Разработка технологий получения тонких пленок оксида меди и исследование их свойств Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Список литературы / References

1. Харламов Ю.А. Адгезионное взаимодействие режущего инструмента с материалом заготовки / Ю.А. Харламов // Вестник СевНТУ, 2012. № 128. С. 266-269.

2. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие средства для обработки материалов: справочник / Е.Г. Бердичевский. М.: Машиностроение, 1984. 224 с.

3. Энтелис С.Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под ред. С.Г. Энтелиса, Э.М. Берлинера. М.: Машиностроение, 1986. 352 с., ил.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ОКСИДА МЕДИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ Аскарулы К.1, Ауелбекова Ф.А.2 Email: [email protected]

'Аскарулы Кыдыр - магистр технических наук, инженер; 2Ауелбекова Фариза Ауезханкызы - магистр технических наук, ассистент, кафедра общей и теоретической физики, Институт инженерии высоких технологий Казахский национальный исследовательский университет им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан

Аннотация: в статье рассматривается разработка получения оксида меди (CuO и Cu2O) методом реактивного магнетронного распыления, варьируя технические параметры осаждения тонких пленок. Были использованы такие газы, как аргон, азот, кислород. Проведены испытания отжигом при разных температурах с целью определения изменения их свойств. Получены результаты свойства по пропусканию, рентгеноструктурный анализ и определена ширина запрещенной зоны. Результаты были сравнены и проанализированы. Полученные результаты могут быть использованы для получения солнечной энергетики, в микроэлектронике и т.д.

Ключевые слова: тонкие пленки, реактивное магнетронное распыление, осаждение пленок, спектр испускания.

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGIES FOR PRODUCING THIN FILMS OF COPPER OXIDE AND STUDY OF THEIR PROPERTIES Askaruly K.1, Auelbekova FA.2

'Askaruly Kydyr - Master of Technical Sciences, Engineer; 2Auelbekova Fariza Auezkhankyzy - Master of Technical Sciences, Assistant, GENERAL AND THEORETICAL PHYSICS DEPARTMENTS, THE ENGINEERING SCHOOL OF HIGH TECHNOLOGIES, KAZAKH NATIONAL RESEARCH TECHNICAL UNIVERSITY AFTER K.I. SATPAYEV, ALMATY, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN

Abstract: the article discusses the development of getting CuO and Cu2O by reactive magnetron sputtering varying the technical parameters of deposition of thin films. Instead of the gases were used such as argon, nitrogen, oxygen. Tested by annealing at different temperatures to determine changes in their properties. The obtained results for the transmittance, x-ray diffraction analysis and determined the width of the forbidden zone. The results were compared and analyzed. The results are for the purposes of the solar energy, microelectronics, etc. Keywords: thin film, reactive magnetron sputtering, deposition of films, spectrum emission.

УДК: 539:23

Оксидные полупроводники p-типа, такие как - CuO, Cu2O, имеют широкие перспективы применения в качестве активных слоев солнечных элементов, в виду того, что эти материалы имеют низкую стоимость, их ширина запрещенной зоны лежит в диапазоне от 1,2 - 2,1 эВ, что обеспечивает высокий коэффициент спектрального поглощения солнечного света.

Было проведено исследование для разработки технологий получение CuO и Cu2O методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе. В результате выполнения эксперимента, произведено пробное распыление медной мишени в среде Ar2, N2, O2, изменяя все технические параметры. Подробно изложен метод получения, применяемые при распылении и осаждении тонких пленок, а также измерения оптических характеристик.

При выборе технологических режимов осаждении пленок соединений MemXn (Mem- металл, Х -кислород, азот и др.) методом реактивного магнетронного распыления металлическая мишень может находиться в двух предельных стационарных состояниях: металлическом и реактивном. В металлическом режиме мишень свободна от продуктов реакции и по всей ее поверхности распыляется металл. В реактивном режиме поверхность мишени полностью покрыта соединением [1]. Осаждение пленок соединении можно выполнить только при реактивным режиме работы мишени [4, 5].

В экспериментах мы распыляли медную мишень в среде Ar, N, O - варьируя все технические параметры. Сняли спектры испускания разряда при катодной области спектрофотометром. Каждый эксперимент повторялся несколько раз, чтобы выявить случайную ошибку и варьировались все технические параметры. Измерялся ВАХ в разной точке токе и спектрах аргона меди. Построили зависимость газов и меди от тока. Зависимость была построена на максимальной интенсивности аргона: Ar на длине волны 811,3 нм, меди: Cu 325,1 нм, азот N2I (возбужденная нейтральная молекула) 357,7 нм, азот N2II (спектры возбужденного молекулярного иона) 391,4 нм и кислорода: O 777 нм.

