RU2042746C1 - Monocrystalline film growing method - Google Patents

Abstract

FIELD: growing of monocrystalline films of water-soluble substances from oversaturated aqueous solutions on foreign substrate with parallel strips of various configuration applied to substrate. SUBSTANCE: method involves using substrate with parallel straight or broken strips, with distance between strips being 2-25 mm. As an example method for obtaining monocrystalline films based on potassium biphthalate on silicon substrate is presented. Substrates with area of 10 cm² are fixed on platform, which is rotated with speed of 60 rev/min, in crystallizer having volume of 1l. Crystalline film based on potassium biphthalate is growing during several days on substrates at crystallization temperature of 37-50 C and oversaturations of 1-5% Thickness of film is up to 10-20 nm and area of 6-8 cm². EFFECT: increased efficiency and high quality of film. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии получения пленок водорастворимых веществ на инородных подложках. The invention relates to a technology for producing films of water-soluble substances on foreign substrates.

В рентгеновских приборах (рентгеновские микроанализаторы, спектрографы) используются водорастворимые кристаллы кислых фталатов щелочных металлов (К, Rb и Сs) и аммония. Эти кристаллы используются в форме очень тонких пластин (0,1-0,2 мм), которые наклеиваются на инородные подложки, часто изогнутые в форме цилиндра для фокусировки излучения. Операция наклейки пластин на подложки часто приводит к разрушению пластин, при этом им невозможно придать форму изгиба с небольшим радиусом. X-ray devices (X-ray microanalyzers, spectrographs) use water-soluble crystals of acidic phthalates of alkali metals (K, Rb and Cs) and ammonium. These crystals are used in the form of very thin plates (0.1-0.2 mm), which are glued to foreign substrates, often curved in the shape of a cylinder to focus radiation. The operation of sticker plates on the substrate often leads to the destruction of the plates, while it is impossible to give them the form of a bend with a small radius.

Разработан способ выращивания водорастворимых кристаллов (включая фталаты щелочных металлов и аммония) в виде многокристаллических пленок толщиной несколько нанометров непосредственно на инородных подложках. A method has been developed for growing water-soluble crystals (including alkali metal and ammonium phthalates) in the form of multicrystalline films several nanometers thick directly on foreign substrates.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ ориентированного наращивания водорастворимых кристаллов иодистого аммония из пересыщенных водных растворов на инородных подложках с нанесенным рельефом в виде пересекающихся полосок. The closest technical solution to the proposed one is a method for oriented growth of water-soluble crystals of ammonium iodide from supersaturated aqueous solutions on foreign substrates with a relief in the form of intersecting strips.

Однако этим способом удалось получить ориентированное нарастание только на отдельных участках подложки площадью не более нескольких квадратных миллиметров. However, in this way, it was possible to obtain an oriented increase only in certain sections of the substrate with an area of not more than a few square millimeters.

Целью изобретения является выращивание монокристаллических пленок водорастворимых кристаллов площадью до 8 см².The aim of the invention is to grow single-crystal films of water-soluble crystals with an area of up to 8 cm ² .

Цель достигается тем, что выращивание пленок ведут на кремниевых подложках с нанесенным рельефом в виде параллельных полос различной конфигурации при пересыщениях 1-5% и в перемешиваемом растворе. The goal is achieved in that the films are grown on silicon substrates with a relief in the form of parallel strips of various configurations with supersaturations of 1-5% and in a mixed solution.

При пересыщениях менее 1% площадь монокристаллического нарастания не превышает 0,5 см², а при пересыщениях более 5% образуются паразитические кристаллы, нарушающие однородность пленки.With supersaturations of less than 1%, the area of single-crystal growth does not exceed 0.5 cm ² , and with supersaturations of more than 5% parasitic crystals are formed that violate the uniformity of the film.

Рельеф, наносимый фотолитографическим способом на подложку, представляет собой параллельные полоски в виде прямых или ломаных линий. Расстояние между полосками составляет 2-25 нм. Нанесение рельефа с расстоянием между полосками менее 2 нм в настоящее время технически трудно осуществимо, а при расстоянии более 25 нм нарушается монокристалличность пленки. The relief, photolithographically applied to the substrate, is a parallel strip in the form of straight or broken lines. The distance between the strips is 2-25 nm. Drawing a relief with a distance between the strips of less than 2 nm is currently technically difficult, and at a distance of more than 25 nm the single crystal film is broken.

В зависимости от величины задаваемого пересыщения, характера рельефа, длительности эксперимента на подложках площадью до 10 см²нарастает монокристаллическая пленка вещества толщиной до 20 нм и площадью до 8 см². Для повышения устойчивости раствора к пересыщениям применялась фильтрация через фильтры с диаметром пор до 1,5 нм.Depending on the size specified by supersaturation, the nature of relief, duration of the experiment on the substrates area of 10 cm ² single crystal growing film material to a thickness of 20 nm and an area of 8 cm ^2. To increase the stability of the solution to supersaturations, filtration through filters with pore diameters up to 1.5 nm was used.

