Получение и изучение свойств тонких пленок фторидов редкоземельных и щелочноземельных элементов из растворов координационных соединенийдипломная работа (Специалист)
Аннотация:Фториды металлов обладают уникальными оптическими характеристиками — низким
показателем преломления и высокой прозрачностью в диапазоне от глубокого ультрафиолета до
ИК-области.
Перспективы расширения диапазона функциональных свойств фторидных материалов открывают пленки
многокомпонентных фторидов ЩЭ, ЩЗЭ и РЗЭ, так гексагональный β-NaYF4 является одной из самых эффективных матриц для ап-конверсии.
Возрастающие потребности в таких тонкопленочных оптических материалах диктуют
необходимость не только создания новых фторидных материалов, но и разработки эффективных и
дешевых методов их нанесения. Цель настоящей работы – разработать технологию получения
высококачественных плёнок фторидов РЗЭ, ЩЗЭ и ЩЭ.
В настоящее время одним из наиболее технологичных и дешевых методов получения
тонких пленок является метод химического осаждения из раствора металлорганических
соединений. В качестве исходных соединений для получения фторидов были выбраны
трифторацетаты(TFA-) и пентафторпропионаты(pfp-) соответствующих металлов, разлагающиеся с
образованием фторидов.
Синтезированы трифторацетаты натрия, кальция, стронция, лантана, иттрия, иттербия,
гадолиния, тулия, а также пентафторпропионаты кальция, стронция и бария. Состав полученных
соединений и ход их термического разложения исследовали методами термогравиметрического
анализа и ИК-спектроскопии. Состав продуктов разложения устанавливали методом РФА.
В качестве прекурсоров для нанесения плёнок использовали растворы комплексов солей с
моноэтаноламином (mea) и диэтанолоамином(deta) в изопропаноле, удоветворяющие основным
требованиям к растворам-прекурсорам в MOCSD: достаточно концентрированные, хорошо
смачивающие подложки и образующие гели при удалении растворителя. Характер разложения
прекурсоров и состав продуктов термолиза также исследовали методами ТГА и РФА
соответственно.
На подожки из кремния, с-сапфира и MgO путем обмакивания в раствор-прекурсор с
последующим двухстадийными отжигом наносили тонкие пленки NaF, CaF2 и LaF3, исследовали
кинетику их кристаллизации(по данным АСМ). Фазовый состав полученных пленок исследовали
методом рентгеновской дифракции под скользящим углом. Наличие примесей углерода и кислорода (растворов замещения фтора на кислород) не образующие отдельных кристаллических
фаз исследовали при помощи спектроскопии комбинационного рассеяния и диффузного отражения
в ИК-области. В ходе работы было установлено, что низкая кристалличность и наличие
примесных ориентаций требует повышения температуры отжига и увеличения его длительности.
Однако, отжиги при 500-600°С сопровождаются пирогидролизом фторидов и приводят к
образованию оксофторидов. Для подавления образования кислородных соединений было
предложено проводить отжиги в атмосфере HF.
Отжиги в атмосфере HF позволили повысить температуру отжига, подавить паразитный
процесс пирогидролиза и получать более закристаллизованные ориентированные пленки.
Кроме пленок простых фторидов наносили также пленки тетрафторида NaYF4. Было
установлено, что из раствора прекурсора с добавлением mea получается преимущественно
кубический α-NaYF4. Тетрафторид, полученный из прекурсора с deta при низких температурах
кристаллизуется в кубической модификации, с ростом температуры отжига количество
гексагональной фазы β-NaYF4 возрастает . Избыток deta при этом способствует получению
сопоставимых количеств α- и β-фаз уже при 500оС. Допирование Gd3+ позволяет получать чистую
гексагональную фазу начиная c 600 оС(рис.2). Для тетрафторидов допированых Yb3+ и Тm3+,
регистрировали спектры ап-конверсии.