Эксперимент 1: с этой целью было изучено ВАХ магнетрона с медной мишеню в среде Ar. Эксперимент осуществлялся при давлениий в камере 4,6,8 х 10-3 мТорр, ток варьировался от 0.5 до 3 мА и повторен 3 раза, каждый для выявление случайной ошибки.

В первом эксперименте мы снимали ВАХ магнетрона, сделано 9 экспериментов и построена ВАХ и распыляли медную мишень в среде Ar (рисунок 1б). При увеличении тока интенсивность Ar и Cu увеличивается.

Предварительно для проверки ваккумный системы мы измерили ВАХ (рисунок 1а) в разных режимах. Соответственно с возрастанием тока в камере увеличивается напряжение.

550

450

350

0,30

1,30

У*

Cu 4 мТорр Cu 6 мТорр ' Cu 8 мТорр Ar 4 мТорр Ar 6 мТорр

2,30 Ток, мА 0,5

1,5

2,5

Ток,мА

Рис. 1 а) ВАХ магнетрона, б) интенсивность зависимости меди и аргона от плотности тока

6,5 «-5,5

§4,5

в я

и3,5

0

0,4 0,8 1 2 1,6 2 2,4 натек

4 5 6 мТорр

Рис. 2 а) зависимость интенсивности от давления Аг, Си, N¿1, 21; б) зависимость давления от натекания газов

500

600 700 800

Длина волны, нм

Рис. 3. Спектр спускания 02, при 0,5 -2,5мА Параметры при распылении:

а) Аг - 0,0 - 1.4 мВт, I - 0.5 мА,и - 280 В,Р - 8.6мТорр;

б) Аг - 0,0 - 1.5 мВт, I - 2.5 мА,и - 325В,Р - 9.15 мТорр.

При увеличении тока, когда поток Ar=0, мы видим, что увеличиваются давление, напряжение и интенсивность спектра кислорода (777 нм), но так как кислород не инертный газ, он не может распылять медную мишень. Это мы можем увидит в рисунке 3 - это говорит о том, что при увеличении тока пленка окисляется быстрее.

Эксперимент 2: В этом эксперименте мы распыляли медную мишень в среде Лт2+О2, варьируя ток и поток газов.

Рис. 4. Спектры испускания меди и газов

По полученным спектрам испускания газов (рисунок 4) во втором эксперименте, самым удобным параметром для распыление медной мишени в среде аргона является 4 мТорр и чем выше плотность тока, улучшается распыление меди.

Эксперимент 3: Распыление медной мишени проводилось в среде Ar2+O2+N2. Сняли спектр спускания (рисунок 5) газов на разных параметрах.

^20

510

а

н

I О'

в 300

0,3 мА

4 мТорр 1

........Ли .1 .

600

Длина волны, нм

900

(¿20

л

щ

§10

а

0,3 мА

6 мТорр

■ .............1 ,1 ,

в 300

600

Длина волны, нм

900

я

я30

я

си

и о

я 300

"90 □

л Ё60 о к

Взо

и

ш

Ь 9

3 мА

4 мТорр

1 .. 11, 1 „ 1 ,1 .

600

Длина волны, нм

900

ЗмА

6мТорр

1 II..... 1 Й |1. 1.

300

600

Длина волны, нм

900

600

Длина волны, нм

600

Длина волны, нм

Рис. 5. Спектры испускания меди и газов

Си: 325,2 нм 510,5 нм 515,2 нм 522,2 нм; Аг: 811,2 нм 751,1 нмм 764,5 нм 842 нм; О: 777 нм 794,8 нм; N¡1: 357,7 нм; N¡11: 391,4 нм;

Если сравнить интенсивность спектров, то мы видим, что в первом случае при токе 0,5 А интенсивность линий меди (325,3 нм), азота (357,2 и 397,4 нм) очень малы, а во втором случае при токе 4 мА интенсивность линий меди, азота и аргона намного больше (811,3 нм), так как интенсивность азота очень малы, мы не взяли его для сравнения.

По спектрам и ВАХ (рисунок 1-5), можно увидеть, что самым применяемым параметром для получения оксида меди являются параметры 3-го эксперимента.

Режимы получения пленок оксида меди и результаты исследования:

Методом реактивного магнетронного распыления были осаждены на стеклянной подложке по три партии образцов на постоянном токе.

- Остаточное давление менее - 10-2 мТорр,

- Давление аргона - 4 мТорр

- Плотность тока разряда - 9.7мА/см2

- Температура подложки - 240°С

- Скорость осаждения - 27 нм/мин

- Толщина первого образца 400 нм (15 мин), второго образца 800 нм (30 мин), третьего образца 200 нм (7,5 мин).

- При осаждении первых двух образцов парциальное давление кислорода было равно 0.6 и 1.0 мТорр,

- Третий образец был получен, когда давление кислорода составляло 1.6 мТорр, этого оказалось достаточным для осаждения пленки CuO.

