Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов циркония и титана

Классы МПК:C01G23/04 оксиды; гидроксиды
C01G25/02 оксиды 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-04-27
публикация патента:

Изобретение может быть использовано в электронной технике, светотехнической и строительной промышленности. Состав получают приготовлением пленкообразующего раствора на основе 96 мас.% этилового спирта, 6,68-10,02 мас.% кристаллогидрата оксохлорида циркония и 3,34-5,01 мас.% тетраэтоксититана. Полученный раствор наносят на подложку и подвергают термообработке. Изобретение позволяет получать тонкие пленки цирконата титана стабильной структуры с высоким значением показателя преломления. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения тонкопленочных материалов на основе системы двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, строительной индустрии, в том числе в технологиях интегральных схем; в качестве коррозионно-стойких, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий.

Известен состав для получения пленки диоксида циркония (заявка на изобретение № 93014629/33, 6 С04В 41/65, С04В 35/48, публ. 1995.06.09), используемый для нанесения покрытий на стекло. Состав для получения пленки диоксида циркония включает кристаллогидрат оксихлорида циркония и содержит 0,1состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных   оксидов циркония и титана, патент № 2404923 1 мас.% нитрата кобальта. Изобретение позволяет снизить энергопотребление и повысить производительность процесса нанесения покрытия на основу при толщине покрытия свыше 100 нм.

К недостаткам известного состава следует отнести нестабильность свойств предлагаемых пленок с течением времени, что обусловлено структурными превращениями полиморфных модификаций диоксида циркония. Известен состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов циркония и германия (патент РФ № 2343118, C01G 25/02, C01G 17/02, публ. 10.01.09 г.), который включает приготовление пленкообразующего раствора из этилового спирта, кристаллогидрата оксохлорида циркония и тетрахлорида германия с последующем нанесением данного раствора на подложку и ступенчатую термообработку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксохлорид циркония - 3,8-9,0; тетрахлорид германия - 3,0-7,1; этиловый спирт - остальное.

К недостаткам известного состава следует отнести низкие значения показателя 1,97 предлагаемых пленок, что существенно снижает возможность их использования в качестве светоперераспределяющих покрытий.

Известен состав для получения тонкой пленки на основе оксидов циркония и кремния (Р.В.Грязнов, Л.П.Борило, В.В.Козик, A.M.Шульпеков. Тонкие пленки на основе SiO2 и ZrO 2, полученные из растворов // Неорганические материалы. 2001. Т.37. № 7, С.828-831), выбранный в качестве прототипа. Пленкообразующие растворы готовят из тетраэтоксисилана, этилового спирта и кристаллогидрата оксохлорида циркония и наносят на подложки методом центрифугирования с последующей термообработкой до соответствующих оксидов в области концентраций от 0 до 100 мас.% диоксида циркония. Недостатком известного состава является низкие значения показателей преломления, что ухудшает свойства светоперераспределяющих покрытий, а также строго заданные концентрации оксидов кремния и циркония, обеспечивающие образование химического соединения в системе (67 мас.% диоксида циркония), усложняют воспроизводимость технологического процесса.

Задачей заявляемого изобретения является разработка состава для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов циркония и титана, приводящего к образованию химического соединения (цирконата титана), что обеспечивает стабильность структуры, физико-химических и целевых свойств в широком диапазоне концентраций, а также достижения высоких значений показателя преломления при использовании их в качестве перераспределяющих излучение покрытий.

Поставленная задача решается тем, что в составе для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов, включающем приготовление пленкообразующего раствора на основе 96 мас.% этилового спирта, кристаллогидрата оксохлорида циркония и металлоорганического соединения на основе элемента IV группы Периодической системы с последующим нанесением на подложку и термообработкой, согласно изобретению в качестве металлоорганического соединения используют тетраэтоксититан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кристаллогидрат оксохлорида циркония - 6,68-10,02;

Тетраэтоксититан - 3,34-5,01;

96 мас.% этиловый спирт - остальное.

Среди тонкопленочных материалов широкое применение находят пленки на основе диоксида циркония, полученные осаждением из пленкообразующих растворов (ПОР), однако применение пленок чистого диоксида циркония ограниченно. Это связано с полиморфными превращениями основных кристаллических модификаций. Для предотвращения объемных инверсий диоксид циркония стабилизируют введением структурно близкого к нему оксида титана, что приводит к образованию в пленке химического соединения титаната циркония (ZrTiO4) с орторомбической структурой. Наличие титаната циркония позволяет сохранять высокие и стабильные значения показателя преломления в пленках на основе системы двойных оксидов ZrO2-GeO2 в диапазоне концентраций от 40 до 60 мол.% TiO2 в течение длительного времени.

Для получения тонких пленок на основе системы двойных оксидов циркония и германия (ZrO2-TiO 2) готовят пленкообразующий раствор, используя в качестве растворителя этиловый спирт 96 мас.%, предварительно перегнанный, и добавляют оксохлорид циркония в виде кристаллогидрата ZrOCl 2·8H2O. При комнатной температуре ZrOCl 2·8H2O растворяется в этиловом спирте при периодическом перемешивании в течение 1-3 часов в зависимости от концентрации оксохлорида циркония. Затем в пленкообразующий раствор добавляют тетраэтоксититан Ti(OC2H5 )4. После созревания пленкообразующего раствора в течение 0,5-5 часов, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония, его наносят методом центрифугирования на центрифуге MPW-340 со скоростью 3000-5000 об/мин на подложки из стекла, кварца и монокристаллического кремния, затем осуществляют ступенчатую термическую обработку до формирования оксидов в тонкой пленке.

