12.02.2025

В МФТИ создали технологию получения наноразмерной керамики

Учёные Московского физико-технического института разработали новый метод получения наноразмерной керамики на основе нитратов индия, галлия и цинка. На базе полученного материала будут производиться специальные “чернила”, которые необходимы при создании транзисторов и других электронных устройств. Результаты работы представлены в журнале Ceramics International.

Наноразмерная керамика — это керамические материалы, размер частиц которых находится в диапазоне от 1 до 100 нанометров. Благодаря своему малому размеру такие материалы обладают уникальными физическими и химическими свойствами, которые отличают их от традиционных керамик.

Материал используется в производстве различных электронных компонентов, таких как конденсаторы, резисторы и транзисторы. Он позволяет создавать устройства электроники на гибких подложках. Также наноразмерные керамические материалы применяются в производстве светодиодов, лазеров и других оптических элементов. Подобные керамики имеют более высокую прочность и жёсткость по сравнению с крупнозернистыми аналогами. Также наноразмерные керамики могут проявлять уникальные оптические эффекты, такие как флуоресценция.

Традиционно для получения керамических материалов используют технологию твердофазного синтеза – спекания исходных материалов при высокой температуре, как правило около 1300°C. Чем выше температуры спекания, тем больше размер частиц получаемой керамики.

Метод производства наноразмерной керамики, предложенный учёными МФТИ, позволяет создавать материал с различной степенью кристалличности, вариьируя от полностью аморфного до высоко кристаллического. Добиться этого учёным удалось, изменяя температуру отжига от 500 до 900 градусов Цельсия. При этом в полученном материале не было никаких нежелательных кристаллических примесей.

Созданная технология позволяет достигнуть значительно более низких температур, что даёт сохранить малый размер частиц. Это, в свою очередь, благоприятно отразится на свойствах получаемых “чернил”, которыми в дальнейшем планируется “печать” электронных устройств. Использовать порошки, полученные высокотемпературными технологиями, нельзя, поскольку чернила не будут иметь необходимых свойств и не будут стабильны, этим и был обоснован поиск новой технологии получения» рассказал первый автор исследования, сотрудник лаборатории функциональных оксидных материалов для микроэлектроники МФТИ Глеб Зирник.

В своем исследовании учёные также провели оптические измерения, чтобы выяснить, как размер кристаллов влияет на их свойства. В частности, они изучили поглощение в области инфракрасного спектра в материале и обнаружили 17 характерных линий поглощения, связанных с колебаниями атомов. Эти характеристики сильно зависят от температуры, при которой происходил процесс спекания, и, следовательно, от размера кристаллов.

Подобный подход имеет перспективы применения для получения как материалов системы In-Ga-Zn-O, так и для других оксидных систем. Например, метод незаменим для получения замещенных ферритовых материалов, чем также занимается наша лаборатория» добавила старший научный сотрудник, заместитель заведующего лабораторией Светлана Гудкова.

Чтобы понять, как растут частицы оксида индия-галлия-цинка, мы провели ряд экспериментов с использованием рентгеновской дифракции. Мы изучили, как изменяются условия роста частиц в зависимости от температуры и времени. Также мы рассчитали энергию активации роста частиц при различных условиях термической обработки. С помощью различных методов электронной микроскопии мы исследовали форму и состояние кристаллов, полученных при различных температурах. Элементы в материале распределены равномерно, аморфных примесей нет. Говоря иначе – метод синтеза был применён успешно» рассказал один из авторов исследования, заведующий лабораторией полупроводниковых оксидных материалов МФТИ Денис Винник.

Полученные результаты могут быть полезны для дальнейшей разработки на основе IGZO (индий-галлий-цинк-оксид) “чернил”, необходимых, например, в производстве электроники или для печати на различных поверхностях.

Источник МФТИ