«Разработка технологии изготовления структур стекло / железо / полидифениленфталид / железо с контролируемой толщиной металлического и полимерного слоев» - Дипломная работа

Прогресс в оптоэлектронике и микроэлектронике, оптике и во многих других областей техники связан с развитием технологий тонких пленок [1]. В настоящее время степень развития науки, а также техники требует высокого качества пленок, целесообразность использования их специальных свойств. Удельная проводимость, особенности структуры, качество поверхности, устойчивость свойств веществ с течением времени [13] – это все играет важную роль для определения качеств изучаемого образца. Нанотехнологии, которые стремительно развиваются на наших глазах дает толчок на исследование структур и свойств пленок, толщина этих структур составляет от одного до десяти нанометров. Также сейчас активно изучается аморфное свойство вещества. В частном случае, электрические параметры пленок, например удельная проводимость, как правило, много меньше, чем у пленок, которые имеют структуру кристалла. Это связано с длиной свободного пробега электронов и уменьшением концентрации свободных электронов [15]. А также удельная проводимость – это один из основных параметров, которая определяет электродинамические свойства тонкопленочных структур. На сегодняшний день тонкие пленки применяются в различных областях промышленности, к примеру в производстве приборов оптического назначения, в микроэлектронике (пленочные активные и пассивные элементы) и в приборостроении авиакосмических аппаратов (поверхностные пленки используются для регулировки температуры спутников) [16].

В настоящей работе была поставлена задача получить структуру железо / полидифениленфталид (ПДФ) / железо, пригодную для оптических исследований. Для таких исследований структур, содержащих слой полимера с широкой запрещенной зоной, требуется создание образцов с тонким (менее 10 нм) слоем железа. Кроме того, слой полимера также должен быть менее 10 нм, причем требуется ряд толщин от 2 до 10 нм. Слой железа, напыленный на полимер сверху также должен не превышать 10 нм. То есть, толщина структуры должна быть менее 30 нм.

Актуальность работы: гетероструктуры на основе полимерных диэлектриков типа металл / полимер / металл могут работать как спиновые клапаны.

Особенно важно добиться управляемых свойств в подобных структурах.

Цель работы: добиться возможности управляемого получения структур типа спинового вентиля в лабораторных условиях с целью исследования их магнитных качеств.

Магнитные свойства структур исследуются на кафедре магнетизма МГУ.

Задачи: 1. Определить условия для осаждения в вакууме пленок железа контролируемой толщины.

2. Определить условия нанесения на железо методом центрифугирования тонких слоев полимера.

3. Модифицировать производство образцов в соответствии с возникающими задачами в процессе исследования их магнитных свойств.

Глава 2. МЕТОДИКА И ПРИБОРЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Метод нанесения полимерных слоев

Полимерные слои изготавливались методом центрифугирования. Для образцов спинового вентиля стеклянную подложку очищали от загрязнений этиловым спиртом и помещали в ультразвуковую ванну на 2 минуты для окончательной очистки в дистиллированной воде. На очищенную стеклянную подложку наносились электроды методом термодиффузионного напыления (методика изготовления электродов описана в пункте 2.4). После этого на экспериментальный образец наносилось небольшое количество раствора полимера (в качестве растворителя использовался циклогексанон) с помощью автоматической пипетки переменного объема (Biotech), а затем помещали в центрифугу на 2-4 минуты для равномерного распределения растворенного полимера при скорости вращения 1500 об/мин.

Для асимметричного образца массивную подложку (поликристаллический Ni) очищали от загрязнений толуолом, затем протирали поверхность этиловым спиртом и только после этого помещали в ультразвуковую ванну. Полимерные слои наносились так же, как и для образцов спинового вентиля.

Затем подложка с полимером сушилась на воздухе при комнатной температуре в течение 15-20 минут и затем помещалась в сушильный шкаф на 40 минут при температуре 150 ºC для полного удаления остатков растворителя. Согласно работе [7] после такой процедуры в полимерной пленке остается не более 1% растворителя. Толщины полимерных пленок составляли 70 нм, 75 нм, 80 нм, 100 нм и оценивалась с помощью профилометра контактного -130, с погрешностью измерений 8 нм.

2.2. Устройство и работа вакуумного поста ВУП – 5

Данная установка состоит из четырех составляющих блоков:

1. Основной блок [19] имеет металлический корпус. Блок ВУП-5 устанавливается на полу, вакуумный колпак установлен на верхней панели данного блока. Внутри блока находятся съемные блоки, которые имеют источник питания и электронные платы, а также располагается диффузионный насос. Диффузионный насос в установке охлаждается с помощью водяного контура. Открытием металлических дверок можно увидеть внутреннее содержимое блока.

2. Существует управляющий блок с пультом ДУ. Данный блок включает в себя органы, которые управляют установкой, кнопки запускающие форвакуумный механический насос и включающее питание.

3. Вакуумметр ионизационно – термопарный устанавливается на верхнем панельном блоке управления. Данный прибор осуществляет контроль степени вакуума в системе во время работы установки.

4. Насос форвакуумный 2НВР – 5АМ. Прибор имеет закрытый металлический корпус. Находится на полу за основным блоком. Данный форвакуумный насос служит для предварительной откачки воздуха из вакуумной системы.

«ВУП – 5» - это функционально законченное устройство в защитном заземленном металлическом корпусе.

При работе на ВУП – 5 возможны вредные и опасные факторы - большое значение напряжения в электрической цепи, который может замкнуть тело человека. Чрезмерная загазованная рабочая зона.

Для того чтобы защитить человека [19] от поражения электрическим током все приборы установки и токоведущие части сделаны в закрытом исполнении. Приборы и корпус установки заземлены. Чтобы предотвратить повышенную загазованность рабочей зоны существует уличный выхлоп, который идет с форвакуумного насоса в виде резинового шланга.

В лаборатории запрещается хранить горючие, легковоспламеняющиеся жидкости и газы, взрывчатые вещества.

Требования безопасности перед началом работы. Следует провести наружний осмотр [19] установки ВУП – 5 и нужно проверить оборудования на исправность.

Проверить заземлена ли данная установка, проводную электроизоляцию.

Обследовать работу вакуумной и электрической блокировок.

Проверить циркулирует ли холодная вода в контур, который охлаждает диффузионный насос.

Требования безопасности во время работы с ВУП – 5. Следует пользоваться инструкцией по эксплуатации ВУП – 5. Запрещается без наблюдения оставлять включенную вакуумную установку.

Запрещается работать на установке или ремонтировать его, если снят кожух какого - либо прибора и в отсутствии заземления.

Перед ремонтом или чисткой установки нужно убедиться, что он полностью отключен от питающей сети. Необходимо пользоваться индивидуальными средствами защиты для безопасной работы на установке.

Такие средства защиты как [19] диэлектрические перчатки, диэлектрический коврик, который устанавливается перед установкой, инструменты для ремонта с изолированными рукоятками.

Требования безопасности по окончании работ. После окончания работы на ВУП – 5 нужно отключить установку от питающей сети, в том порядке как описано на инструкции по эксплуатации.

Следует отключить рубильник, который питает установку и закрыть кран подачи воды в контур охлаждающий диффузионный насос.

Необходимо привести в порядок [19] рабочее место. Уходя из рабочего помещения выключить рубильник, питающий рабочую комнату и выключить свет.

Если обнаружены недостатки во время работы в помещении, следует сообщить заведующему лабораторией.