Введение к работе
Актуальность темы. Развитие науки и техники стимулирует
постоянную разработку новых систем регистрации информации и
светочувствительных материалов, отвечающих специфическим
требованиям. Взамен традиционным создаются новые
светочувствительные материалы и процессы, которые благодаря своим характеристикам (высокая разрешающая способность, возможность записи в реальном масштабе времени, широкий спектральный диапазон чувствительности и др.) позволяют реализовывать новые технические решения.
Как показали исследования, проведенные на кафедре
неорганической химии и в НИИ физико-химических проблем
Белгосуниверситета, одним из перспективных является
фотографический процесс с физическим проявлением на основе тонких
пленок полупроводников. Он может применяться для изготовления
высокоразрешавдих безусадочных фотошаблонов, используемых при
'производстве печатных плат и интегральных схем, деталей точного
оптического приборостроения, для селективной металлизации
диэлектриков и записи информации электронами низких энергий, а
также является перспективным материалом для создания
чувствительных элементов фотоэлектрохимических преобразователей.
Использование в качестве регистрирующей среды пленок диоксида
титана создает возможности для'повышения разрешающей способности,
получения фотографического изображения в виде компактного
электропроводящего слоя металла на поверхности
фотополупроводника.
Как было установлено в предыдущих исследованиях, активность полупроводника, в частности Т102, в фотографическом и Фотоэлектрохимическом процессах определяется эффективностью процесса фотохимического активирования поверхности материала, управлять которой можно путем химического модифицирования. Поиск и использование новых модифицирующих агентов и способов управления процессом позволяет определить пути для существенного увеличения фотографической чувствительности (ФЧ) пленок 'Г102, так и расширения диапазона их спектральной сенсибилизации за счет целенаправленного изменения состояния поверхности. Это дает также пополнительные средства при изучении природы фотографического эффекта памяти в различных системах и факторов, определяющих их П.
Появление в последнее время новых задач, связанных с рормированием микро- и наноразмерных элементов электронных
устройств, объединяющих широкий круг работ фундаментального и прикладного профиля по созданию материалов с заданными свойствами, в которых основную роль играют ультрадисперсные частицы твердой фазы, требует разработки специальных методов управления процессами формирования элементов рельефа и структур на поверхности твердого тела. Наряду с традиционными электроннолучевыми и фотолитографическими методиками, используемыми в микроэлектронике для формирования поверхностных структур заданной конфигурации, представляет интерес изучение возможностей формирования структурных элементов с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). СТМ обеспечивает наилучшие условия в отношении локальности и избирательности модифицирующего воздействия, которое может осуществляться вплоть до атомарного уровня.
Разработка методов и исследование избирательного катодного осаждения различных металлов на поверхность полупроводниковых электродов позволит проводить электрохимическое формирование металлических пленок на предварительно осажденные при помощи СТМ активные центры. Образованные в результате осавдения металла пленки могут служить основой поверхностных структур нанометрового размера с требуемыми физическими свойствами.
Цель работы заключалась в исследовании физико-химических основ модифицирования поверхности пленочных TiOg-MOOB, установлении взаимосвязи между влиянием модифицирования на активность пленок Т102 в процессе селективного химического осавдения металлов и- в процессе селективного катодного осаадешя металлов, а также в обосновании возможности использования селективного катодного осаждения металлов для .создания поверхностных структур с нанометровыми размерами элементов.
Научная новизна работы определяется следующими основными результатамй, впервые ~полученными автором диссертации.
Систематически изучено влияние модифицирования поверхности пленок диоксида титана соединениями основного характера, органическими кислотами и ионами металлов на фотографические, спектрально-лкминесцентние, электро- и фотоэлектрохимические свойства пленочных ТЮ2-слоев. Установлено, что основными факторамі, определяющими ФЧ модифицированных пленок ТЮ,, является формирование при модифицировании новых поверхностных состояний и примесных уровней в запрещенной зоне Т10,д оказывающее влияние на эффективность процесса фотогенерации и
разделения электронно-дырочных пар.
Изучен процесс селективного катодного осаждения серебра на поверхность модифицированных Ті-Ті02-электродов, а также варианты управления и пути воздействия на названный процесс. Установлено, что процесс селективного катодного осаждения серебра на поверхность ТІ-ТЮр-злектродов зависит от условий проведения осаждения (потенциал осаждения, концентрация ионов серебра и наличие добавок в растворе электролита) и при оптимальных параметрах скорость осаждения на поверхность модифицированных электродов в 10 и более раз выше чем для немодифицировашшх. Продіїоійна модель селективного катодного осаждения серебра на поверхность ТЮ2, удовлетворительно описывающая ход экспериментальных кинетических кривых.
Исследованы особенности состояния осаждаемого на поверхность Т1-Т102-электродов серебра. Установлено, что в данной системе *можно выделить три формы серебра: форма серебра сильно взаимодействующего с подложкой, которая обусловливает стабильность системы Ag-T102, окисленное серебро, вероятно в виде AgoO и Ag(0) - слабо взаимодействующее с подложкой.
Практическое значение полученных результатов заключается в том7^то~о7пГЪ1ГёсгГе~чЖают возможность управления совокугаюстью свойств Т102, определящих их активность как в фотографическом процессе с физическим проявлением, так и в процессе селективного катодного осаждения металлов, за счет модифицирования поверхности пленок. Разработка метода селективного катодного осаждения металлов на поверхность пленок Т102 позволяет предложить принципы реализации на практике методов получения элементов нанометровых размеров на поверхности при помощи СТМ.
На защиту выносятся следуюіцие основные положения и новые результаты7"полученные в ходе выполнения работы:
-
Экспериментальные данные о влиянии модифицирования поверхности пленок диоксида титана на их фотографические, электро- и фотоэлектрохимичеекко свойства.
-
Результаты исследования закономерностей селективного катодного осавдения серебра на поверхность модифицированных пленок Т102.
3) Выводы о путях формирования нанометровых структур на
основе пленочных систем металл-полупроводник сделанные на основе
сопоставительного анализа результатов влияния модифицирования на
различные свойства пленок Т10~ и возможностей селективного
катодного осаждения серебра.
Апробация работы. По теме диссертационной работы опубликовано Ї0 научных статей и 15 тезисов докладов международных и республиканских конференций. Материалы диссертации докладывались на V Всесоюзной конференции "Органические люминофоры и их применение в народном хозяйстве" (Харьков, 1987); IV конференции молодых ученых-химиков "Закономерности химических реакций с участием твердых тел" (Минск, 1988); V Всесоюзной конференции "Бессеребрянные и необычные фотографические процессы" (Суздаль, 1988); VI Всесоюзном совещании по фотохимии (Новосибирск, 1989); Всесоюзной конференции "Химические сенсоры - 89" (Ленинград, 1989); V Всесоюзном совещании "Радиационные гетерогенные процессы" (Кемерово, 1990); II Республиканской конференции молодых ученых и специалистов, аспирантов и студентов, (Минск, 1991); III Республиканской научно-технической конференции "Применение электроннрой микроскопии в науке и технике" (Минск, 1991); Всесоюзной конференции по фотоэлектрохимии и фотокатализу, (Минск, 1991); Международной. конференции по фотохимии (Киев, 1992); 14-ой Европейской конференции EC0SS-14 (Лейпциг, Германия, 1994); 186-ом совещании Американского электрохимического общества (Майами, США, 1994).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, в которых рассмотрена методика, результаты эксперимента и проведено их обсуждение, заключения и выеодов. Работа изложена на 183 страницах, в том числе 43 рисунка, 13 таблиц и содержит 238 наименований источников литературы.