Кузьменко Александр Павлович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Aleksander P. Kuzmenko, Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Родионов Владимир Викторович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Vladimir V. Rodionov, Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher of the Regional Center of Nanotechnology
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Колпаков Артём Игоревич, аспирант
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Artem I. Kolpakov, Postgraduate Student
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Орлов Евгений Юрьевич, аспирант
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Evgeniy Yu. Orlov, Postgraduate Student
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Паньков Александр Дмитриевич, студент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Aleksandr D. Pankov , Student of the Nanotechnology, Microelectronics, General and Applied Physics Department
50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Пугачевский Максим Александрович, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов
ул. Керченская, д.1 А/1, г. Москва 117303
Maksim A. Pugachevskii, Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Leading Research of the Laboratory of Nano-Optics and Plasmonics of Center for Photonics and Two-Dimensional Materials
1А/1 Kerchenskaya Str., Moscow 117303
Сюй Александр Вячеславович, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов
ул. Керченская, д.1 А/1, г. Москва 117303
Alexander V. Suyu, Dr. Sci. (Physics and Mathematics), Chief Researcher of the Laboratory of Nano-Optics and Plasmonics, Center for Photonics and Two-Dimensional Materials
1А/1 Kerchenskaya Str., Moscow 117303
Цель – характеризация нанопленок BN из мишени h-BN, формируемых методом реактивного высокочастотного магнетронного распыления в смеси Ar + N2 на различных подложках.
Методы. Реактивное высокочастотное магнетронное распыление нитрида бора на подложки из плавленного кварца, кремния, сапфира, ситалла, поликора и полиамидных тканей осуществлялось в зависимости от изменений управляющих параметров распыления (мощность 50 – 80 Вт и время 1800 – 2700 с, температура твердотельных подложек ~ 430 К). Магнетронные нанопленки изучены методами атомно-силовой микроскопии, сканирующей и просвечивающей (включая режим высокого разрешения) электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального энергодисперсионного анализа, рентгенофазового анализа, комбинационного (рамановского) рассеяния света, инфракрасной Фурье-спектроскопии, спектрофотометрии оптического поглощения. Выполнено моделирование оптических характеристик в рамках теории функционала плотности в приближении рандомизированных фаз.
Результаты. Прецизионно изучены особенности наноструктурирования и измерены характерные размеры наноструктур в формируемых МНП из нитрида бора, по данным ЭДА подтверждена стехиометричность элементного состава МНП на всех подложках, по цветности отраженного света установлена линейность роста толщины в зависимости от мощности и времени магнетронного распыления. По данным КРС и РФА установлено, что в процессе РВЧ МР BN формируются поликристаллические МНП, с включениями гексагонального h-BN и кубического c-BN и свободного бора, кристалличность h-BN, в МНП возрастает с ростом температуры подложки начиная с Tп ~ 600 К. Проведенные модельные расчеты оптических характеристик согласуются с спектрофотометрическими измерениями коэффициента поглощения и подтверждают полиморфизм МНП.
Заключение. Комплексная характеризация магнетронных нанопленок из мишени h-BN на подложках из кремния, сапфира, ситала, поликора и полиамидных тканей, формируемых методом РВЧ МР, показала, что на процессы их наноструктурирования и фазовый состав наиболее существенно влияет Tп.
Purpose – to characterize BN nanofilms from an h-BN target formed by reactive high-frequency magnetron sputtering in an Ar + N2 mixture on various substrates.
Methods. Reactive high-frequency magnetron sputtering of boron nitride onto silicon, sapphire, glass-ceramic, polycor, and polyamide fabric substrates was performed using varying sputtering parameters (power 50–80 W, time 1800–2700 s, and solid-state substrate temperature ~ 430 K). Magnetron nanofilms were studied using atomic force microscopy, scanning and transmission electron microscopy (including high-resolution mode), energy-dispersive X-ray microanalysis, X-ray diffraction, Raman scattering, Fourier transform infrared spectroscopy, and optical absorption spectrophotometry. Modeling of the optical characteristics was performed using density functional theory in the randomized phase approximation.
Results. The nanostructuring features were precisely studied and the characteristic dimensions of the nanostructures in the formed boron nitride MNPs were measured using. The EDA data confirmed the stoichiometry of the elemental composition of the MNPs on all substrates, and the linearity of the thickness increase depending on the magnetron sputtering time was established based on the color of the reflected light. Raman and x-ray diffraction data showed that polycrystalline MNPs with inclusions of hexagonal h-BN and cubic c-BN and free boron are formed during the RF MR of BN. The crystallinity of h-BN in the MNPs increases with increasing substrate temperature starting from Tп ~ 600 K. Model calculations of the optical characteristics are consistent with spectrophotometric measurements of the absorption coefficient and confirm the polymorphizm in the MNPs.
Conclusion. A comprehensive characterization of boron nitride nanoparticles from an h-BN target of a silicon, sapphire, glass-ceramic, polycor, and polyamide fabric substrates formed by the RF magnetron sputtering method revealed that the sputtering temperature and time have the most significant impact on their nanostructuring and phase composition.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.