ИОФ РАН: периодические добавки азота снизили шероховатость алмазной плёнки в 13 раз

Учёные Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН, Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН и МИРЭА предложили способ получать алмазные плёнки с нужной шероховатостью: в плазму при синтезе периодически добавляют азот. Как сообщает «Поиск», результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в журнале Vacuum. poisknews.ruПоискpoisknews.ruОткрыть источник ↗ При 100 мелкокристаллических слоях шероховатость уменьшилась в 13 раз.

Зачем нужна гладкая поверхность

Алмаз прозрачен и хорошо проводит тепло, поэтому его плёнки могут служить охладителями для мощной электроники и элементами оптических приборов. Высокая шероховатость ограничивает применение, так как вызывает рассеяние света. Полировка из-за твёрдости алмаза трудоёмка и дорога, а для деталей сложной формы иногда невозможна.

Как устроен синтез

Авторы применили микроволновое плазмохимическое осаждение. В вакуумную камеру подавали водород и метан, служивший источником углерода, а микроволновое излучение создавало плазму, в которой алмазные кристаллы росли на подложке. Во время синтеза периодически на пять минут добавляли азот. Он запускал образование новых мелких кристаллов и препятствовал формированию больших частиц. Затем подачу прекращали, и кристаллы продолжали расти в обычном режиме.

Повторяя цикл, исследователи получили плёнки с разным числом чередующихся мелко- и крупнозернистых слоёв. Чем больше было мелкокристаллических слоёв, тем глаже получалась поверхность. poisknews.ruПоискpoisknews.ruОткрыть источник ↗

Руководитель проекта Артём Мартьянов отметил, что целью не было сделать всю плёнку нанокристаллической: такая структура может снижать теплопроводность и пропускание инфракрасного излучения. Вместо этого размером кристаллов управляют непосредственно во время роста, изменяя частоту коротких добавок азота.

По словам авторов, метод позволяет получать толстые алмазные плёнки с более гладкой поверхностью и подбирать их тепловые, электрические и оптические характеристики под конкретные задачи: от теплоотводов для мощной электроники до защитных покрытий и инфракрасной оптики. Они заявляют, что технология сокращает необходимость механической полировки, а в некоторых применениях позволяет от неё отказаться.

Планы авторов

В дальнейшем авторы планируют получать отдельные микро- и наночастицы для биомедицинской диагностики и оптических сенсоров, а также многослойные структуры с чередующимися слоями алмаза и графита для фильтров. poisknews.ruПоискpoisknews.ruОткрыть источник ↗