40 Какие процессы включает в себя литография?
(Определение литографии) Вообще литография— это метод получения рисунка на поверхности функционального материала (ФМ). На первом этапе рисунок создается на фоторезисте, затем рисунок переносится нафункциональный материал. Цель первого этапа-создать в слое фоторезиста "окна" заданной конфигурации для доступа травителя к расположенной под этим слоем ФМ (полупроводниковой пластине с окисной плёнкой) Для получения рисунка, как правило, используется излучение (фотоны, электроны, ионы, рентгеновские кванты)
• (Суть вопроса)Процесс фотолитографии включает в себя следующие этапы:
• 1. На толстую подложку (в микроэлектронике часто используют кремний) наносят тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок.
• 2. На этот слой наносится фоторезист.
• 3. Производится экспонирование через фотошаблон.
• 4. Облученные участки фоторезиста изменяют свою растворимость и их можно удалить химическим способом (процесс травления).
• 5. Освобожденные от фоторезиста участки тоже удаляются.
• 6. Заключительная стадия—удаление остатков фоторезиста.
• (Дополнительно, вдруг спросит)Если после экспонирования засвеченные области фоторезиста становятся растворимыми, то процесс фотолитографии называется позитивным. Иначе—негативным.
41.Негативная литография
42Позитивная литография
43. 10 шагов фотолитографии
1.Подготовка поверхности (промывка и сушка)
· Дегидратационная сушка в закрытой камере с откачкой
· Результат: чистая обезвоженная поверхность
2.Нанесение фоторезиста
3.Сушка
· Частичное испарение растворителей фоторезиста
· Улучшение адгезии
· Улучшение однородности
· Улучшение сопротивляемости травлению
· Оптимизация фотопоглощения
4.Совмещение фотошаблона и экспонирование
· Нанесение изображения на Подложку с нанесенным резистом
· Активация фоточувствительных компонентов фоторезиста
5.Проявление
· Растворимые области фоторезиста растворяются подходящим хим. реагентом;
· На поверхности возникают видимые островки и окна в фоторезисте;
6.Стабилизирующий отжиг
· Испарение оставшегося фоторезиста
· Улучшение адгезии
· Повышенная температура
7.Контроль и исправление дефектов
8.Травление
9.Удаление фоторезиста
10.Заключительный контроль
44. Какие вещества являются предшественниками углеродных наноструктур
Предшественниками углеродных структур являются волокна:
полиакрилонитрил, (ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНОЕ, ПАН- ВОЛОКНО)
(акриловое волокно) - синтетическое волокно, формуемое из растворов полиакрилонитрила или его производных. По многим свойствам близко к шерсти, устойчиво к свету и другим атмосферным агентам, кислотам, слабым щелочам, органическим растворителям. Из полиакрилонитрильного волокна изготовляют верхний и бельевой трикотаж, ковры, ткани. Основные торговые названия: нитрон, орлон, акрилан, кашмилон, куртель, дралон, вольпрюла).
пек ( пека, м. (англ. pek) (тех.). Густое, быстро застывающее вещество, остающееся после переработки смолы, дегтя, нефти, перегонки сланцев и т. п. Пек идет на изготовление асфальта.
вискозное волокно (позднелат. viscosus - вязкий, клейкий, от лат. viscum - клей), концентрированный раствор ксантогената целлюлозы в разбавленном растворе едкого натра. В. применяют для получения вискозных волокон и плёнок ).
Около 95% углеродных волокон получают из полиакрилонитрила.
45. Методы получения и свойства углеродных нанотрубок и нановолокон
В сложной классификации методов получения этих материалов можно выделить две основные группы методов:
возгонка- (сублимация, переход вещества при нагревании из твердого прямо в газообразное состояние, без превращения в жидкость) графита и последующая десублимация;
пиролиз- ( Разложение и др. превращения химических соединений при нагревании) углеводородов.
