1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 11, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 11, стр. 33-43

Подготовка поверхности термоэлементов и исследование омических пленочных контактов, сформированных на ней различными способами

М. Ю. Штерн a, А. А. Шерченков a, Ю. И. Штерн a, М. С. Рогачев a, *, Е. П. Корчагин a

a Национальный исследовательский университет “МИЭТ”
124498 Москва, Россия

* E-mail: m.s.rogachev88@gmail.com

Поступила в редакцию 15.01.2023
После доработки 21.03.2023
Принята к публикации 21.03.2023

Аннотация

Предложены способы и установлены критерии подготовки поверхности наноструктурированных термоэлектрических материалов для нанесения тонко- и толстопленочных омических контактов. Установлены параметры механического и химического способов обработки поверхности термоэлектрических материалов перед нанесением контактов. Исследованы шероховатость и морфология поверхности образцов термоэлектрических материалов и полученных пленок. Установлены критерии и оптимальные значения шероховатости поверхности термоэлектрических материалов. Определены режимы получения тонко- и толстопленочных контактов. Тонкопленочные контакты (толщиной до 300 нм) получали магнетронным напылением Ni. Толстопленочные контакты формировали химическим и электрохимическим осаждением Ni. Полученные пленки содержали различное количество никеля в составе. Удельное электрическое сопротивление пленок Ni, полученных химическим осаждением, значительно выше, чем для пленок Ni, полученных электрохимическим осаждением. Удельное контактное сопротивление системы металл–термоэлектрический материал в случае нанесения пленок Ni магнетронным напылением оказалось наименьшим среди рассмотренных образцов. А в случае нанесения контактов химическим осаждением сравнимо с таковым для пленок Ni, сформированных электрохимическим осаждением. Адгезионная прочность пленок Ni, полученных различными способами, имеет высокие значения, превосходящие отраслевой стандарт для пленочных покрытий в микроэлектронике. По электрофизическим свойствам и адгезионной прочности все полученные омические контакты удовлетворяют требованиям, предъявляемым к конструкции эффективных термоэлементов.

Ключевые слова: термоэлектрические материалы, омические контакты, подготовка поверхности, способы получения пленок, удельное и контактное электрические сопротивления, адгезионная прочность.

Список литературы

  1. Farhat O., Faraj J., Hachem F., Castelain C., Khaled M. // Cleaner Engineer. Technol. 2022. V. 6. P. 100387. https://doi.org/10.1016/j.clet.2021.100387

  2. Champier D. // Energy Convers. Manag. 2017. V. 140. P. 167. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.02.070

  3. He R., Schierning G., Nielsch K. // Adv. Mater. Technol. 2018. V. 3. Iss. 4. P. 1700256. https://doi.org/10.1002/admt.201700256

  4. Shi X.-L., Zou J., Chen Z.-G. // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 15. P. 7399. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00026

  5. Lv S., Qian Z., Hu D., Li X., He W. // Energies. 2020. V. 13. № 12. P. 3142. https://doi.org/10.3390/en13123142

  6. Urban J.J., Menon A.K., Tian Z., Jain A., Hippalgaonkar K. // J. Appl. Phys. 2019. V. 125. Iss. 18. P. 180 902. https://doi.org/10.1063/1.5092525

  7. He J., Tritt T.M. // Science. 2017. V. 357. Iss. 6358. P. eaak9997. https://doi.org/10.1126/science.aak9997

  8. Sherchenkov A.A., Shtern Yu.I., Mironov R.E., Shtern M.Yu., Rogachev M.S. // Nanotechnologies in Russia. 2015. V. 10. № 11–12. P. 827. https://doi.org/10.1134/S1995078015060117

  9. Twaha S., Zhu J., Yan Y., Li B. // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2016. V. 65. P. 698. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.07.034

  10. Liu W., Bai S. // J. Materiomics. 2019. V. 5. Iss. 3. P. 321. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2019.04.004

  11. Tang H., Bai H., Yang X., Cao Y., Tang K., Zhang Z., Chen S., Yang D., Su X., Yan Y., Tang X. // J. Alloy. Compd. 2021. V. 896. P. 163090. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163090

  12. Vikhor L.M., Anatychuk L.I., Gorskyi P.V. // J. Appl. Phys. 2019. V. 126. Iss. 16. P. 164503. https://doi.org/10.1063/1.5117183

  13. Joshi G., Mitchell D., Ruedin J., Hoover K., Guzman R., McAleer M., Wood L., Savoy S. // J. Mater. Chem. C. 2019. V. 7. Iss. 3. P. 479. https://doi.org/10.1039/C8TC03147A

  14. Shtern M.Yu., Karavaev I.S., Shtern Y.I., Kozlov A.O., Rogachev M.S. // Semiconductors. 2019. V. 53. № 13. P. 1848. https://doi.org/10.1134/S1063782619130177

  15. Shtern M., Rogachev M., Shtern Y., Gromov D., Kozlov A., Karavaev I. // J. Alloys Compd. 2021. V. 852. P. 156 889. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156889

  16. Штерн М.Ю., Козлов А.О., Штерн Ю.И., Рогачев М.С., Корчагин Е.П., Мустафоев Б.Р., Дедкова А.А. // Физика и техника полупроводников. 2021. Вып. 12. С. 1097. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.12.51689.01

  17. Korchagin E., Shtern M., Petukhov I., Shtern Y., Rogachev M., Kozlov A., Mustafoev B. // J. Electronic Mater. 2022. V. 51. P. 5744. https://doi.org/10.1007/s11664-022-09860-9