а

н

a ^ С(200)

m(-111) - 2

1 c(111) Cu2O(2

У 0|Cu(111

R(X) *

50

1 R

50

15

40

29, град

400

600 800 Длина волны, нм

1000

Рис. 6 а) ренгенограмма полученных пленок, б) спектры пропускания и отражения полученных пленок

1) При ~42°, который отражается от плоскости (200) Cu2O и плоскости (111) металлической меди. Состав пленки Cu2O. 2) при ~35° и ~42° соответствующие отражение от плоскостей (111) и (200) соответствует Cu2O. 3) при 35.5° и 38° наблюдались пики, соответствующие отражениям (-111) (111) [6, 7] CuO. Пики 1 - го и 2 - го образцов соответствует Cu2O, образец 3-и, его пик соответствует CuO [2-3]. Ширина запрещенной зоны после осаждения

Образец 2 обр 3 обр

Eg,эВ 2,2 эВ 1,3 эВ

Cu2O см-1

112, 218, 148, 634

113, 147, 218, 627

630

295, 284, 347, 338, 632

пики образцов соответствующие оксиду меди

Рис. 7. Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана)

Таким образом, на основе проведенных исследований была рассмотрена разработка получения тонких пленок и исследование оптических свойств пленок Си^ и CuO.

б

0

0

Список литературы / References

1. Василевский А.М., Коноплев Г.А., Панов М.Ф. Оптико-физические методы исследований: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. 60 с.

2. Курзина И.А., Годымчук А.Ю., Качаева А.А. Рентгенофазовый анализ нанопорошков. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. 14 с.

3. Ветошкин В.М., Кобзиев В. Ф., Романов Э.А. Технология тонких пленок, 2013. 80 с.

4. Сейдман Лев, Берли Евгений. Получение тонких пленок реактивным магнетронным распылением. М., 2014. 256 с.

5. ДанилинБ.С., СырчинВ.К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982. 72 с.

6. Колесов Б.А. Раман-спектроскопия в неорганической химии и минералогии. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009 г. 189 с.

7. Akimoto K., Ishizuka S., Yanagita M., Nawa Y., Paul G., Sakurai T. Thin film deposition of Cu2O and application for solar cells // Solar Ener., 2006. V. 80. P. 715-722.

МОДЕРНИЗАЦИЯ САР ТО ЭНЕРГОБЛОКА АЭС Кочнев О.И. Email: [email protected]

Кочнев Олег Игоревич — магистрант, кафедра автоматизированных систем управления тепловыми процессами, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва

Аннотация: АЭС является сложным технологическим объектом. Автоматизация электрических станций и подстанций является чрезвычайно важной. На АЭС применяются комплексные системы автоматического регулирования, включающие в себя большое количество автоматических регуляторов. Работа посвящена модернизации систем автоматического регулирования турбинного отделения энергоблока АЭС, ее цель - доработка алгоритма работы системы регулирования давления в деаэраторах. Реализация проводилась на основании технических требований к технологическим алгоритмам средств авторегулирования на базе комплекса ТСА.

Ключевые слова: система автоматического регулирования, турбинное отделение, алгоритм, технические требования, комплекс ТСА, технологическая схема, функциональное программное обеспечение шкафов управления.

THE MODERNIZATION OF THE SAR NPP Kochnev O.I.

Kochnev Oleg Igorevich- Undergraduate, DEPARTMENT OF AUTOMATED CONTROL SYSTEMS FOR THERMAL PROCESSES, NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY MOSCOW POWER INSTITUTE, MOSCOW

Abstract: nuclear power plant is a complex technological object. Automation of electrical stations and substations is extremely important. At the NPP shall apply a comprehensive system of automatic regulation, which includes a large number of automatic regulators. Work on modernization of automatic control systems turbine power plant the aim is to refine the algorithm of the system control the pressure in the deaerator. The implementation was carried out based on the technical requirements of the technological algorithms tools autoregulatory on the basis of the complex ofTSA.

Keywords: the automatic control system, turbine branch, Balakovo NPP, algorithm, technical requirements, complex TCA flow diagram, functional software of control cabinets.

УДК 53.06

Модернизация систем автоматического регулирования турбинного отделения энергоблока АЭС, ее цель - доработка алгоритма работы системы регулирования давления в деаэраторах. Реализация проводилась на основании технических требований к технологическим алгоритмам средств авторегулирования на базе комплекса ТСА.

В ходе выполнения работы были изучены принцип работы системы регулирования давления в деаэраторах, техническая характеристика деаэрационной установки, принципы построения САР. Описаны технологическая схема САР давления в деаэраторах и схема авторегулирования. Рассмотрено