Скульптурные тонкие пленки: структура, свойства и применения.
Sculptured thin film
Тонкие скульптурные пленки (STF): наноструктурированные материалы с контролируемыми свойствами, созданные методом физического осаждения из паровой фазы. 🔬✨
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Скульптурные тонкие пленки (STF) — это наноструктурированные материалы с однонаправленно изменяющимися свойствами, которые можно проектировать и создавать контролируемым образом, используя различные методы физического осаждения из паровой фазы. Возможность практически мгновенно изменять направление роста их столбчатой морфологии, просто изменяя направление падающего потока паров, позволяет получать широкий спектр столбчатых структур.
Sculptured thin films (STFs) are nanostructured materials with unidirectionally varying properties that can be designed and realized in a controllable manner using variants of physical vapor deposition. The ability to virtually instantaneously change the growth direction of their columnar morphology, through simple variations in the direction of the incident vapor flux, leads to a wide spectrum of columnar forms.
Свойства
Диаметр колонн и расстояние между колоннами, перпендикулярное направлению толщины любого STF, номинально постоянны. Диаметр колонн может варьироваться от приблизительно 10 до 300 нм, а плотность – от теоретического максимального значения до менее чем 20% от него. Кристалличность должна быть меньше масштаба диаметра колонн. Химический состав практически неограничен и охватывает диапазон от изоляторов до полупроводников и металлов. В последнее время полимерные STF были получены путем комбинирования физического и химического осаждения из паровой фазы; также проводилось осаждение на микроструктурированные подложки.
The column diameter and the column separation normal to the thickness direction of any STF are nominally constant. The column diameter can range from about 10 to 300 nm, while the density may lie between its theoretical maximum value to less than 20% thereof. The crystallinity must be at a scale smaller than the column diameter. The chemical composition is essentially unlimited, ranging from insulators to semiconductors to metals. Most recently, polymeric STFs have been deposited by combining physical and chemical vapor deposition processes; and deposition on micropatterned substrates has also been carried out.
Применение
На сегодняшний день основное применение STF находят в оптике в качестве поляризационных фильтров, фильтров Брэгга и фильтров спектральных отверстий. В видимом и инфракрасном диапазонах длин волн, односекционный STF представляет собой однонаправленно неоднородный континуум со свойствами, зависящими от направления. Несколько секций могут последовательно наращиваться для создания многосекционного STF, который можно рассматривать как оптическую схему, способную к интеграции с электронной схемотехникой на чипе. Благодаря своей пористости, STF может выступать в роли датчика жидкостей и пропитываться жидкими кристаллами для применения в переключающих устройствах. Также предлагается использовать STF в качестве барьерных слоев с низкой диэлектрической проницаемостью в электронных чипах и в солнечных элементах. Биомедицинские применения, такие как тканевые каркасы, платформы для доставки лекарств, вирусные ловушки и микрочипы для лабораторных исследований, также находятся на различных этапах разработки.
To date, the chief applications of STFs are in optics as polarization filters, Bragg filters, and spectral hole filters. At visible and infrared wavelengths, a single section STF is a unidirectionally nonhomogeneous continuum with direction dependent properties. Several sections can be grown consecutively into a multisection STF, which can be conceived of as an optical circuit that can be integrated with electronic circuitry on a chip. Being porous, an STF can act as a sensor of fluids and can be impregnated with liquid crystals for switching applications too. Applications as low permittivity barrier layers in electronic chips as well as solar cells have also been suggested. Biomedical applications such as tissue scaffolds, drug delivery platforms, virus traps, and labs on a chip are also in different stages of development.