07. Відділ фізичного матеріалознавства тугоплавких сполук

Основні напрямки наукової діяльності

• Дослідження властивостей тугоплавких сполук та їх фізичної природи з метою розробки нових матеріалів для сучасної техніки.

Тематика наукових розробок

• Фізичне матеріалознавство тугоплавких сполук.

Найкращі результати

• Організація лабораторії осадження плівок тугоплавких сполук методом DC незбалансованого магнетронного розпилення.
• Розроблена технологія магнетронного осадження надтвердих зносостійких нанокомпозитних і наношаруватих покриттів на основі систем - сполуки перехідних металів (TiN, TiNC, VN, NbN, NbC/ керамічний матеріал (SiN_x, SiC, SiCN, AlN, BN, BCN); 2) моношаруватих покриттів SiC, SiCN, BC_x, BCN, AlN; 3) моношаруватих аморфних покриттів систем Al-Mg-B, Al-Mg-B-C, Al-Mg-B-Ti, Al-Mg-B-Si, Al-Mg-B-V, Al-Mg-B-Si-C. Покриття демонструють високу твердість 30-40 ГПа і низький коефіцієнт тертя 0.07-0.15. Розроблені рекомендації до їх використання в якості зносостійких, захисних та радіаційно стійких покриттів.
• Розроблена плазмохімічна технологія осадження зносостійких твердих і напівпровідникових плівок на основі Si-C і Si-C-N. Плівки демонструють твердість 20-35 ГПа, низькі шорсткості (0.2-0.4 нм) і коефіцієнт тертя 0.06-0.1, а також яскраву фотолюмінісценцію в голубій ділянці спектру. Розроблені рекомендації до їх використання в якості зносостійких, захисних та радіаційно стійких покриттів, активних шарів в напівпровідникових приладах, а також в мікроелектромеханічних системах (МЕМС) та наноелектромеханічних системах (НЕМС).

Посилання на 2 файли реклами:

SiCN плівки для напівпровідникових приладів

Нанотехнології на основі магнетронного розпилення (МР) і плазмохимического осадження з газової фази (PECVD).

Теоретичні розрахунки

На підставі результатів першо принципних розрахунків:

• Були всебічно вивчені Електронна структура і механічні властивості кристалічних та аморфних Si, SiC і SiCN, а також B₄C.
• Була розроблена теорія фазових перетворень в VN і NbN.
• Були досліджені фазові перетворення в сполуках перехідних металів під тиском.
• Були запропоновані моделі структур сполук перехідних металів / керамічних гетероструктур для пояснення структурних властивостей нанокомпозитів.
• Були ретельно досліджені.механічні властивості цих гетероструктурю
• Були пояснені структурні, електронні та фононно структурні властивості, механічні властивості матеріалів AlMgB₁₄.
• Розроблені матеріали з особливими електричними та магнітними властивостями і технології виготовлення наноструктурованих товстоплівкових резисторів широкого діапазону номіналів, магніторезисторів, тензорезисторів, чутливих елементів сенсорів різного призначення, мікронагрівачів. Вихідними компонентами таких матеріалів в залежності від призначення є бориди барія, лантана, нікеля, кобальта, легований оксид олова, склофаза. Перевага розроблених матеріалів та технологій полягає в тому, що плівки наносяться на підкладку методом трафаретного друку, а їх наноструктура та функціональні параметри формуються в процесі термообробки в атмосфері повітря без будь-якого захисту. Це суттєво спрощує технологію виготовлення плівкових виробів, значно (в рази) знижує собівартість та сприятиме їх широкому застосуванню в електроніці та приладобудуванні.

Дані про патенти (зарубіжні, вітчизняні, корисні моделі)

• Е.В.Шелудько, Ю.И.Богомолов, В.Е.Шелудько, Б.М.Рудь, Е.Я.Мельников, Спосіб одержання полімерного плівкового резистора. Патент № 62407 UA МПК СО 8L 77/00. Опубл. 25.08.2011. Бюл. № 16.
• В.В.Скороход, И.А.Морозов, Р.А.Морозова, О.В.Кондратов, И.И.Тимофеева, М.А.Васильковская, О.Г.Єршова / Патент № 93530, Способ очистки порошков кремния, Бюл. №19, 10.10.2014.

Участь у цільовій тематиці НАНУ 2011-2015рр:

• ІІІ-35-07(Ц) (2007-2011рр) 1326458 грн.
• ІІІ-28-12(Ц) (2012-2016), 2995974 грн.
• 3.ІІ-15-10Н (2011-2015), 666383 грн.

