способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности
Классы МПК: | C23C14/24 вакуумное испарение |
Автор(ы): | Жиляков Л.А., Костановский А.В., Кириллин А.В. |
Патентообладатель(и): | Институт высоких температур Научного объединения "ИВТАН" РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-08-26 публикация патента:
10.04.1996 |
Изобретение относится к получению различных соединений на твердой поверхности. Сущность изобретения: поверхность твердого тела, размещенного в герметичном вакуумированном объеме, заполненном газовой фазой участвующих в реакции компонентов, облучают потоком фотонов с частотой, соответствующей спектральной линии по крайней мере одного из компонентов. При этом энергия фотонов должна быть не менее энергии активации реакции образования бинарного химического соединения. Плотность мощности излучения определяется из математического выражения.
Формула изобретения
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИНАРНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ НА ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ, включающий создание газовой фазы участвующих в реакции химических компонентов в герметичном вакуумированном объеме и осаждение продуктов реакции на твердой поверхности, размещенной в этом объеме, отличающийся тем, что в процессе осаждения из газовой фазы участвующих в реакции компонентов твердую поверхность облучают потоком фотонов с частотой, соответствующей спектральной линии по крайней мере одного из компонентов, при которой энергия фотонов не менее энергии активации реакции образования бинарного химического соединения, при этом плотность мощности излучения, падающего на твердую поверхность, определяется неравенством![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057817/2057817-6t.gif)
где W скорость роста бинарного химического соединения стенометрического состава, м-1 с-1;
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057110/961.gif)
NА число Авогадро,
M молярная масса бинарного химического соединения, кг/моль;
h постоянная Планка;
ni- частота (с-1);
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057092/947.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057817/2057817-7t.gif)
n число атомов возбужденного компонента в одной молекуле бинарного химического соединения.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к физической химии, изучающей процессы, обусловленные действием излучения (с частотами видимого спектра и близкими к ним) на вещество и может быть использовано при получении различных новых соединений на твердой поверхности, повышении производительности существующих методов получения т.д. Известен фотохимический способ получения бинарного химического соединения (БХС) в объеме, например, бромистого водорода, основанный на том, что газовую смесь из реагентов водорода и брома освещают излучением с длиной волны более 5000![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057817/2057817t.gif)
Недостаток ограниченное количество возможных реакций, протекающих в объеме под действием света, которые можно было бы использовать для образования БХС как такового и осуществлять осаждение БХС на твердую поверхность, например в виде пленки, покрытия и т.п. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения БХС, например ALN-нитрида алюминия, в виде пленки, основанный на испарении порошка ALN в камере и осаждении продуктов испарения на твердой поверхности подложке (стекло, кремний) при давлении азота в камере от 5
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057009/729.gif)
Недостаток низкая производительность способа получения БХС, а именно ALN, на твердой поверхности подложке, не более 30
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057817/2057817-2t.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057119/957.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057119/957.gif)
Q
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057114/8805.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057817/2057817-3t.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057019/931.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057817/2057817-4t.gif)
где W скорость роста БХС стехиометрического состава, м-2с-1;
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057110/961.gif)
NA -число Авогадро;
М молярная масса БХС, кг/моль;
h постоянная Планка;
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057119/957.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057119/957.gif)
n число атомов возбужденного компонента в одной молекуле БХС. Указанная сущность вытекает из следующих физико-химических закономерностей. Известно, что для образования молекулы химического соединения необходимо выполнение ряда условий: столкновение молекул (атомов) реагирующих компонентов; энергия сталкивающихся молекул (атомов) должна превышать энергию активации данной химической реакции. Кроме того, известно, что свободные атомы и молекулы в газообразном состоянии имеют систему дискретных энергетических уровней, определяющих погощение излучения на спектральных линиях, соответствующих данным атомам и молекулам. При поглощении данного излучения атомы или молекулы переходят в возбужденное состояние, обладающее по сравнению с основным состоянием большей энергией (на величину энергии поглощенного фотона). В свою очередь конденсация вещества на твердой поверхности включает в себя следующие стадии: адсорбция молекул или атомов, их миграция по поверхности, образование зародышей конденсированной фазы и их коалесценция. При наличии в газовой фазе молекул и атомов, участвующих в реакции компонентов указанные частицы в адсорбированном состоянии, мигрируя по поверхности, могут сталкиваться между собой, что обеспечивает выполнение первого условия протекания химической реакции. Энергию активации адсорбированные частицы могут получать за счет поглощения фотонов резонансного излучения, соответствующего спектральной линии компонента. Как показывает эксперимент, адсорбированные частицы на стадии, предшествующей образованию зародышей конденсированной фазы, сохраняют способность поглощать резонансное излучение. Рассмотренные особенности поведения атомов и молекул адсорбционные явления, фотовозбуждение вытекают из природы строения вещества и свойственны для любых химических веществ. Отсюда следует что предлагаемое изобретение может быть использовано для получения практически всех БХС. При этом воздействие на твердую поверхность излучением частотой, соответствующей спектральной линии хотя бы одного из компонентов БХС, при которой энергия фотонов не менее энергии активации реакции образования БХС, определяет необходимые условия протекания реакции образования БХС стехиометрического состава, повышения производительности. А уровень плотности мощности излучения, определяемый согласно предлагаемому в изобретении неравенству, позволяет регулировать скорость процесса образования БХС на твердой поверхности, повышая производительность способа, и управлять стехиометрией фазового состава БХС. Обозначенный технический результат может быть достигнут только при соблюдении всех существенных отличительных и ограничительных признаков предложенного способа получения БХС на твердой поверхности. Осуществление способа получения ХС на твердой поверхности, например, ALN, в виде покрытия реализуется в следующей последовательности. В рабочей камере вакуумного поста ВУП-4 размещается тигель с порошком ALN (диссоциирующего при нагреве) и над ним устанавливается стеклянная подложка на расстоянии 5 см (из конструктивных соображений). Камеру вакуумируют до остаточного давления не выше 10-4 Па и напускают азот высокой чистоты (99,9% ) до давления 10-2-10-1 Па. Нагревают тигель с ALN, на поверхность подложки действуют излучением, имеющим на длине волны 396 нм (т.е. при частоте 7,5
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057009/729.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057009/729.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057817/2057817-5t.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057078/8776.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057009/729.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057009/729.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057009/729.gif)
![способ получения бинарного химического соединения на твердой поверхности, патент № 2057817](/images/patents/415/2057009/729.gif)
Класс C23C14/24 вакуумное испарение