Выбор и обоснование направления исследований

В результате выполнения работы на первом этапе было установлено, что кремний-углеродные покрытия обладают высоким потенциалом в качестве электронного полупроводникового материала для нового семейства высокотемпературных датчиков, поскольку могут работать как полупроводники в условиях, при которых другие материалы, например, собственно кремний, не способны эффективно функционировать. Потому в течение многих лет разрабатываются газовые датчики на основе кремний-углеродистых покрытий. Исследования их свойств показывают, что эти датчики очень чувствительны к ряду газов, включая водород и углеводороды, что делает их полезными для широкого спектра применения. Анализ российских и зарубежных патентов показал крайне низкий уровень патентирования материалов на основе карбида кремния и сенсоров и электродов суперконденсаторов на их основе, что указывает на малую изученность данного направления исследований. При проведении выбора и обоснования поставленных в проекте задач были выбраны наиболее эффективные, простые и экономически выгодные методы получения кремний-углеродных покрытий: 1) метод электрохимического осаждения позволяет значительно увеличить скорость роста кремний-углеродных пленок по сравнению с методами осаждения из газовой фазы; 2) золь-гель метод. Несомненным преимуществом указанных методов является также возможность введения различных добавок на стадии приготовления растворов для последующего формирования легированных покрытий. Данное преимущество очень важно с точки зрения создания материалов с заданными характеристиками. На основе сравнительной оценки литературных данных можно сделать вывод, что в качестве источников кремния целесообразно использовать ТЭОС и гексаметилдисилоксан. ТЭОС может быть использован для создания кремний-углеродных покрытий как золь-гель методом, так и методом электрохимического осаждения. Кроме того, для формирования сетчатой структуры возможно совместное применение ТЭОС и гексаметилдисилоксана. Определены основные методы, позволяющие проводить контроль качества осажденный покрытий. Разработана схема лабораторной установки для электрохимического осаждения кремний-углеродных покрытий, включающая высоковольтный источник постоянного тока, электрохимическую ячейку, оснащенную электродами, термопарой и датчиком температуры. На основе анализа литературных источников определены виды легирующих добавок, которые будут внедряться в кремний-углеродную матрицу. Показано, что наиболее перспективными являются марганец, цирконий, никель, медь. При проведении моделирования образования кремний-углеродных структур рассчитаны энергии молекул прекурсоров, необходимые для создания первичного массива частиц. Описаны алгоритмы образования кластеров, основанные на принципах необратимой агрегации частиц. На втором этапе моделирования реализована возможность реорганизации первичной структуры и анализа образованных структур на наличие перколяционных кластеров. Методы и алгоритмы, используемые при моделировании процессов формирования легированных тонкопленочных покрытий на основе диэлектрической матрицы из кремний-углеродных соединений, обладающих высокой стойкостью к химически агрессивным средам, применены для разработки программы для ЭВМ «Моделирование процессов формирования легированных тонкопленочных покрытий на основе диэлектрической матрицы из кремний-углеродных соединений, обладающих высокой стойкостью к химически агрессивным средам». Программа позволяет наблюдать распределение легирующей добавки и образование перколяционного кластера. Определено, что концентрация легирующего компонента 0,2 мольных % достаточна для образования перколяционного кластера. В результате оформлена заявка на получения свидетельства о регистрации программы для ЭВМ. В ходе проведения предварительных экспериментальных исследований показано, что гексамилдисалаксан и тетраэтоксисалан являются перспективными прекурсорами для последующего формирования кремний-углеродных соединений. Методом ИК-спектрометрии показано, что для формированиия покрытий с большим числом кремний-углеродных связей необходимо производить осаждение при напряжениях выше 400 В. При исследовании возможности внедрения соединений циркония и кремния в кремний-углеродную матрицу показано, что полученные образцы покрытий могут быть использованы как при создании чувствительных элементов для сенсоров газов, так и электродов суперконденсаторов. Таким образом, работы, предусмотренные планом-графиком, выполнены в полном объеме и в соответствии с техническим заданием.