СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2015 d, нм N 60 50 40 30 20 10 8 9 10 11 12 13 14 15 d, нм 20 40 60 80 100 120 N 1 2 3 4 5 6 7 8 П ОЛУЧЕНИЕ S I C C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКМ Для получения SiC использовали два электрода в виде стержней: Si (анод) диаметром 5 мм и С (катод) диаметром 20 мм. Электроды располагали соосно, монтировали на специальном устрой- стве (реакторе) и помещали в воду. Зазор между электродами составлял 1–2 мм. Через жидкую фазу постоян- но барботировали аргон. Напряже- ние разряда и сила тока составляли 47 В и 10 А, соответственно. В процессе синтеза прозрачность раствора умень- шается. После непрерывного разряда в течение 20 мин суспензия имела тём- но-коричневый цвет, часть образовав- шегося порошка SiC коагулирует на дно реактора. В течение дугового разряда масса электродов уменьшалась, что сви- детельствовало об электроэрозионном характере процесса. На рисунке 3 показано распределе- ние полученных наночастиц SiC по размерам. Средний размер частиц составил 11,0 ± 1,5 нм (электронная микроскопия, Hitachi H-8100). На форму и концентрацию частиц SiC влияют многие факторы, в том чис- ле состав жидкой фазы и материал электродов. П ОЛУЧЕНИЕ КРЕМНИЯ И УГЛЕРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКМ Одномерные Si- и/или С-содер- жащие наноструктуры в виде нано- проводов, наностержней и нанотрубок могут найти применение в качестве наноразмерных оптоэлектронных устройств [12–16]. Синтез полупро- водниковых Si-нанопроводов явля- ется достаточно перспективным в наноэлектронике. Известные методы синтеза подобных структур с исполь- зованием химического осаждения из паровой фазы, молекулярно-лучевой эпитаксии и др. требуют высокого вакуума, дорогостоящего оборудова- ния, специальных устройств для полу- чения высокой температуры (лазер), проведения процесса в присутствии катализаторов. Альтернативой этим методам полу- чения Si- и/или С-содержащих нано- структур является электрический раз- ряд в жидкости – ЭКМ. Этот метод, в отличие от перечисленных выше, не использует металлических катализа- торов, не требует взрывоопасных или агрессивных газов и дорогого специ- ального оборудования. С помощью ЭКМ могут быть синтезированы угле- родные «луковицы» и углеродные нанотрубки. Для синтеза Si-наноструктур исполь- зовали два электрода в виде стержней диаметром 5 мм (анод) и 20 мм (катод), которые погружали в воду. Через воду непрерывно барботировали аргон. Для поддержания постоянного раз- ряда в воде катод и анод были разве- дены на расстояние в 1 мм. Напряже- ние разряда и сила тока составили 25 В и 10 А, соответственно. Во время дуго- вого разряда наблюдалось голубова- тое свечение и образование пузырей вокруг электродов. Пузырьки группи- ровались около пятна дуги и направля- лись к поверхности воды. В процессе синтеза прозрачность раствора умень- шается: после непрерывного разряда в течение 10 мин суспензия становится бледно-жёлтой, через 1 час – коричне- вой и часть Si-порошка осаждается на дно реактора. Во время дугового разря- да масса электродов уменьшалась, что визуально наблюдалось по возникно- вениюшероховатости на поверхности электродов. На рисунке 4 показано распреде- ление полученных наночастиц Si по размерам. Средний размер частиц составил 4,0 ± 1,2 нм (электронная микроскопия, Hitachi H-8100). Рент- генофазовым анализом было уста- новлено, что частицы Si представ- ляют собой алмазоподобный кри- сталлический кремний, плоскости кристалла которого соответству- ют ориентации {111}, {220} и {311}. Помимо наночастиц кремния при электродуговом разряде между дву- мя Si-электродами, погружёнными в воду, в жидкой фазе были обнаруже- ны Si-нанопровода, имеющие диаметр «провода» в несколько десятков анг- стрем. Образование Si-нанопроводов происходит в газовом пузыре парал- лельно действию электрического поля, а рост проводов происходит при участии {111} поверхности. В про- тивоположность этому Si-частицы образуются в областях, где влияние электрического поля незначительно. Наночастицы и нанопровода Si могут быть нанесены на поверхность образ- цов любой формы с помощью про- цесса гетерокоагуляции, обеспечи- вая заданные свойства соответству- ющим изделиям. В ЫВОД Таким образом, электроконденса- ционный метод может лежать в осно- Рис. 4. Распределение наночастиц Si по размерам Рис. 3. Распределение наночастиц SiC по размерам Величины удельной поверхности и средние размеры нанодисперсных частиц некоторых металлов, полученных электроконденсационным методом (по данным электронной микроскопии) Металл Напря- жение, В Частота, кГц Жидкая фаза Концентрация металла, мг/м Удельная поверхность, м 2 /г Средний диаметр частиц, нм Палладий 700 850 циклогексен 0,75 120 15 Кобальт 700 900 тетралин 0,25 270 2,5 Кобальт 600 800 тетралин 4,5 270 2,5 Железо 900 900 тетралин 4,9 250 3 Серебро 700 850 тетралин 4,7 65 7 Кобальт 850 700 тетралин 2,3 270 2,5