Сибирские ученые получили новый материал благодаря технической ошибке
В различных промышленных областях и при производстве высокотехнологичного оборудования тонкие пленки на основе нитрида используются широко. Их применяют, например, при производстве кремниевых микропроцессоров, преобразователей солнечной и тепловой энергии в электричество, при создании фотокатализаторов. Используются они и в стоматологии, и даже при изготовлении церковных куполов. Такой материал не имеет аналогов из-за высокого электромагнитного сопротивления, слабой термозависимости, химической инертности, способности выдерживать высокие мощности. Однако красноярские ученые получили материал для создания тонких пленок, электрическое сопротивление которого в тысячу раз меньше, нежели у обычного нитрида титана.
Пленки нового поколения производятся на основе оксинитрида титана, легированного медью. При исследовании свойств нового соединения физики открыли новые свойства меди: она не распределяется по всей пленке как в обычном случае, а скапливается на поверхности. Как это порой случается, к цепочке прорывных открытий сибирских ученых привели несколько случайных технических ошибок и исследование их причин.
Так, первоначально физики намеревались получить чистый нитрид титана для исзготовления резисторов, однако в камере роста пленок вдруг оказались примеси кислорода, и на выходе ученые получили оксинитрид титана. К удивлению исследователей, он еще и обладал нехарактерными для этого соединения свойствами: его сопротивление было в тысячу раз ниже обычного. Изучая феномен, физики обнаружили в составе пленок примеси меди. Оказалось, что она попала в них из-за ошибки при компоновке оборудования: газовый баллон для установки был поставлен с латунным вентилем, хотя в заказе была указана нержавеющая сталь. С него выбиваемые газом частицы меди попадали в камеру роста.
Но и медь несла в себе сюрпризы, образовывая дополнительный слой на поверхности пленки. Так, сравнительно дешевым по индустриальным меркам методом, ученые открыли новое свойство элемента - сегрегацию меди.
- Мы складывали этот пазл три года, - отмечает научный сотрудник Института физики им. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН Филипп Барон. - То, что медь не размешивается, а выталкивается наружу - очень хорошее подспорье для технологов. Более того, мы случайно поймали фазовый переход между состоянием сильно легированной меди и слаболегированной. 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.
Так, по словам ученого, команда исследователей получила возможность создавать проводящие слои, что может пригодиться в приборостроении. Например, при создании устройств, работающих на высоких частотах. А в перспективе разработка может стать полезной при разработке приборов, которым необходимо низкое сопротивление, например, транзисторов, резисторов, конденсаторов, фотокатализаторов и солнечно-селективных поглощающих покрытий. Результаты исследований ученые опубликовали в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