Міжнародні гранти 1997-2015 рр

УНТЦ №551, УНТЦ №1590, УНТЦ №1591, УНТЦ №4682, УНТЦ №5539, УНТЦ №5964;
CRDF Contract UK-U2-2589-KV-04; УНТЦ № 3927

2016 рік

ДОСЛІДИТИ МЕХАНІЗМИ ФОРМУВАННЯ НАНОСТРУКТУРИ ТА ЇЇ ВПЛИВУ НА ВЛАСТИВОСТІ НАДТВЕРДИХ МАГНЕТРОННИХ ПОКРИТТІВ І НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПЛАЗМОХІМІЧНИХ ПЛІВОК

Розроблена технологія осадження Si-C-N плівок з використанням двох методів – плазмохімічного осадження та магнетронного розпилення. В обох випадках змінним параметром був потік азоту (F_N2). Загальним для осаджених плівок було: низька шорсткість (до 1 нм), низький коефіцієнт тертя та відносно висока твердість 18-24 ГПа. Для плазмохімічних плівок підвищення потоку азоту призводило до збільшення нанотвердості і пружного модуля, тоді як для магнетронних плівок спостерігали зворотний ефект. На основі XPS і FTIR досліджень дано пояснення цьому факту. Плівки рекомендовано для використання в якості зносостійких покриттів в мікроелектромеханічних системах (МЕМС), в якості захисних покриттів на сонячних елементах. (В.І. Іващенко, О.К. Порада, П.Л. Скринський, А.О. Козак, Л.А. Іващенко) .

ДОСЛІДИТИ МЕХАНІЗМИ ФОРМУВАННЯ НАНОСТРУКТУРИ ТА ЇЇ ВПЛИВУ НА ВЛАСТИВОСТІ НАДТВЕРДИХ МАГНЕТРОННИХ ПОКРИТТІВ І НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПЛАЗМОХІМІЧНИХ ПЛІВОК

Першопринципні розрахунки виявили спінодальний механізм розпаду твердих розчинів NbN-AlN, TiC-SiC і NbC-SiC, що робить їх перспективними у якості матеріалу покриттів. Деякі із цих систем (NbN-AlN, і NbC-SiC) нами використані в нанокомпозитних надтвердих покриттях. (В.І. Іващенко, В.І. Шевченко, Н.Р. Медюх, О.О. Онопрієнко ).

ВПЛИВ УМОВ СИНТЕЗУ НА НАНОСТРУКТУРУ ТА ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК НА ОСНОВІ ТУГОПЛАВКИХ БОРИДІВ, СИЛІЦИДІВ І ОКСИДІВ

Були осаджені і теоретично вивчені покриття системи Al-Mg-B-C. Вперше доведено можливість зміцнення покриттів не за рахунок утворення кристалітів у аморфній матриці, як у випадку нанокомпозитів nc-TiN/a-SiN_x, а завдяки формуванню ікосаедричних кластерів бору. Твердість таких покриттів сягає 30 ГПа, а коефіцієнт тертя складає 0.08-0.15, що робить їх придатними для використання в мікроелектромеханічних системах та в якості зносостійких покриттів.(В.І. Іващенко, П.Л. Скринський, І.І. Тімофєєва, О.К. Синельниченко).

Обладнання

Устаткування для осадження і дослідження тонких плівок:

• Установка незбалансованого магнетронного розпилення при високих швидкостях і для осадження нанокомпозитних і наношарових покриттів. Можливе використання ЕЦР (Україна).
• Установка плазмо-хімічного (PECVD) осадження аморфних і нанокристалічних тонких плівок для оптоелектроніки і машинобудування (Україна).
• Устаткування для відпалу до 1200 ° С в атмосфері азоту і в повітрі з метою вивчення термостабільності і стійкості до окислення.

Апаратура для дослідження характеристик осаджених плівок:

• Рентгенівський дефрактометр ДРОН-2 для визначення структури і розміру зерна нанокомпозитних покриттів.
• Оптичний профілометр "Мікрон Альфа" (Україна) для дослідження товщини і шорсткості поверхні покриттів.
• Мікротвердомір "Мікрон-гамма-1" (Україна) для дослідження мікротвердості і модуля пружності плівок в залежності від глибини втілення індентора.
• Скреч тестер "Мікрон-гамма-2" (Україна), оснащений діамантовим індентором Віккерса, для дослідження адгезії плівки і коефіцієнту тертя.
• Пристрій (ball-on-plane test) для оцінки коефіцієнта мікроабразивного зносу і товщини покриттів в присутності алмазної пасти (0,1 мкм).

Співробітники

Іващенко В.І.
проф., д.ф.-м.н.

Биков О.І.
ст.н.сп., к.т.н.

Васильківська М.А.

Гранько В.М.

Іващенко Л.А.
ст.н.сп., к.т.н.

Ковальченко А.М.
ст.н.сп., к.т.н.

Козак А.О.
к.ф.-м.н.

Корічев С.Ф.

Марчук О.К.

Оліфан О.І.

Онопрієнко О.О.
ст.н.сп., д.ф.-м.н.

Осадча А.В.

Порада О.К.
ст.н.сп., к.т.н.

Ситіков О.О.

Скринський П.Л.

Шевченко В.І.

Публікації

2024 << 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 >> 1997 Всі Довідник

• Indentation-induced phase transformations in silicon nanostructures
  В.І.Іващенко, P.E.A.Turchi, В.І.Шевченко, N.Yu.Pavlova (2007) Математичні моделі і обчислювальний експеримент в матеріалознавстві, #09, Київ: ІПМ ім.І.М.Францевича НАН України, C.117-120