Многослойные наноструктуры: производство и применение — П.А. Цыганков
6 Дек 2012
Пётр Анатольевич Цыганков, к.т.н., зав. лабораторией «новые материалы» НОЦ «Ионно-плазменные технологии»
История промышленного применения нанослоистых структур началась в 1938 году, когда Кэтрин Блоджетт, талантливая соратница Ирвинга Ленгмюра, придумала и реализовала способ осаждения многослойных тонких и моноатомных пленок на твердые подложки. Так появилась «просветляющая» оптика, без которой сегодня немыслимо оптическое оборудование.Очевидные конкурентные преимущества, которые давали многослойные покрытия, привели к «взрывному» развитию технологий тонких слоёв и созданию соответствующего производственного оборудования. Технология оптических покрытий перешла к использованию металл-диэлектрических слоистых систем и термовакуумного оборудования для их получения.
Это позволило Ричарду Фейнману в 1959 году в своей известной речи сказать, что технология тонких пленок – одна из немногих технологий «наномира», которую уже успешно осваивает человечество. На сегодняшний день индустрия многослойной оптики имеет годовой оборот сотни миллиардов долларов, оптические покрытия работают в диапазоне от теплового излучения до вакуумного ультрафиолета и находят повсеместное применение.
Прогресс в развитии термовакуумного оборудования для производства тонких многослойных пленок обеспечил другой качественный технологический скачок – производство гетероструктур. Человечество научилось моделировать и при помощи технологии молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) создавать вещества с заданными зонными свойствами. Теперь сотовый телефон можно положить в карман, маленький светодиодный фонарик излучает в ультрафиолете и на наших глазах происходит повсеместное вытеснение неэффективных ламп источниками на светодиодах.
С 70х годов прошлого века стало широко внедряться в промышленность вакуумное ионно-плазменное оборудование, позволяющее активно воздействовать на процесс формирования пленки и управлять её свойствами в процессе роста. Стало возможным создавать многослойные структуры, состоящие из тонких (толщиной в несколько атомов) однородных сплошных слоев разнородных материалов – искусственно-модулированные структуры. Открытый в 1989 году эффект гигантского магнитосопротивления в таких структурах привел к резкому увеличению плотности магнитной записи в последнее десятилетие – объем компьютерных дисков увеличился на несколько порядков, до терабайт.
В этой лекции я рассмотрю исторический аспект развития технологий производства многослойных структур на основе тонких пленок и моноатомных слоев. Будут приведены основные принципы получения многослойных пленок термовакуумным испарением, молекулярной-лучевой эпитаксией, ионно-плазменными методами, также будут обсуждаться свойства получаемых многослойных наноструктур.