Упрощенно механизм роста УНТ заключается в следующем. Углерод, образующийся при термическом разложении углеводорода, растворяется в наночастице металла. При достижении высокой концентрации углерода в частице на одной из граней частицы-катализатора происходит энергетически выгодное «выделение» избыточного углерода в виде искаженной полуфуллереновой шапочки. Так зарождается нанотрубка. Разложившийся углерод продолжает поступать в частицу катализатора, и для сброса избытка его концентрации в расплаве нужно постоянно избавляться от него. Поднимающаяся полусфера (полуфуллерен) с поверхности расплава увлекает за собой растворенный избыточный углерод, атомы которого вне расплава образуют связь С-С, представляющую собой цилиндрический каркас-нанотрубку.
Для практического применения УНТ в настоящее время ищется способ создания на их основе протяжённых волокон, которые в свою очередь можно будет сплести в многожильный провод. Уже удалось создать из углеродных нанотрубок протяженные волокна, которые обладают высокой электропроводностью и превосходящей сталь прочностью
46.Какими факторами определяются выдающиеся механические и термические свойства ОУНТ
• Выдающиеся механические и термические свойства ОУНТ определяются несколькими факторами:
• необычно высокой прочностью sp2-связей C–C,
• рекордно большой двумерной плотностью атомов в графенах,
• отсутствием или малой плотностью дефектов структуры (именно наличие неизбежно образующихся дефектов делают реальную прочность стали в 50 – 100 раз ниже рассчитанной теоретически для бездефектного материала).
• По механическим свойствам УНТ превосходят большинство других материалов. Модуль Юнга (модуль упругости) ОУНТ зависит от их диаметра, хиральности (т.е. угла ориентации осей графитовой поверхности, из которой сложена нанотрубка, относительно оси самой трубки) и дефектности и достигает 1.25 ТПа; для трубок (10,10) измеренная и рассчитанная величина близка к 640 ГПа. У сростков ОУНТ модуль Юнга может быть значительно ниже (при диаметре сростков 15 – 20 нм – всего около 100 ГПа).
• Сростки ОУНТ имеют предел прочности при растяжении 15 – 52 ГПа (что соответствует деформации при растяжении до 5.3%), МУНТ – 11 – 63 ГПа (12%). Расчеты для МУНТ показали, что модуль Юнга достигает 1.8 ТПа, измеренная величина – около 1.3 ТПа (у обычных углеродных волокон она составляет около 800 ГПа).
47.Две основные группы методов получения УНТ
Многообразие углеродных нитевидных наноматериалов многократно увеличивается благодаря возможностям химического модифицирования УНТ и УНВ.
В сложной классификации методов получения этих материалов можно выделить две основные группы методов:
возгонка- (сублимация, переход вещества при нагревании из твердого прямо в газообразное состояние, без превращения в жидкость) графита и последующая десублимация;
пиролиз- ( Разложение и др. превращения химических соединений при нагревании) углеводородов.
• Обе группы предусматривают использование наноструктурированных катализаторов. Первая группа невозможна без нагревания до высоких температур (3000 – 4000 К) и включает процессы, различающиеся по способу подвода тепла: электродуговой синтез, лазерно-термический синтез, использование концентраторов солнечного излучения или сфокусированного лазерного излучения, нагревание джоулевым теплом, облучение электронным или ионным пучком. Лазерный нагрев иногда безосновательно ассоциируют с лазерной абляцией (эрозия, вырывание), хотя последняя должна приводить к большому количеству примесей частиц графита.
48.Получение УНТ методом пиролиза -проводится при температурах 500 – 1000 оС и имеет значительно бóльшее число вариантов как по выбору исходных реагентов, так и по способам ведения процессов. Она обеспечивает более четкое управление процессом образования УНТ, в бóльшей степени подходит для крупномасштабного производства и позволяет получать не только сами наноуглеродные материалы, но и определенные структуры на подложках, макроскопические волокна, состоящие из нанотрубок, а также композиционные материалы, в частности модифицированные УНТ, УНВ и модифицированная углеродная бумага.
• Рис. 1. Схема установки для получения относительно длинных УНТ методом пиролиза с летучим катализатором. Feedstock – питание; electric furnace – электропечь; reactor - реактор; exhaust - вытяжка; product - продукт; collector - сборник; evaporator – испаритель.
