СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2015 30 С Со , мг/мл 20 10 20 40 Время, мин 60 80 100 D, нм 20 10 1 Ц Т Ц Т Ц Б Т 2 3 4 5 6 7 Модификацией процесса получения карбида кремния из шунгита является метод, в соответствии с которым про- водят нагрев шунгита при температу- ре 1600–1800 ° С в вакуумной печи при остаточном давлении 0,25–1,3 кПа со скоростью 200–300 град/ч, выдержкой полученного продукта при этой темпе- ратуре в течение 1–2 часов с последу- ющим охлаждением полученного про- дукта в печи при остаточном давлении 0,25–1,3 кПа [8]. Помимо шунгита природным сырьём, из которого может быть полу- чен SiC, является рисовая шелуха, как известно, содержащая значительное количество SiO 2 . Термообработка пред- варительно отмытой кислотой рисо- вой шелухи в углеродном тигле со скоростью подъёма температуры не более 1000 град/мин при температуре 1400 ° С в течение 0,1 часа с последую- щим охлаждением и вторичной тер- мообработкой полученного продукта при 700 ° С в течение не менее 2 часов позволяют получать целевой продукт с выходом до 88% [6, 7]. Газофазным методом получения SiC является метод, который предусматри- вает двухстадийный синтез [2]. Снача- ла при температуре 1500 ° С осуществля- ют реакцию синтеза нитрида кремния: 3SiF 4 + 4NH 3 → Si 3 N 4 + 12HF. Полученную реакционную смесь захолаживают в интервале температур 0–15 ° С, при этом фтористый водород конденсируется и отделяется от аммиа- ка, находящегося в газообразном состо- янии. На второй стадии при темпера- туре 1800 ° С получают SiC при взаимо- действии нитрида кремния с графитом: Si 3 N 4 + 3C → 3 SiC + 2N 2 . Авторы метода утверждают, что при- менение данной технологии позво- ляет получать SiC с выходом до 99,5% и содержанием примесей, не превы- шающим 10 –6 –10 –7 массовых долей, что вполне соответствует требовани- ям, предъявляемым к полупроводни- ковым материалам. В способе получения слоёв карби- да кремния предложено совмещать стадию газофазного получения кар- бида кремния с его напылением на подложку, нагретую до 1200–1250 ° С путём взаимодействия метилтрих- лорсилана с водородом. Не прореа- гировавшие газообразные продукты реакции выделяют вымораживанием и рециркулируют на основную стадию процесса. Высокочистый карбид кремния может быть получен из порошка или пластины предварительно очищен- ного монокристаллического крем- ния, который помещают в реакци- онную ёмкость, вакуумируют её до 1 × 10 –2 мм рт. ст. и нагревают до 1200– 1415 ° С. Затем заполняют реакционную ёмкость очищенным от влаги и кисло- рода монооксидом углерода и выдер- живают кремний с монооксидом угле- рода при указанной температуре в тече- ние 5–600 мин. После этого охлаждают. Полученные нановолокна карбида кремния отмывают от диоксида крем- ния или смеси диоксида кремния с непрореагировавшим кремнием [9]: 3Si + 2CO → 2 SiC + SiO 2 . О СНОВЫ ЭЛЕКТРОКОНДЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА В основе электроконденсационно- го метода (ЭКМ) лежит процесс про- пускания высокочастотного пере- менного электрического тока (600– 900 кГц, 600–900 В) между электродами и крупными частицами, помещённы- ми в жидкую фазу. В качестве жидкой фазы обычно используют воду, однако возможно использование и органиче- ских растворителей. Процесс получе- ния нанодисперсных частиц в жидкой фазе (золей) проводят в специально разработанном для этих целей реакто- ре [10, 11]. Электрические параметры процесса регулируют высокочастот- ным искровым генератором. Процесс проводят в присутствии газовой фазы (воздух, азот, аргон), облегчающей про- цесс получения золей. В процессе работы генератора в жид- кой фазе между электродами и части- цами, помещёнными на дно реактора, возникает «тлеющий» искровой разряд. В искровом канале возникает высокая температура (около 10 000 ° С), что при- водит к испарению вещества частиц в ограниченном объёме (образование «газового пузыря»). Последующее рез- кое понижение температуры «газово- го пузыря» за счёт его контакта с жид- кой фазой приводит к конденсации пара с образованием наночастиц веще- ства, имеющих субмикронный раз- мер (1–30 нм) и высокую удельную поверхность – до 300 м 2 /г. Полученные ЭК-методом наночастицы вещества агрегативно устойчивы и не оседают на дно реактора. Агрегативную устой- чивость золей можно повысить введе- нием ПАВ, например, стеарата натрия. В таблице и на рисунках 1 и 2 приведе- ны данные о влиянии условий получе- ния ЭКМ на свойства нанодисперсных частиц некоторых металлов, получен- ных ЭКМ. Как видно из приведённых данных, свойства нанодисперсных частиц (средний диаметр частиц, удельная поверхность, концентрация) зависят от многих факторов: продолжительности работы искрового генератора, физи- ческой природы вещества, характера дисперсионной среды (жидкой фазы), электрических параметров процесса – прежде всего частоты и напряжения переменного электрического тока. Рис. 1. Влияние продолжительности работы искрового генератора на концентрацию частиц нанодисперсного кобальта Рис. 2. Влияние дисперсионной среды (жидкой фазы) на размер частиц нанодисперсных металлов: 1, 2 – железо; 3, 4 – олово; 5–7 – палладий; Ц – циклогексан; Т – толуол; Б – бензол