Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

Д. Е. Амелина, аспирант каф. «Физическая химия», эл. почта: darya.popova.11@mail.ru
М. В. Астахов, профессор, заведующий каф. «Физическая химия»
С. А. Бутырина, студент каф. «Физическая химия»
С. В. Стаханова, доцент

Предложен новый метод нанесения слоев металлического никеля на поверхность кремния путем пиролитического разложения органических растворов карбоксилатов никеля. Растворы карбоксилатов никеля получали методом экстракции никеля из водных растворов его сульфата различной концентрации смесью α-разветвленных монокарбоновых кислот с числом углеродных атомов от 5 до 9. Растворы карбоксилатов наносили на поверхность кремниевой подложки, а затем образец с жидкой пленкой на поверхности подвергали термообработке в инертной атмосфере. Толщину образующихся никелевых пленок можно варьировать от 5 нм до десятков и сотен микрометров, изменяя число наносимых слоев и концентрацию раствора карбоксилата никеля. Преимуществом разработанного метода является возможность нанесения металлических пленок требуемой толщины не только на плоские кремниевые подложки, но и на подложки со сложным рельефом практически любого характера. Для лучшего смачивания поверхности субстрата в этом случае в растворы карбоксилатов никеля вводят разбавители и поверхностно-активные вещества. Сформированные никелевые пленки характеризуются высокой однородностью, сплошностью, хорошей адгезией к поверхности кремния. Это делает разработанный метод незаменимым при создании полупроводниковых бета-вольтаических батарей, принцип работы которых заключается в генерации электрического тока под действием -излучения никеля-63 на кремниевые полупроводниковые структуры с p–n-переходом. Представлены результаты экспериментальных исследований структуры полученных нанопленок металлического никеля, установлены оптимальные концентрации растворов карбоксилатов никеля и температура пиролиза.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ по соглашению № 14.577.21.0123 о предоставлении субсидии от 20.10.2014 г. (уникальный идентификатор прикладного научного исследования RFMEFI57714X0123).