49. Получение УНТ методом каталитического пиролиза.
• Для получения катализаторов используют традиционные методы – спекание порошков; напыление или электрохимическое осаждение металлов на подложку с последующим превращением сплошной тонкой пленки в островки наноразмеров (применяют также послойное напыление нескольких металлов); нанесение суспензии с частицами катализатора на подложку; пропитку инертных порошков солями; соосаждение оксидов или гидроксидов; ионный обмен; коллоидные методы (золь-гель процесс, метод обратных мицелл). Вслед за процессами в водных средах, приводящими к образованию смесей оксидов, проводят прокаливание и восстановление водородом. Часто используется сжигание нитратов металлов в смеси с мочевиной, лимонной кислотой, глицином или другими востановителями.
• Основную массу катализатора из продуктов, образующихся непосредственно в реакторах для пиролиза, обычно отмывают кислотами (HCl, HNO3 и др.). Такие носители, как силикагель и цеолиты, требуют применения фтористоводородной кислоты.
50. Непосредственное получение УНТ из газовой фазы
Синтез сравнительно длинных многослойных УНТ и УНВ методом химического осаждения из газовой фазы с летучим катализатором, в котором использовали раствор ферроцена (дициклопентадиенилжелезо, (C2H5)2Fe) в бензоле, добавки тиофена, а пиролиз проводили в потоке водорода при 1100 – 1200 оС.
Позднее бензол был заменен на н-гексан. Раствор с концентрацией ферроцена 0.018 г/мл и добавками тиофена (0.4 мас.%) вводили в верхнюю часть вертикального реактора, нагретого до 1150 оС, со скоростью 0.5 мл/мин. Туда же сверху подавали водород (250 мл/мин) и получали в донной части реактора ~ 0.5 г/ч УНТ.
Нити имеют длину до 20 см и диаметр ~ 0.3 мм и состоят из ОУНТ диаметром между 1.1 и 1.7 нм с преобладанием трубок малого диаметра. Модуль Юнга (модуль упругости) по проведенным измерениям оценен величиной от 49 до 77 ГПа, но с учетом неплотной упаковки ОУНТ в нитях для самих ОУНТ должен находиться между 100 и 150 ГПа.
Английские специалисты пошли дальше и сумели организовать непрерывную вытяжку нитей из ОУНТ, получаемых близким к описанному выше методом. В качестве растворителя они использовали этанол, концентрацию ферроцена поддерживали в пределах 0.23 – 2.3 мас.%, концентрацию тиофена – 1.0 – 4.0 мас.%, скорость введения раствора 0.08 – 0.25 мл/мин, скорость подачи Н2 – 400 – 800 мл/мин, температуру в печи 1050 – 1200 оС. Процесс приводил к образованию аэрогеля (агрегата в виде «мягкого дыма») из слегка связанных ОУНТ, причем по мере протекания реакции аэрогель газовым потоком перемещался сверху вниз. Этот аэрогель удалось непрерывно выводить из реактора в виде намотанной нити (рис. 2), а также подобрать условия процесса, при которых нить состояла из ОУНТ. Последние имели диаметр от 1.6 до 3.5 нм и были собраны в сростки диаметром около 30 нм.
51. Процесс получения макроскопических волокон, содержащих ОУНТ и полимер
ОУНТ диспергируют в водном растворе додецилсульфата натрия (ПАВ) при УЗ-воздействии, получая устойчивый в течение нескольких недель коллоидный раствор черного цвета. Концентрацию ПАВ подбирают таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между индивидуальными трубками в растворе и их агрегатами, к примеру 5-10% массы полимера. Коллоидный раствор с помощью шприца через тонкие стеклянные капилляры вводят в виде струи в попутный поток полимерного раствора, содержащего 5 мас.% поливинилового спирта (мол. масса 70000, вязкость ~ 200 сП). Скорость струи поддерживают ниже скорости потока. В струе спирт частично вытесняет ПАВ, что приводит к нарушению стабильности коллоидной системы, выделению ОНТ и образованию из них сетки, которая при сжатии и уплотнении струи также сжимается. При этом за счет различия в скоростях движения струи и основного потока происходит укладка отдельных ОУНТ преимущественно вдоль оси волокна.
