07. Відділ фізичного матеріалознавства тугоплавких сполук

Завідувач відділу

Іващенко Володимир Іванович

професор, доктор фізико-математичних наук
ivashchenko@icnanotox.org
+380(44)205-79-62

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).