1. Акульшин Ю. Д., Лурье М. С., Пятышев Е. Н., Глуховской А. В., Казакин А. Н. Бета-вольтаический МЭМС-преобразователь энергии // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2014. № 5. С. 35–42.
2. Нагорнов Ю. С., Мурашев В. Н. Моделирование бета-вольтаического эффекта на кремниевых pin-структурах при облучении -источником никель-63 // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50, вып. 1. С. 17–22.
3. Prelas M. A., Weaver C. L., Watermann M. L., Lukosi E. D., Schott R. J., Wisniewski D. A. A review of nuclear batteries // Progress in Nuclear Energy. 2014. Vol. 75. P. 117–148.
4. Young Rang Uhm, Byoung Gun Choi, Jong Bum Kim, Dong-Hyuk Jeong, Kwang Jae Son. Study of a Betavoltaic Battery Using Electroplated Nickel-63 on Nickel Foil as a Power Source // Nuclear Engineering and Technology. 2016. Vol. 48, No 3. P. 773–777.
5. Резнев А. А., Пустовалов А. А., Максимов Е. М., Передерий А. Н., Петренко Н. С. Перспективы создания миниатюрного источника тока на бета-вольтаическом эффекте с использованием в качестве активного элемента изотопа никеля-63 // Нано- и микросистемная техника. 2009. № 3. С. 14–16.
6. Zuo G., Zhou J., Ke G. A Simple theoretical model for 63Ni betavoltaic battery // Applied Radiation and Isotopes. 2013. Vol. 82. P. 119–125.
7. Пат. 2461915. Ядерная батарейка / Айзенштат Г. И., Прокопьев Д. Г. ; опубл. 20.09.2012, Бюл. № 26.
8. Pandey B., Das D., Kar A. K. Electrical and magnetic properties of electrodeposited nickel incorporated diamond-like carbon thin films // Applied surface science. 2015. Vol. 337. P. 195–207.
9. Jin Joo Kim, Young Rang Uhm, Byoung Gun Choi, Kwang Jae Son. Study of the electroless deposition of Ni for betavoltaic battery using PN junction without seed layer // Journal of Nanomaterials. 2015. Vol. 2015. DOI: 10.1155/2015/283291
10. Akhtar M., Revaprasadu N., Malik M. A., Raftery J. Deposition of phase pure nickel sulfide thin films from bis (O-alkylxanthato) – nickel (II) complexes by the aerosol assisted chemical vapour deposition (AACVD) method // Materials Science in Semiconductor Processing. 2015. Vol. 30. P. 368–375.
11. Маляр И. В., Стецюра С. В. Модификация поверхности полупроводниковой подложки с помощью органических монослойных покрытий и воздействия излучений // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Т. 4, № 3. С. 30–35.
12. Попадинец Ю. В., Сидоров Д. А. Технология нанесения никелевой лицевой металлизации ФЭП из низкотемпературных электролитов никелирования // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2012. № 2. С. 9–11.
13. Stakhanova S. V., Nikonorova N. I., Lukovkin G. M., Volynskii A. L., Bakeev N. F. Mechanical properties of metal-filled composites on the basic of polypropylene matrix and nickel. Высокомолекулярные соединения. Сер. Б. 1992. Т. 34, № 7. С. 28–34.
14. Лундин В. В., Сахаров А. В., Цацульников А. Ф., Заварин Е. Е., Бесюлькин А. И., Фомин А. В., Сизов Д. С. Выращивание эпитаксиальных слоев AlGaN и сверхрешеток AlGaN/GaN методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38, № 6. С. 705–709.
15. Letimin V. N., Vdovin K. N., Druzhkov V. G., Makarova I. V., Nasyrov T. M. Analysis of the ways for the disposal of gas cleaning dust and sludge at the metallurgical enterprises // CIS Iron and Steel Review. 2014. No. 1. P. 54–56.
16. Гершевич Д. Б., Патрушева Т. Н., Снежко Н. Ю., Сухова Г. И., Холькин А. И. Оксидные защитные пленки, полученные экстракционно-пиролитическим методом // Химическая технология. 2010. Т. 11, № 12. С. 717–721.
17. Сухова Г. И., Патрушева Т. Н., Чудинов Е. А., Патрушев В. В. Разработка функциональных материалов, полученных экстракционно-пиролитическим методом, для электродов литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2005. Т. 5, № 1. С. 51–56.
18. Патрин Г. С., Полякова К. П., Патрушева Т. Н., Великанов Д. А., Волков Н. В., Балаев Д. А., Патрин К. Г., Романченко А. С. Магнитные свойства пленок манганита La_0.7Sr_0.3MnO₃, полученных экстракционно-пиролитическим методом // Известия РАН. Серия физическая. 2007. Т. 71, № 5. С. 732–735.
19. Виноградов А. С., Патрушева Т. Н., Кирик С. Д., Сухова Г. И., Меньшиков В. В., Холькин А. И. Пленки твердых электролитов с висмутом, полученные экстракционно-пиролитическим методом // Химическая технология. 2006. Т. 7, № 9. С. 6–10.
20. Патрушева Т. Н., Киндаль А. В., Каленистов К. А., Бондаренко Г. Н., Цыганова С. И., Холькин А. И. Экстракционно-пиролитический метод получения оксидных пленок для солнечных элементов // Химическая технология. 2008. Т. 9, № 9. С. 426–429.
21. Патрушева Т. Н., Виноградов С. А., Махновская Н. В., Романченко А. Н., Коловский Ю. В., Шелованова Г. Н., Холькин А. И. Проводящие прозрачные оксидные пленки, полученные экстракционно-пиролитическим методом // Химическая технология. 2007. Т. 8, № 5. С. 197–201.