Исследование структуры и фазового состава многослойных структур на основе LiCoO2 : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель П. И. Гайдук

Abstract

Объектом исследования НИР являлись структуры LiCoO2 и LiPON, осажденные в вакуумных условиях на подложки кремния, слюды или на алюминиевые фольги, в том числе с использованием подслоев и буферных слоев различного состава и толщины. Целью работы являлось установление структурно-фазовых и элементных закономерностей выращивания элементов твердотельных Li-ионных батарей: катодных слоев LiCoO2 и твердого электролита на основе LiPON на подложках кремния, слюды или различных фольг c буферными слоями в условиях высокого вакуума в зависимости от параметров и технологических режимов процесса выращивания структур с твердотельными элементами LiCoO2/LiPON. Основные методы исследований: просвечивающая электронная микроскопия, растровая электронная микроскопия, резерфордовское обратное рассеяние, рентгенофазовый анализ. Использовались приборы: электронные микроскопы FEI “Talos” F200X, Philips CM-20, Hitachi H800, РЭМ S-4800, ускоритель ионов AN2500, лабораторное и промышленное оборудование для магнетронного и электронно-лучевого нанесения слоев, вакуумные камеры для манипуляций с образцами, высокотемпературные печи и др. В результате выполнения НИР исследованы структурно-фазовые состояния и элементный состав основных слоев – компонентов литиевых тонкопленочных батарей в полностью твердотельном исполнении: катодных слоев на основе тонких пленок LiCoO2 (LCO), а также твердого электролита на основе соединений литий-фосфор-окси-нитрид (LiPON) после их осаждения методами электронно-лучевого испарения и реактивного магнетронного распыления. Показана возможность формирования толстых (до 3 мкм) пленок LiCoO2, имеющих колоннообразную структуру с диаметром столбцов ~ (80±5) нм и углом наклона к поверхности подложки около 15°, а также преимущественной текстурой по плоскостям (110) и (104) перпендикулярных поверхности. Методом магнетронного распыления получены структуры LiPON/LCO/Ti/Co на кремнии и слюде с благоприятным структурно-фазовым состоянием и однородным распределением компонент. Полученные результаты научных исследований различных режимов формирования слоев катода LiCoO2 и твердого электролита LiPON могут быть использованы для проведения дальнейших исследований по оптимизации режимов формирования и разработке новых прототипов приборных структур для литиевых тонкопленочных батарей в полностью твердотельном исполнении.