Наиболее приемлемой температурой для хранения ПОР следует считать температуру в пределах 22-25°С, в течение 2-6 месяцев, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония.

Для приготовления растворов используют посуду второго класса точности.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1

Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 10,02 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 3,60 мл тетраэтоксититана с плотностью 1,08 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 40 мол.% TiO2 и 70 мол.% ZrO2 толщиной 75 нм.

Пример 2

Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 8,35 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 4,50 мл тетраэтоксититана с плотностью 1,08 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 50 мол.% TiO2 и 50 мол.% ZrO2 толщиной 73 нм.

Пример 3

Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 6,68 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 5,41 мл тетраэтоксититана с плотностью 1,08 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 60 мол.% TiO2 и 40 мол.% ZrO2 толщиной 68 нм.

В таблице приведены физико-химические свойства системы ZrO2-TiO2, в зависимости от состава исходных компонентов. Из полученных данных видно, что пленки состава от 40 до 60 мас.% содержания TiO2 имеют стабильные свойства, за счет образования в тонкой пленке химического соединения (титаната циркония ZrTiO4, с орторомбической структурой), по сравнению с составами, содержащими 30 и 70 мас.% TiO2. Высокие значения показателя преломления в полученных пленках позволяют использовать их в светоперераспределяющих, защитных, энергосберегающих покрытиях, а также в качестве интерференционных фильтров в проекционной аппаратуре для предотвращения вредного теплового воздействия.

состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных   оксидов циркония и титана, патент № 2404923
Физико-химические свойства пленок системы ZrO2-TiO 2, в зависимости от состава исходных компонентов
Параметр Состав пленки
Содержание TiO2 в пленке ZrO2-TiO2 , мол.%
3040 5060 70
Толщина пленок, нм75 88 8888 96
Показатель преломления, n1,96 2,20 2,202,20 2,26
Адгезия F, МПа1,85 1,96 1,961,96 1,63

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов включает приготовление пленкообразующего раствора на основе 96 мас.%, этилового спирта, кристаллогидрата оксохлорида циркония и металлоорганического соединения на основе элемента IV группы Периодической системы с последующим нанесением на подложку и термообработкой, отличающийся тем, что в качестве металлоорганического соединения используют тетраэтоксититан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кристаллогидрат оксохлорида циркония 6,68-10,02
Тетраэтоксититан 3,34-5,01
96 мас.%, этиловый спирт Остальное


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2404923

patent-2404923.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C01G23/04 оксиды; гидроксиды

Патенты РФ в классе C01G23/04:
способ получения титаната лития -  патент 2519840 (20.06.2014)
диоксид титана -  патент 2502761 (27.12.2013)
способ получения покрытых аморфным углеродом наночастиц и способ получения карбида переходного металла в форме нанокристаллитов -  патент 2485052 (20.06.2013)
порошки -  патент 2471711 (10.01.2013)
тонкодисперсный композит на основе диоксида титана и композиции, содержащие тонкодисперсный композит на основе диоксида титана -  патент 2464230 (20.10.2012)
композиция на основе оксида циркония, оксида титана или смешанного оксида циркония и титана, нанесенная на носитель из оксида кремния, способы ее получения и ее применение в качестве катализатора -  патент 2448908 (27.04.2012)
способ получения фотокаталитических материалов -  патент 2447025 (10.04.2012)
способ получения титансодержащего продукта -  патент 2445270 (20.03.2012)
способ получения гидрата оксида металла -  патент 2375306 (10.12.2009)
химические реакции со сниженным содержанием влаги -  патент 2375298 (10.12.2009)

Класс C01G25/02 оксиды 

Патенты РФ в классе C01G25/02:
дисперсия оксида циркония и способ ее получения -  патент 2529219 (27.09.2014)
композиция на основе оксидов циркония, церия и другого редкоземельного элемента при сниженной максимальной температуре восстанавливаемости, способ получения и применение в области катализа -  патент 2518969 (10.06.2014)
дисперсия оксида циркония, способ ее получения и содержащая ее смоляная композиция -  патент 2509728 (20.03.2014)
способ получения нанопорошка сложного оксида циркония, иттрия и титана -  патент 2509727 (20.03.2014)
композиция на основе оксида церия и оксида циркония с особой пористостью, способ получения и применение в катализе -  патент 2509725 (20.03.2014)
композиция на основе сложных оксидов циркония, фосфора и кальция для получения покрытия -  патент 2502667 (27.12.2013)
способ получения покрытых аморфным углеродом наночастиц и способ получения карбида переходного металла в форме нанокристаллитов -  патент 2485052 (20.06.2013)
композиция на основе оксида циркония, оксида титана или смешанного оксида циркония и титана, нанесенная на носитель из оксида алюминия или оксигидроксида алюминия, способы ее получения и ее применение в качестве катализатора -  патент 2476381 (27.02.2013)
наполнители и композитные материалы с наночастицами диоксида циркония и кремнезема -  патент 2472708 (20.01.2013)
способ переработки тетрахлорида циркония с получением диоксида циркония и соляной кислоты -  патент 2466095 (10.11.2012)

Наверх