Synteza hydrotermalna zaawansowanych technologicznie materiałów ceramicznych. Cz. 3. Hydrotermalna preparatyka cienkich warstw tlenkowych

• Autorzy: Suchanek W.

Warianty tytułu

EN

Hydrothermal synthesis of advanced ceramic materials. Pt. 3. Hydrothermal deposition of inorganic thin films

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W dwóch poprzednich częściach dyskutowano generalne cechy metod hydrotermalnych używanych do produkcji materiałów ceramicznych a także specyficzne zalety hydrotermalnej syntezy proszków ceramicznych. Ten artykuł opisuje szereg przykładów ilustrujących wady i zalety technologii hydrotermalnej zastosowanej do nanoszenia jedno i wielowarstwowych cienkich warstw materiałów tlenkowych, takich jak BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, tytanian-cyrkonian ołowiu (PZT), oraz KNbO3. Warstwy te mogą być polikrystaliczne lub epitaksjalne o mikrostrukturach kontrolowanych w szerokim zakresie oraz kontrolowanych stopniach zorientowania krystalograficznego, i zostały zsyntezowane przez autora zarówno w autoklawach zamkniętych, jak i w specjalnie w tym celu skonstruowanym systemie przepływowym do nanoszenia wielowarstwowych cienkich warstw metodą hydrotermalno-elektrochemiczną. Wszystkie opisane warstwy można nanosić z roztworów wodnych w niskich temperaturach nie przekraczających zwykle 200 stopni C pod ciśnieniem pary nasyconej. Zagadnienia związane z ich syntezą i właściwościami bardzo dobrze ilustrują główne zalety metod hydrotermalnych, do których należą: niskie zużycie energii, niskie koszty aparatury, niska szkodliwość dla środowiska, a co za tym idzie niskie koszty całkowite, a także ulepszone właściwości samych warstw spowodowane znacznie zredukowanymi problemami interdyfuzji, reakcji z podłożem, rozwarstwiania i pękania. W niektórych przypadkach, jak np. KNbO3, tylko niskotemperaturowa technologia hydrotermalna umożliwia syntezę niezdefektowanych warstw. Opisane hydrotermalne metody nanoszenia jedno i wielowarstwowych warstw ceramicznych rokują nadzieje na przyszłe zastosowania w technologii układów scalonych.

EN

Advantages and disadvantage of the hydrothermal synthesis of ceramic materials in general and hydrothermal synthesis of ceramic powders in particular, were discussed in detail in Parts I and II. This article describes merits of the hydrothermal synthesis of ceramic thin films, based upon examples of single- and multi-lay-ered films of BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, lead zirconate titanate (PZT), and KNbO3, which were deposited by the author either in closed autoclaves or in a solution flow system for hydrothermal-electrochemical synthesis of multilayered thin films, at temperatures usually not exceeding 200 Celsius degrees. The synthesized films can be polycrystalline or epitaxial and their microstructures and crystallographic orientations can be controlled in wide ranges. The merits of the hydrothermal synthesis of thin films are: Iow energy consumption, Iow equipment costs and Iow environmental strain, which result in Iow total costs. In addition, the films have better stoichiometry and reduced problems of interdiffusion/reaction with the substrate, peeling off and cracking. In some cases the Iow temperature hydrothermal synthesis is the only way to deposit defectfree films, as demonstrated using KNbO3 as an example. The hydrothermal technique and its hybrids have a potential to be integrated with advanced electronic device technology.

Słowa kluczowe

PL

synteza hydrotermalna; materiały ceramiczne; cienkie warstwy tlenkowe

EN

hydrothermal synthesis; ceramic materials; thin films

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 57, nr 3
• Strony: 108--115
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Suchanek W.

• Sawyer Technical Materials, LLC, 35400 Lakeland Boulevard, Eastlake, Ohio 44095, USA

Bibliografia

• [1] Ohring, M., The Materials Science of Thin Films, Academic Press, 1992.
• [2] Morosanu, C.E., Thin Films by Chemical Vapour Deposition, Elsevier, Amsterdam, 1990.
• [3] Klein, L., Sol-Gel Technology for Thin Films, Fibers, Preforms, Electronics, and Specialty Shapes, Noyes Publ., 1988.
• [4] Yoshimura, M., Suchanek, W., Solid State Ionics, 98 (1997) 197-208.
• [5] Yoshimura, M., Suchanek, W.L., Byrappa, K., MRS Bulletin, 25 (2000) 17-25.
• [6] Suchanek, W., Yoshimura, M., J. Am. Ceram. Soc., 81 (1998) 2864-2868.
• [7] Suchanek, W.L., Lencka, M.M., Riman, R.E., In Palmer, D.A., Fernandez-Prini, R., Harvey, A.H. (Eds.), Aqueous Systems at Elevated Temperatures and Pressures: Physical Chemistry in Water, Steam, and Hydrothermal Solutions, Elsevier Ltd., 2004, pp. 717-744
• [8] Riman, R.E., Suchanek, W.L., Lencka, M.M., Ann. Chim. Sci. Mat., 27 (2002) 15-36.
• [9] Niesen, T.P., De Guire, M.R., J. Electroceramics, 6 (2001) 169-207.
• [10] Tuller, H.L., Geram. Trans., 68 (1996) 97-118 .
• [11] Gutmann, R.J., Ghow, T.P., Lakshminarayanan, S., Price, D.T., Steigerwald, J.M., You, L., Murarka, S.P., Thin Solid Films, 270 (1995) 472-479.
• [12] Suchanek, W.L., Watanabe, T., Sakurai, B., Kumagai, N., Yoshimura, M., Rev. Sci. lnstr., 70 (1999) 2432-2437.
• [13] Suchanek, W., Watanabe, T., Sakurai, B., Yoshimura, M., Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 517 (1998) 639-649.
• [14] Suchanek, W., Watanabe, T., Yoshimura, M., Solid Stale lonics, 109 (1998) 65-72.
• [15] Yoshimura, M., Suchanek, W., Watanabe, T., Sakurai, B., Abe, M., J. Mater. Res., 13 (1998) 875-879.
• [16] Elwell, D., Scheel, H.J., Grystal Grow1h from High-Temperature Solutions, Academic Press, 1975.
• [17] Yoshimura, M., Suchanek, W.l., Watanabe, T., Sakurai, B., J. Eur. Geram. Soc., 19 (1999) 1353-1359 .
• [18] Suchanek, W.L., Oledzka, M., Mikulka-Bolen, K., Pfeffer, R.L., Lencka, M., McGandlish, L., Riman, R.E., In Riman, R.E. (Ed.), Proceedings of Fifth International Gonference on Solvothermal Reactions (IGSTR), East Brunswick, New Jersey, July 22-26, 2002, 2002, pp. 159-164.
• [19] Suchanek, W.L., Oledzka, M., Mikulka-Bolen, K., Pfeffer, R.L., Lencka, M., McGandlish, L., Rossetti, J., G. A., Riman, R.E., Grystal Grow1h and Design 5 (2005) 1715-1727.
• [20] Yamanouchi, K., Odagawa, H., Kojima, T., Onoe, A., Yoshida, A., Ghikuma, K., Electron. Lett., 34 (1998) 702-703.
• [21] Wu, X., Looser, H., Wuest, H., Arend, H., J. Crystal Grow1h, 78 (1986) 431-437.
• [22] Suchanek, W.L., Ghem. Mater., 16 (2004) 1083-1090.