  18. Gromov D.G., Shtern Yu.I., Rogachev M.S., Shulyat’ev A.S., Kirilenko E.P., Shtern M.Yu., Fedorov V.A., Mikhailova M.S. // Inorg. Mater. 2016. V. 52. № 11. P. 1132. https://doi.org/10.1134/S0020168516110030

  19. Штерн М.Ю. // Физика и техника полупроводников. 2021. Вып. 12. С. 1105. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.12.51690.02

  20. Sharma P.A., Brumbach M., Adams D.P., Ihlefeld J.F., Lima-Sharma A.L., Chou S., Sugar J.D., Lu P., Michael J.R., Ingersoll D. // AIP Adv. 2019. V. 9. Iss. 1. P. 015 125. https://doi.org/10.1063/1.5081818

  21. Chen L.-W., Wang C., Liao Y.-C., Li C.-L., Chuang T.-H., Hsueh C.-H. // J. Alloys Compd. 2018. V. 762. P. 631. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.05.251

  22. Feng H., Zhang L., Zhang J., Gou W., Zhong S., Zhang G., Geng H., Feng J. // Materials. 2021. V. 13. № 5. P. 1130. https://doi.org/10.3390/ma13051130

  23. Chen L., Mei D., Wang Y., Li Y. // J. Alloy. Compd. 2019. V. 796. P. 314. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.293

  24. Korchagin E.P., Shtern M.Yu., Petukhov I.N., Shtern Yu.I., Rogachev M.S., Kozlov A.O., Mustafoev B.R., Dedkova A.A. // Rus. J. Appl. Chem. 2022. V. 95. P. 536. https://doi.org/10.1134/S1070427222040097

  25. Bonin L., Bains N., Vitry V., Cobley A. // Ultrasonics. 2017. V. 77. P. 61. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2017.01.021

  26. Sakamoto T., Taguchi Y., Kutsuwa T., Ichimi K., Kasatani S., Inada M. // J. Electronic Mater. 2016. V. 45. P. 1321. https://doi.org/10.1007/s11664-015-4022-z

  27. Kashi S., Keshavarz M.K., Vasilevskiy D., Masut R.A., Turenne S. // J. Electronic Mater. 2012. V. 41. P. 1227. https://doi.org/10.1007/s11664-011-1895-3

  28. Shtern Y.I., Mironov R.E., Shtern M.Y., Sherchenkov A.A., Rogachev M.S. // Acta Physica Polonica A. 2016. V. 129. № 4. P. 785. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.129.785

  29. Zhu X., Cao L., Zhu W., Deng Y. // Adv. Mater. Interfaces. 2018. V. 5. Iss. 23. P. 1801279. https://doi.org/10.1002/admi.201801279

  30. Gupta R.P., Xiong K., White J.B., Cho K., Alshareef H.N., Gnade B.E. // J. Electrochem. Soc. 2010. V. 157. № 6. P. H666. https://doi.org/10.1149/1.3385154

  31. Liu W., Wang H., Wang L., Wang X., Joshi G., Chen G., Ren Zh. // J. Mater. Chem. A. 2013. V. 1. Iss. 42. P. 13 093. https://doi.org/10.1039/c3ta13456c

  32. De Boor J., Gloanec C., Kolb H., Sottong R., Ziolkowsk P., Mueller E. // J. Alloy. Compd. 2015. V. 632. P. 348. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.149

  33. Ferrario A., Battiston S., Boldrini S., Sakamoto T., Miorin E., Famengo A., Miozzo A., Fiameni S., Iida T., Fabrizio M. // Materials Today: Proceedings. 2015. V. Iss. 2. P. 573. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.05.078

  34. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. 456 с.

  35. Штерн М.Ю., Караваев И.С., Рогачев М.С., Штерн Ю.И., Мустафоев Б.Р., Корчагин Е.П., Козлов А.О. // Физика и техника полупроводников. 2022. Вып. 1. С. 31. https://doi.org/10.21883/FTP.2022.01.51808.24

  36. Shtern M.Yu., Sherchenkov A.A., Shtern Yu.I., Rogachev M.S., Babich A.V. // Nanobiotechnol. Rep. 2021. V. 16. № 3. P. 363. https://doi.org/10.1134/S2635167621030174

  37. Dmitriev A.V., Zvyagin I.P. // Physics-Uspekhi. 2010. V. 53. № 8. P. 789. https://doi.org/10.3367/UFNe.0180.201008b.0821

  38. Tan G., Zhao L.-D., Kanatzidis M.G. // Chem. Rev. 2016. V. 116. № 19. P. 12123. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00255

  39. Liu W., Wang H., Wang L., Wang X., Joshi G., Chen G., Ren Z. // J. Mater. Chem. A. 2013. V. 1. P. 13093. https://doi.org/10.1039/C3TA13456C

  40. Свиридов В.В. Химическое осаждение металлов из водных растворов. Минск: Университет, 1987. 243 с.

  41. Мамаев В.И. Функциональная гальванотехника: учебное пособие. Киров: ФГБОУ ВПО “ВятГУ”, 2013. 208 с.

  42. Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению. М.: Техносфера, 2006. 216 с.

  43. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении / М.: Машиностроение, 1991. 384 с.

  44. Gamburg Y.D., Zangari G. Theory and practice of metal electrodeposition. New York: Springer, 2011. 378 p.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал