2. Эпитаксия многослойных гетероструктур, содержащих сверхтонкие полупроводниковые слои.

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) – процесс эпитаксиального роста тонких пленок различных соединений, основанный на взаимодействии одного или нескольких атомных или молекулярных пучков компонентов соединения с кристаллической поверхностью нагретой подложки в условиях сверхвысокого вакуума.

Отличительные особенности МЛЭ:

1. Испарение всех элементов, определяющих состав выращиваемого полупроводникового материала, а также легирующих элементов осуществляя

2. Эпитаксиальный процесс производится в условиях сверхвысокого вакуума, что обеспечивает минимальное загрязнение поверхности даже при низкой скорости роста или при его прерывании.

3. Молекулярные пучки могут прерываться с помощью механических заслонок, расположенных вблизи каждого молекулярного источника. Существенно, что прерывание пучка происходит за время, много меньшее времени формирования одного монослоя.

4. Эпитаксиальный процесс проводится при относительно низких температурах, что минимизирует объемную диффузию, приводящую к уширению переходных слоев между областями различного состава или уровня легирования, а также позволяет снизить скорость роста, что необходимо для контролируемого получения пленок сверхмалой толщины ( 1монослоя).

5. Перед началом эпитаксиального роста производится очистка подложки с целью получения атомарно-чистой и атомарно-гладкой поверхностей. Это является необходимым условием получения структур с атомарногладкими границами раздела.

6. Эпитаксиальный процесс поддерживается в режиме двумерного (атомарно-слоевого) механизма роста, обеспечивающего получение атомарно-гладкой поверхности границ раздела выращиваемых гетероструктур.

7. Фронт кристаллизации может контролироваться различными физикоаналитическими методами непосредственно в процессе эпитаксиального роста. Фактически, наибольшая ценность МЛЭ заключается в той информации, которую дает эта технология для понимания физики роста кристаллов.

Билет № 18

I. Технология полимерных материалов. Основные типы операций основные виды полимеров и методы получения.

Экструзия – это способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката

1.4. Классификация полимерных материалов Высокомолекулярные вещества – это соединения, состоящие из молекул больших размеров, большой молекулярной массы. Подавляющую часть их составляют полимеры, макромолекулы которых состоят из большого числа одинаковых повторяющихся группировок. Сложившаяся классификация полимеров основана на следующих признаках:

• природа атомов основной цепи и полимера в целом;

• количество и распределение повторяющихся составных звеньев;

• строение основной цепи и конфигурации повторяющегося участка цепи.

По химическому составу полимеры делятся на органические, неорганические и элементоорганические. С точки зрения природы атомов основной цепи полимеры делятся на гомоцепные и гетероцепные, а с точки зрения строения основной цепи макромолекулы подразделяются на линейные, разветвленные и сшитые (сетчатые). По происхождению все известные полимеры делятся на три группы:

• природные;

• искусственные;

• синтетические.

По современным научным воззрениям, сам человек, как все животные и растительные организмы, построен из макромолекул, таких как белки, ДНК и другие биополимеры. Они были синтезированы в природной лаборатории. В то же время существовали и другие природные формы полимеров, такие как древесина, целлюлоза, крахмал, натуральный каучук и другие, которые впоследствии использовались людьми для удовлетворения своих нужд. Так, им нужны были кров и одежда, и они должны были защищать себя. Из популярных книг по археологии мы знаем, что первобытный человек широко использовал камень, дерево и кость для изготовления орудий труда и оружия. Дерево и кость – органические полимеры. Добавим сюда волокна растительного происхождения, из которых получались нити и веревки, необходимые для соединения частей орудия, смолы растительного и минерального происхождения. Все это тоже природные полимеры. Вначале человечество вполне обходилось природными полимерами, но затем положение начало изменяться. Во-первых, развитие техники выявило потребности в материалах с новыми свойствами, т. е. таких, которых в природе не существовало. Их нужно было получать.

Из природных полимеров техническую значимость имеют главным образом натуральный каучук, полиамид – белок и полиэфир – целлюлоза. Теперь возвратимся к искусственным полимерам. Так их называют потому, что их получают путем незначительной химической модификации, которая не затрагивает главную цепь. Синтетические полимеры – это вещества, которые получены на химических заводах из мономеров по реакциям полимеризации или поликонденсации. Это полиэтилен, полипропилен, полистиролы, полиуретаны и др.

Теперь взглянем на все те же полимеры с точки зрения их свойств, прежде всего – изменения этих свойств при нагревании. По этому признаку все полимеры делятся на два типа:

• термопластичные;

• термореактивные. 17

Деление синтетических полимеров на термопласты и реактопласты обусловлено особенностями формования изделий из этих полимеров. Так, термопласты можно расплавить при нагревании, а из жидкого расплава формовать изделия: банки, бутыли, коробки или пленки и т.д. Реактопласты при давлении и при нагревании расплавляются, а затем вследствие химической реакции отверждаются путем сшивания макромолекул. В зависимости от областей применения полимеры подразделяются на следующие группы:

• пластические массы (ПМ);

• эластомеры (каучуки);

• волокна, лакокрасочные материалы, клеи.

Пластмассами принято называть полимерные материалы, содержащие непрозрачные компоненты (наполнители, пигменты и другие). К этим компонентам мы вернемся чуть позже. Эластомеры – это каучуки, резины. Для них характерна высокоэластичность к большим обратимым деформациям. Волокна и нити. Разумеется это и ткани, изготовленные из этих волокон, и так называемые нетканые ткани. Это полиакрилонитрил, полиэтилентерефталат, поликапролактам, целлюлоза. Хотя в промышленности до сих пор все полимеры делят на три группы – эластомеры, пластики и волокна – тем не менее, все они высокомолекулярные соединения и один и тот же полимер может образовывать все три типа материалов. Клеями называют растворы, дисперсии или расплавы полимерных материалов, обладающих адгезионными свойствами. Из клеев растительного происхождения наиболее распространенными являются крахмал и продукты его переработки. Наибольшее значение из эфиров целлюлозных клеев для бытовых целей имеют клеи на основе нитроцеллюлозы.В производстве лаков применяют алкидные ненасыщенные полиэфиры, фенолоформальдегидные смолы, полиуретановые продукты идругие.Это далеко не полный перечень систем, разбивающих полимеры на группы, классы, типы и т. д.

Полимеризация и поликонденсация

Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации. Получение полимеров реакцией полимеризации и поликонденсации - основные пути синтеза ВМС на сегодняшний день.

Полимеризация — это процесс соединения друг с другом большого числа молекул мономера за счет кратных связей (С = С, С = О и др.) или раскрытия циклов, содержащих гетероатомы (О, N, S). При полимеризации обычно не происходит образования низкомолекулярных побочных продуктов, вследствие чего полимер и мономер имеют один и тот же элементный состав.

Поликонденсация — зто процесс соединения друг с другом молекул одного или нескольких мономеров, содержащих две и да более функциональные группы (ОН, СО, СОС, NHS и др.) способные к химическому взаимодействию, при котором происходит отщепление низкомолекулярных продуктов. Полимеры, получаемые поликонденсационным способом, по элементному составу не соответствуют исходным мономерам.

Полимеризация мономеров с кратными связями протекает по законам цепных реакций в результате разрыва непредельных связей. Макромолекула при цепной полимеризации образуется очень быстро и сразу же приобретает конечные размеры, т. е не возрастает при увеличении длительности процесса.

Полимеризация мономеров циклического строения происходит за счет раскрытия цикла и в ряде случаев пропекает не по цепному, а по ступенчатому механизму.

Макромолекула при ступенчатой полимеризации образуется постепенно, т. е. сначала образуется димер затем тример и т.д., поэтому молекулярная масса полимера растет со временем.

Принципиальное отличие ценной полимеризации от ступенчатой и от поликонденсации состоит в том, что на разных стадиях процесса реакционная смесь всегда состоит из мономера и полимера и не содержит ди-, три-, тетрамеров. С увеличением продолжительности реакции растет лишь число макромолекул полимера, а мономер расходуется постепенно. Молекулярная масса полимера не зависит от степени завершенности реакции или, что то же, от конверсии мономера, которая определяет только выход полимера.

2. Основные причины брака стеклотекстолита.

теклотекстолит — это слоистый армированный полимерный материал, который изготавливается с помощью горячего прессования стеклотканей, которые пропитываются эпоксидной или фенолформальдегидной смолой.