52. ОУНТ диспергируют в водном растворе додецилсульфата натрия (ПАВ) при УЗ-воздействии, получая устойчивый в течение нескольких недель коллоидный раствор черного цвета. Концентрацию ПАВ подбирают таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение между индивидуальными трубками в растворе и их агрегатами, к примеру 5-10% массы полимера. Коллоидный раствор с помощью шприца через тонкие стеклянные капилляры вводят в виде струи в попутный поток полимерного раствора, содержащего 5 мас.% поливинилового спирта (мол. масса 70000, вязкость ~ 200 сП). Скорость струи поддерживают ниже скорости потока. В струе спирт частично вытесняет ПАВ, что приводит к нарушению стабильности коллоидной системы, выделению ОНТ и образованию из них сетки, которая при сжатии и уплотнении струи также сжимается. При этом за счет различия в скоростях движения струи и основного потока происходит укладка отдельных ОУНТ преимущественно вдоль оси волокна.
53. Жи́дкие криста́ллы (сокращённо ЖК; англ. liquid crystals, LC) — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе).
1. Термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твердого вещества и существующие в определенном интервале температур и давлений.2.Лиотропные ЖК, которые представляют собой двух- или более компонентные системы, образующиеся в смесях стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня представляет собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (амфи — по-гречески означает «с двух концов», филос — «любящий», «благорасположенный»). Примером амфифилов могут служить фосфолипиды.
• 54. Директором (от английского DIRECTOR) в жидких кристаллах называют единичный вектор n, направление которого совпадает с преимущественной ориентацией молекул жидкого кристалла.
Диэлектрическая анизотропия ЖК может быть записана как разность диэлектрической проницаемости в направлении параллельному директору и перпендикулярном ему 
Если директор выстраивается параллельно полю то 
.
Оптическая анизотропия связана с анизотропией коэффициента преломления-n, или двулучепреломлением. Это означает, что материал имеет два значения n для направлений поляризации света параллельно и перпендикулярно директору, разница между ними 
есть мера оптической анизотропии.Для работы ЖК дисплея это величина должна быть >0,2.
Оптическая анизотропия связана с анизотропией коэффициента преломления – n, или двулучепреломлением. Это означает, что материал имеет два значения n для направлений поляризации света параллельно и перпендикулярно директору, разница между ними 
есть мера оптической анизотропии.
Для работы ЖК дисплея эта величина должна быть>0,2
n ~ √ε, Δn= nװ - n┴ ~ √(εװ - ε┴)
55 Определения НЖК, ХЖК, СЖК
Жидкие кристаллы – это молек.материалы представляющие собой жидкость,состоящую из молекул вытянутой стержнеобразной формы расположенным в пространстве упорядоченным образом.
Жидкие кристаллы разделяют на три типа:
нематическая, холестерическая и смектическая.
Нематические(НЖК) –это ЖК молекулы которых ориентированы длинными осями одинаково, а центры тяжести расположены в пространстве хаотично.
Холестерические (ХЖК) являются разновидностью НЖК. Отличие заключается в том, что они образованны оптически активными молекулами, в результате чего структура жидкого кристалла приобретает слоистый характер и имеет винтовую ось симметрии, перпендикулярную направлению ориентации молекул и плоскости слоя.
Смектические (СЖК) –это НЖК молекулы которых расположены в отдельных изолированных друг от друга слоях, слои могут скользить свободно.
56.Переход Фредерикса и основные виды деформации
Переход Фредерикса – основа магнито- и электрооптических свойств
Вследствие анизотропии диамагнитной и диэлектрической восприимчивости свободная энергия ЖК во внешнем магнитном или электрическом поле имеет минимум при определенной ориентации молекулярных осей (директора) ЖК.
