1. Основные технологические методы получения

Наиболее универсальным и реально используемым способом получения гранулированных материалов является методы ионного распыления. Можно выделить три основные схемы напыления гранулированных нанокомпозитов.

а) Реактивное распыление – распыление металлической мишени с дополнительным введением в распылительную систему химически активного газа. Цель – получение в виде осаждаемой пленки некое химическое соединение.

При реактивном распылении процесс можно проводить при постоянном напряжении мишень-подложка.

b и c – необходимо высокочастотное распыление поскольку при постоянном смещении мишень-подложка на внешней поверхности диэлектрика будет быстро формироваться поверхностный заряд из положительных ионов. Этот заряд будет препятетвовать дальнейшей ионной бомбардировйе диэлектрика.

Образование положительного заряда можно, в принципе, предотвратить несколькими способами, например, бомбардируя диэлектрик одновременно ионным и электронным пучками, или давая возможность этому заряду стекать по поверхности мишени п ри ее малых размерах и прямо сквозь диэлектрик при достаточно высоких температурах, или же располагая металлическую сетку на поверхности мишени или вблизи ее. В последнем случае с помощью сетки создается электрическое поле, необходимое для притяжения части положительных ионов и для образования вторичных электронов, которые нейтрализуют заряд ионов, осевших на поверхность диэлектрика. Хотя эти способы и могут быть приемлемыми в той или иной степени для травления поверхности диэлектрика ионной бомбардировкой, однако в случае нанесения диэлектрических пленок они не подходят из-за возникающих проблем, связанных с неоднородностью толщины или высоким уровнем загрязнения получаемых пленок.

Наиболее распространенные варианты решения такой проблемы – использование компенсаторов и применение высокочастотного распыления.

Экспериментально установлено, что в ВЧ разряде плазма имеет значительный положительный потенциал относительно обоих электродов. Этот высокий потенциал является следствием того, что подвижность электронов намного больше подвижности ионов. Из-за весьма малой длительности одного полупериода приложенного напряжения дойти до соответствующего электрода за это время сможет сравнительно небольшое число ионов. Электронов же за каждый полупериод попадает на электроды значительно больше. В результате этого ток высокой частоты, измеряемый во внешней цени, почти полностью обусловлен электронами плазмы, достигающими электродов в течение чередующихся полупериодов.

Таким образом, в качестве простейшей интерпретации можно считать, что поток электронов, достигающий мишени в течении.

Структура нанокомпозитов

Очень важным фактом является то, что в зависимости от соотношения между металлической и диэлектрической фазами структура (морфология) композитов меняется радикально:

Для композитов объемной долей металла (X_v) меньшей  50 ат.% металлические гранулы электрически изолированы друг от друга в объеме матрицы, и поэтому такие среды близки по своим свойствам к изоляторам. Такие композиты чаще всего называются наногранулированные композиты Проводимость в таких композитах осуществляется посредством механизмов, обеспечивающих перенос заряда через диэлектрик. В основном это туннелирование электронов между металлическими гранулами через диэлектрический барьер или прыжковая проводимость электронов по локализованным состояниям в диэлектрической матрице.

К онкретный размер гранул в данном композите определяется объемным соотношением между металлической и диэлектрической фазами. Причем, существует практически линейная корреляция между содержанием фазы и размерами гранул. Типичные размеры металлических гранул в композитах находятся в пределах 1-2 – 8-12 нм.

Данное обстоятельство обеспечивает технологическую легкость и простоту формирования композита с заданными размерами металлических гранул. Таким образом, важным параметром, влияющим на свойства гранулированных материалов и определяющим и морфологию и сами эти свойства, является размер гранул, который задается объемной долей металла (X_v), изменяющейся от 0 до 1.

В сплавах с большой величиной Х_v, из металлических гранул формируется своеобразная сплошная «металлическая сетка» (иногда говорят бесконечный кластер) пронизывающая весь образец композита. Для композитов с большой долей металлической фазы ( 0,6  X_v) имеет смысл говорить о металлической среде, в которую вкраплены участки диэлектрической фазы (рис. а). Для таких композитов электроперенос осуществляется по металлической фазе (по металлической сетке) и следовательно в композитах реализуется металлическая проводимость. Если металлическая фаза композитов является ферромагнитной то формирование сплошной металлической среды приводит к проявлению макроскопического ферромагнетизма у композитов.

Структура композитов, полученных осаждением из газовой фазы характеризуется изотропностью и сравнительно небольшим разбросом размеров гранул. Как показывают прямые измерения формирующиеся гранулы близки по форме с сфероидам, а не к вытянутым, столбчатоподобным образованиям. Обычный разброс гранул по диаметрам составляет 0,5-1 нм, не более.