Разработка системы распыления раствора для синтеза тонкопленочных структур методом спрей-пиролиза 

Тимур Олегович Зинченко, аспирант, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: Scar0243@gmail.com
Екатерина Анатольевна Печерская, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: pea1@list.ru
Владислав Игоревич Кондрашин, соискатель, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40); ООО «Парадигма», генеральный директор, руководитель Центра робототехники и программирования (Россия, г. Пенза, ул. Кирова 51, оф. 316), E-mail: vlad_kondrashin@mail.ru
Максим Витальевич Гресик, студент, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: pwlove00@gmail.com
Андрей Анатольевич Максов, студент, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: maksov.01@mail.ru
Ангелина Евгеньевна Журина, магистрант, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: gelya.zhurina@mail.ru 

66.065 

DOI

10.21685/2072-3059-2021-4-10 

Актуальность и цели. На современном этапе развития науки и техники одним из ведущих направлений является развитие технологических процессов изготовления устройств нано- и микроэлектроники. Перспективной сферой развития этого направления являются тонкопленочные структуры, на которых базируется большинство современных электронных компонентов. Одно из ключевых мест занимают прозрачные проводящие оксиды. Традиционные методы их получения имеют ряд недостатков, которые, по мнению авторов, можно избежать применением метода спрей-пиролиза или пиролиза аэрозолей. Одним из основных аспектов выступает выбор распылителя, поскольку от его типа зависит качество получаемых покрытий. По показателям цена–качество выбран пневматический распылитель. Материалы и методы. Представлены типы распылителей, разработка пневматического распылителя, основные этапы получения пленок и технологические режимы синтеза прозрачных проводящих оксидов на основе метода спрей-пиролиза. Результаты. Представлены следующие основные этапы напыления прозрачных проводящих оксидов: распыление, движение капель раствора воздушным потоком к горячей подложке, пиролитическое разложение прекурсора. Способы распыления жидкости: ультразвуковое, гидравлическое, пневматическое, электростатическое, механическое распыление. Части распылителя, представленного в этой работе, в основном сделаны из фторопласта, а именно: внешняя труба, сопло, пробка и внутренняя трубка. Также в состав входит игла из нержавеющей стали. Отверстие в сопле имеет диаметр 1 мм. Выводы. На основе анализа типов распыления аэрозоля с целью синтеза покрытий с заданными параметрами качества осуществлен выбор типа распылителя, определены технологические режимы для получения прозрачных проводящих оксидов на основе диоксида олова. 

Ключевые слова

спрей-пиролиз, прозрачный проводящий оксид, технологические режимы, типы распылителей, пневматическое распыление 

 Скачать статью в формате PDF

1. Зинченко Т. О., Печерская Е. А. Анализ методов получения прозрачных проводящих покрытий // Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы : cб. науч. ст. Всерос. межвуз. науч.‐практ. конф. / под ред. Л. Р. Фионовой. Пенза, 2018. С. 258–260.
2. Gümü C., Ozkendir O. M., Kavak H., Ufuktepe Y. Structural and optical properties of zinc oxide thin films prepared by spray pyrolysis method // Journal of optoelectronics and advanced materials. 2006. Vol. 8. P. 299–303.
3. Park S. H., Son Y. C., Willis W. S., Suib S. L. [et al.]. Tin oxide films made by physical vapor deposition – thermal oxidation and spray pyrolysis // Chemistry of Materials. 1998. Vol. 10. P. 2389–2398.
4. Gourari H., Lumbreras M., van Landschoot R., Schoonman J. Elaboration and characterization of SnO2–Mn2O3 thin layers prepared by electrostatic spray deposition // Sensors and Actuators B. 1998. Vol. 47. P. 189–193.
5. Racheva T. M., Stambolova I. D., Donchev T. Humidity–sensitive characteristics of SnO2–Fe2O3 thin films prepared by spray pyrolysis // Journal of Materials Science. 1994. Vol. 29. P. 281–284.
6. Aranovich J., Ortiz A., Bube R. H. Optical and electrical properties of ZnO films prepared by spray pyrolysis for solar cell applications // Journal of Vacuum Science and Technology. 1979. Vol. 16. P. 994–1003.
7. Okuya M., Kaneko S., Hiroshima K., Yagi I., Murakami K. Low temperature deposition of SnO2 thin films as transparent electrodes by spray pyrolysis of tetrare butyltin (IV) // Journal of the European Ceramic Society. 2001. Vol. 21. P. 2099–2102.
8. Stelzer N. H. J., Schoonman J. Synthesis of terbia–doped yttria–stabilized zirconia thin films by electrostatic spray deposition (ESD) // Journal of Materials Synthesis and Processing. 1996. Vol. 4. P. 429–438.
9. Ruiz H., Vesteghem H., Di Giampaolo A. R., Lira J. Zirconia coatings by spray pyrolysis // Surface and Coatings Technology. 1997. Vol. 89. P. 77–81. 
10. Setoguchi T., Sawano M., Eguchi K., Arai H. Application of the stabilized zirconia thin film prepared by spray pyrolysis method to SOFC // Solid State Ionics. 1990. Vol. 40–41. P. 502–505.
11. Суриков В. Т. Пневматические распылители с пересекающимися потоками для спектрометрии с индуктивно связанной плазмой // Аналитика и контроль. 2010. Т. 14, № 3. С. 108−156.
12. Patil G. E., Kajale D. D., Chavan D. N., Pawar N. K. [et al.]. Synthesis, characterization and gas sensing performance of SnO2 thin films prepared by spray pyrolysis // Bull. Mater. Sci. 2011. Vol. 34, № 1. P. 1–9.
13. Raksha S. V., Kondrashin V. I., Pecherskaya E. A., Nikolaev K. O. Functional materials for dye-sensitized solar cells // Журнал нано- и электронной физики. 2015. Т. 7, № 4. С. 04062.
14. Ракша С. В., Кондрашин В. И., Печерская Е. А., Николаев К. О. Функциональные материалы для сенсибилизированных красителем солнечных элементов // Физика и технология наноматериалов и структур : сб. науч. ст. 2-й Междунар. науч.- практ. конф. Курск, 2015. С. 143–146.
15. Zinchenko T., Pecherskaya E., Artamonov D. The properties study of transparent conductive oxides (tco) of tin dioxide (ato) doped by antimony obtained by spray pyrolysis // AIMS Materials Science. 2019. Т. 6, № 2. С. 276–287.
16. Печерская Е. А., Зинченко Т. О., Кравцов А. Н. [и др.]. Разработка технологии спрей-пиролиза для синтеза прозрачных проводящих покрытий на основе диоксида олова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2020. № 4. С. 92–103.