Ученые ПГУ разработали инновационный метод спрей-пиролиза
Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) усовершенствовали метод спрей-пиролиза для получения высокоэффективных тонкопленочных пьезоэлектрических покрытий. Эти материалы применяются повсеместно: от классической сенсорики до «умных» систем и автономной электроники.
Спрей-пиролиз, или метод термического разложения аэрозоля — простой, недорогой и эффективный метод получения тонких пленок из газовой фазы. Он обеспечивает высокую площадную однородностью, а также позволяет контролировать толщину пленок, управляя скоростью осаждения веществ и параметрами распыления. Среди прочих достоинств спрей-пиролиза — возможность изменения концентрации раствора, низкая температура отжига, использование недорогих материалов и другие преимущества.
«Аэрозоль подвергается пиролизу — процессу термического разложения на элементы. Под воздействием высоких температур на поверхности осаждается тонкая пленка из чистых элементов, то есть они выпадают в виде осадка. Получившаяся пленка отлично прилипает к различным поверхностям. Это свойство определяет силу сцепления между двумя разнородными поверхностями при их контакте», — рассказал один из авторов разработки, старший преподаватель кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ, кандидат технических наук Тимур Зинченко.
Оксидные покрытия по своей природе — диэлектрики. Они защищают электронные компоненты от воздействия электрического тока. Однако при добавлении примесей начинают проводить ток и могут применяться в качестве тонкопленочных полупроводников.
Ученые ПГУ модернизировали метод спрей-пиролиза для создания полупроводниковых пьезоэлектрических материалов. Они синхронизировали подогрев подложки и скорость подачи раствора. Это дает возможность тонкой пленке равномерно нарастать. Кроме того, разработчики предложили использовать стабилизированные растворы многокомпонентных систем, а также органо-металлические и модифицированные соли. Все эти новшества помогают управлять ориентацией кристаллов, влияющей на пьезоэлектрический отклик.
«Однородная микроструктура и контролируемая кристаллографическая ориентация пьезоэлектрических пленок увеличивают коэффициент преобразования механического воздействия в электрический сигнал. Это означает, что датчики смогут фиксировать даже минимальные колебания или давления», — пояснил Тимур Зинченко.
Ученые также уменьшили пористость и дефектность таких покрытий. Это увеличивает срок службы пленок и стабильность их характеристик.
«Управляемая морфология поверхности и снижение внутренних дефектов в пленках позволяет уменьшить деградацию свойств при длительной эксплуатации. Это особенно важно для медицинских сенсоров, автомобильных систем и энергоустройств, где надежность критична», — добавил исследователь.
По словам ученых, новый подход сделает конечную продукцию с такими покрытиями более чувствительной, точной, долговечной, компактной и энергоэффективной. Технология также позволяет наносить покрытия на сложные подложки, включая кремний. Это открывает возможности интеграции с микроэлектронными и МЭМС-устройствами.
Технология легко масштабируется: ее можно адаптировать как для лабораторного производства опытных образцов, так и для промышленной линии. На одном оборудовании можно будет получать покрытия для разных устройств. Разработкой уже заинтересовались крупные предприятия Пензенской области, специализирующиеся на производстве изделий для нефтегазовой отрасли, приборов для медицины, датчиков, резисторов, преобразователей и систем измерения для ракетно-космической техники.
На новую технологию получено три свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ и восемь свидетельств о регистрации баз данных.