водяной пар, вынести его из камеры. Однако это не принесло ожидаемого эффекта. Сопротивление пленок оставалось низким.

 
Ученые продолжали «расследование» этого феномена, пока не обнаружили в составе пленок примеси меди. Как оказалось, медь попала в пленки из-за ошибочно скомпонованного оборудования. Газовый баллон, использующийся в установке, пришел к ученым с латунным вентилем вместо нержавеющей стали. С него-то и летели частицы меди, выбиваемые газом прямо в камеру роста. Между тем удивительные открытия не закончились. Медь принесла с собой еще парочку сюрпризов. Ее поведение оказалось нетипичным: она не распределялась по всей пленке, а собиралась на ее поверхности и образовывала дополнительный слой. В результате красноярские ученые не только получили новый материал, но и открыли новое явление – сегрегацию меди. И сделали это сравнительно дешевым, по меркам современных индустрий, методом.

 
baron.jpg
 

 
​«Мы складывали этот пазл три года. Когда измерили сопротивление получившегося оксинитрида титана, оно оказалось очень низким по сравнению с чистым материалом. Мы были сбиты с толку. Стали исследовать пленки, и оказалось, что в них есть примесь меди. Это поменяло все наше представление, ведь медь очень хорошо проводит электричество. Дальнейшее исследование показало, что медь вместо того, чтобы равномерно распределяться по пленке, стала всплывать на поверхность и накапливаться там узким слоем в 5-10 нанометров. В результате мы открыли новое явление сегрегации меди. То, что она не размешивается, а выталкивается наружу – очень хорошее подспорье для технологов. Более того, мы случайно поймали фазовый переход между состоянием сильно легированной меди и слаболигированной. Переход получился достаточно интересным с точки зрения физики. Меняя степени легирования, можно получать разные типы проводимости. При этом, в случае сильного легирования, из меди получался полуметалл со свойствами как металлов, так и неметаллов. В результате мы получили возможность создавать проводящие слои. Это может пригодиться в приборостроении, например, для устройств, которые работают на высоких частотах. Поэтому данная разработка в перспективе может пригодиться для приборов, которым необходимо низкое сопротивление, например, транзисторов, резисторов, конденсаторов, фотокатализаторов и солнечно-селективных поглощающих покрытий», – рассказал Филипп Барон, PhD, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН.

Исследование проведено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Красноярского краевого фонда науки (№ 20-42-240013) и Мегагранта Правительства РФ на создание лабораторий мирового уровня (№ 075-15-2019-1886).​

Источники

Красноярские ученые создали новый материал для тонких пленок и открыли его необычные свойства
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 23/08/2021
Российские ученые создали новый материал для тонких пленок и открыли его необычные свойства
Популярная механика (popmech.ru), 23/08/2021
Красноярские ученые создали новый материал для тонких пленок и открыли его необычные свойства
Краевой фонд науки (sf-kras.ru), 24/08/2021
Сибирские ученые создали материал с необычными свойствами
Sibnet.ru, 24/08/2021
Сибирские ученые создали материал с необычными свойствами для тонких пленок
Наука в Сибири (sbras.info), 24/08/2021
Сибирские ученые получили новый материал благодаря технической ошибке
Российская газета. СФО (rg.ru), 25/08/2021
Сибирские специалисты представили новый материал для сверхтонких пленок
Центральная Служба Новостей (csn-tv.ru), 25/08/2021

Похожие новости

  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    1142
  • 02/08/2021

    Куриные яйца помогли создать прозрачную пленку, экранирующую электромагнитное излучение

    Красноярские ученые при помощи экологической и безотходной технологии разработали прозрачные проводящие пленки с близкой к ста процентам эффективностью экранирования электромагнитного излучения. Гибкие и дешевые пленки могут использоваться не только для защиты данных в электронных устройствах, но и в качестве высокоэффективных прозрачных сенсорных экранов или электродов для оптоэлектрических устройств.
    587
  • 17/09/2021

    Как потепление влияет на сибирские леса и можно ли их сохранить?

    Трансформация климата отражается на всех экосистемах планеты, в том числе на лесах. В условиях глобального потепления они становятся всё более подвержены пожарам, вредителям и патогенам. О том, сохраняют ли лесные массивы способность к поглощению углекислого газа, можно ли повышать эту способность и чего не хватает российским лесам, рассказал директор Института леса им.
    588
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    2812
  • 12/01/2021

    В разработке новой технологии изготовления полимерных трубок участвуют исследователи СибГУ им. М.Ф. Решетнева

    ​Во время рабочего визита в СибГУ им. М.Ф. Решетнева в конце декабря 2020 г. замминистра науки и высшего образования РФ Петр Кучеренко осмотрел выставку научных проектов 2020 года, выполняемых исследователями университета.
    1136
  • 15/12/2017

    Химики создали новый класс люминофоров для электронной промышленности

    ​Международный коллектив химиков из Китая, России и Японии синтезировал новое кристаллическое вещество на основе оксидов редкоземельных металлов, а также описал его структуру и свойства. Расшифровка рентгенограммы нового соединение установила, что он относится к новому, ранее неизвестному классу.
    2075
  • 20/12/2019

    Когда наука несет свет: ученые предложили производить светодиоды без редкоземельных металлов

     Международная группа учёных синтезировала и изучила соединение, которое поможет значительно удешевить производство светодиодов для получения белого света, имитирующего солнечный. Такие диоды широко применяются в освещении жилых и производственных помещений, для наружной рекламы и выращивания растений предприятиями агропромышленного комплекса.
    1312
  • 23/09/2019

    Учёные изучили неожиданные свойства разупорядоченных нанорешёток

    Учёные Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция), Федерального Сибирского научно-клинического центра ФМБА России (Красноярск), Института физики им.
    1077
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    1224
  • 03/11/2018

    Красноярские ученые разработали новый тип управляемых дифракционных решеток

    ​Дифракционные решетки играют центральную роль в интегральной оптике, голографии, оптической обработке данных. Ученые Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новый способ создания управляемой дифракционной решетки - оптической системы, действие которой основано на явлении световой дифракции (огибания препятствия светом), сообщила пресс-служба СФУ.
    1690