Приводимые ниже примеры относятся к кристаллизации пленок бифталата калия (БФК), однако аналогичные результаты следует ожидать при кристаллизации бифталатов рубидия, цезия и аммония ввиду их изоструктурности, химической близости и идентичности условий выращивания их в виде объемных монокристаллов. The following examples relate to the crystallization of potassium biphthalate (BFK) films, however, similar results should be expected in the crystallization of rubidium, cesium, and ammonium bifthalates due to their isostructurality, chemical proximity, and the identity of their growing conditions in the form of bulk single crystals.

П р и м е р 1. В насыщенный при комнатной температуре раствор бифталата калия помещается пластинка кремния площадью до 5 см² с нанесенным микрорельефом в виде параллельных полосок. Расстояние между полосками составляет 2-25 нм. За счет испарения части растворителя при комнатной температуре создается пересыщение и происходит ориентированное нарастание бифталата калия на подложку кремния в виде пленки. В течение 1 сут толщина пленки может достигать 20 нм. Однако площадь ориентированного нарастания не превышает 0,5 см².EXAMPLE 1. In a potassium bifthalate solution saturated at room temperature, a silicon plate with an area of up to 5 cm ^{2 is} deposited with a microrelief in the form of parallel strips. The distance between the strips is 2-25 nm. Due to the evaporation of a part of the solvent at room temperature, a supersaturation is created and there is an oriented growth of potassium bifthalate on a silicon substrate in the form of a film. Within 1 day, the film thickness can reach 20 nm. However, the area of oriented growth does not exceed 0.5 cm ² .

П р и м е р 2. Насыщенный при 37-50^оС раствор бифталата калия помещается в кристаллизатор объемом 1 л и нагревается до температуры насыщения. Подложки кремния площадью до 10 см² с нанесенным рельефом в виде параллельных полосок (прямой или ломаной формы) с расстоянием между ними от 2 до 10 нм укрепляются на вращающейся платформе. Скорость вращения до 60 об/мин, что обеспечивает интенсивное перемешивание раствора. Пересыщение задается снижением температуры ниже температуры насыщения раствора на несколько градусов. В результате эксперимента при температуре насыщения исходного раствора 37-52^оС и пересыщения 1-5% в течение нескольких суток (1-10 сут) на подложках образовывалась кристаллическая пленка бифталата калия площадью до 8 см² и толщиной 3-10 нм.PRI me R 2. Saturated at 37-50 ^about With a solution of potassium biphthalate is placed in a crystallizer with a volume of 1 liter and is heated to saturation temperature. Silicon substrates with an area of up to 10 cm ² with a relief in the form of parallel strips (straight or broken lines) with a distance between them from 2 to 10 nm are mounted on a rotating platform. The rotation speed is up to 60 rpm, which provides intensive mixing of the solution. The supersaturation is set by lowering the temperature below the saturation temperature of the solution by several degrees. As a result of experiment at the saturation starting solution ^of 37-52 C and the supersaturation of 1-5% within a few days (1-10 days) on substrates formed crystal film 8 cm ² area of potassium hydrogen phthalate and 3-10 nm thick.

На чертеже пpедставлена выращенная пленка БФК. The drawing shows the grown film BFK.

П р и м е р 3. То же, что и в примере 2, но расстояние между полосками на подложке составляет 15-25 нм. В результате эксперимента на подложке образуется пленка бифталата калия толщиной 3-8 нм и площадью до 6-8 см². Однако при расстоянии между полосками рельефа 25 нм появляются признаки дендритного роста, что указывает на нарушение монокристалличности пленки.PRI me R 3. The same as in example 2, but the distance between the strips on the substrate is 15-25 nm. As a result of the experiment, a potassium biphthalate film of a thickness of 3-8 nm and an area of up to 6-8 cm ^{2 is} formed on the substrate. However, at a distance between the strips of the relief of 25 nm, signs of dendritic growth appear, which indicates a violation of the monocrystallinity of the film.

П р и м е р 4. То же, что и в примере 2, но расстояние между полосками составляет 30-50 нм. В результате эксперимента на подложке образуется пленка бифталата калия, но с сильно выраженными признаками дендритного роста, что указывает на нарушение монокристалличности пленки. PRI me R 4. The same as in example 2, but the distance between the strips is 30-50 nm. As a result of the experiment, a potassium bifthalate film is formed on the substrate, but with strongly pronounced signs of dendritic growth, which indicates a violation of the single-crystal film.

Claims (2)

1. СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК водорастворимых веществ из пересыщенных водных растворов на инородную подложку с нанесенным рельефом, отличающийся тем, что в качестве водорастворимых веществ берут бифталаты щелочных металлов или аммония и процесс ведут при пересыщениях 1 5% в перемешиваемом растворе на кремниевую подложку с рельефом в виде параллельных полос различной конфигурации с расстояниями между полосами 2 25 нм. 1. METHOD FOR GROWING SINGLE-CRYSTAL FILMS of water-soluble substances from supersaturated aqueous solutions onto a foreign substrate with a relief, characterized in that alkali metal or ammonium biftalates are taken as water-soluble substances and the process is carried out during supersaturations of 1 5% in a mixed solution with a mixed solution in the form of parallel bands of various configurations with distances between the bands of 2 25 nm. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание раствора осуществляют путем вращения платформы с закрепленной на ней подложкой. 2. The method according to p. 1, characterized in that the stirring of the solution is carried out by rotating the platform with a substrate fixed to it.

Images