Ученые Московского физико-технического института разработали новый метод получения наноразмерной керамики на основе нитратов индия, галлия и цинка. Этот материал будет применяться для создания специальных «чернил», которые необходимы в производстве транзисторов и других электронных устройств. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.
Наноразмерная керамика представляет собой керамические материалы с частицами размером от 1 до 100 нанометров. Благодаря своему малому размеру эти материалы обладают уникальными физико-химическими свойствами, что значительно отличает их от традиционных керамик. Они находят применение в производстве различных электронных компонентов, таких как конденсаторы, резисторы и транзисторы, и позволяют создавать устройства на гибких подложках.
Кроме того, наноразмерные керамические материалы используются в производстве светодиодов, лазеров и других оптических элементов. Их преимущества по сравнению с крупнозернистыми аналогами включают более высокую прочность и жесткость, а также способность проявлять уникальные оптические эффекты, такие как флуоресценция.
Традиционно керамические материалы получают с помощью технологии твердофазного синтеза путем спекания исходных компонентов при температурах около 1300°C. Однако с увеличением температуры размер частиц получаемой керамики также увеличивается, что ограничивает возможность контроля над структурой материалов. Разработка нового метода получения наноразмерной керамики открывает новые перспективы для использования в современном электронном производстве.
Ученые МФТИ разработали метод производства наноразмерной керамики, который позволяет изменять кристалличность материала от полностью аморфного до высоко кристаллического. Это достигается за счет варьирования температуры отжига в диапазоне 500–900 градусов Цельсия.
В результате полученный материал не содержит нежелательных кристаллических примесей. Первоначальная технология позволяет работать при значительно более низких температурах, что помогает сохранить малый размер частиц. Это особенно важно для свойств создаваемых «чернил», предназначенных для 3D-печати электронных устройств.
По словам исследователей, использование порошков, произведенных при высоких температурах, нецелесообразно, так как они будут обладать недостаточными свойствами и нестабильностью.
В рамках своего исследования ученые также провели оптические измерения, изучая, как размер кристаллов влияет на их характеристики, в частности, поглощение в инфракрасном спектре. Было обнаружено 17 характерных линий поглощения, связанных с колебаниями атомов. Эти параметры зависят от температуры спекания и, соответственно, от размера кристаллов.
Подобный подход обещает быть полезным для создания материалов как системы In-Ga-Zn-O, так и для других оксидных систем.
Метод получения замещенных ферритовых материалов активно применяется в нашей лаборатории.
Для исследования роста частиц оксида индия-галлия-цинка (IGZO) были проведены эксперименты с рентгеновской дифракцией, в ходе которыхstudied условия роста частиц в зависимости от температуры и времени.
Рассчитана энергия активации роста частиц при различных термических обработках.
Используя методы электронной микроскопии, исследована форма и состояние кристаллов, которые были получены при различных температурах.
Результаты показали равномерное распределение элементов в материале и отсутствие аморфных примесей, что свидетельствует о высоком качестве синтеза.
Эти результаты имеют большое значение для разработки IGZO «чернил», которые могут быть использованы в электронике и при печати на различных поверхностях.
