Гоу впо «саратовский государственный университет имени н. Г. Чернышевского» утверждаю зав кафедрой физики твердого тела

Измерения и расчёты. Измерения были проведены у двух образцов. Образец 1 – углерод на стеклянной подложке, а образец 2 – углерод на кремневой подложке. Для образца 1 расстояние между катодом и анодом было 60 мкм, а для образца 2 – 40 мкм, что связанно с установлением оптимальной, для автоэмиссии образца, напряжённости электрического поля. В результате измерений получили ВАХ образцов углерода на стекле и углерода на кремнии. Зная расстояние между катодом и анодом и площадь анода, получим из зависимости тока от напряжения зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля: E=V/h , j=I/s, где h-расстояние между катодом и анодом, s – площадь анода. Получившееся характеристики приведены на рисунках 1.5-1.8. Рис. 1.5. Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на стеклянной подложке. Точка №1 Рис. 1.6. Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на стеклянной подложке. Точка №2 Рис. 1.7. Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на кремниевой подложке. Точка №1 Рис. 1.8. Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на кремниевой подложке. Точка №2 Для определения коффециэнта усиления поля на углеродной структуре необходимо построить полученные зависимости в координатах Фаулера-Нордхейма lg(1/E2) = f(1/E) и по tg углов наклона определить коэффициент усиления. В результате получили следушие экспериментальные кривые и функции описывающие их. Рис. 1.9 Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на стеклянной подложке в координатах Фаулера-Нордхейма. Рис. 1.10 Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на стеклянной подложке в координатах Фаулера-Нордхейма. Рис. 1.11 Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на кремниевой подложке в координатах Фаулера-Нордхейма. Рис. 1.12 Зависимость плотности тока от напряжённости электрического поля для образца с углеродом на кремниевой подложке в координатах Фаулера-Нордхейма. На основании приведённых зависимостей можно сделать выводы о том, что у образца с углеродом, нанесённым на стеклянную подложку, по сравнению с нанесённым на кремнеевую подложку, наблюдается начало автоэмиссии при меньших напряженностях электрического поля и плотность тока достигает значительно больших численных значений. На графиках наблюдаем участки с линейной зависимостью. По тангенсальной составляющей можно судить о коэффициенте усиления, который у образца со стеклянной подложкой составил порядка 150, а для образца с кремниевой – 280. Начало автоэмиссии при больших значениях напряженности электрического поля и низкие значения плотности тока у образца с кремниевой подложкой обусловлено следующим. При подаче между катодом и анодом разности потенциалов возникает поле, способствующее эмиссии электронов из углеродной пленки. В свою очередь поле воздействует на кремниевую подложку, которая обладает дырочным типом проводимости. Под действием поля в кремнии на границе раздела с углеродом возникает слой, обедненный основными носителями заряда, что приводит к возникновению области пространственного заряда на границе кремния и углеродной пленки. Образовавшееся и увеличивающееся, при увеличении напряженности электрического поля, область пространственного заряда препятствует протеканию электрического тока через углеродную пленку, т. е. увеличивает ее сопротивление. Увеличение сопротивления углеродной пленки приводит к снижению плотности эмиссионного тока и увеличению значения напряженности электрического поля, при котором начинается эмиссия электронов. У образа с углеродной пленкой, нанесенной на стеклянную подложку, образование области пространственного заряда не происходит, следовательно с увеличением напряженности электрического поля сопротивление пленки углерода не увеличивается и начало автоэмиссии происходит при меньших значениях напряженности электрического поля, а значения плотности тока больше. Более высокие значения коэффициента усиления у образца с кремниевой подложкой (280) чем у образца со стеклянной (150) связанны с тем, что при увеличении электрического поля в образце с кремниевой подложкой происходит протекание тока электронов из кремния в углеродную пленку через область пространственного заряда. Этот ток электронов в углеродную пленку способствует увеличению коэффициента усиления у образца с кремниевой подложкой по сравнению образцом со стеклянной подложкой, где такого дополнительного потока электронов нет. На образце с кремниевой подложкой эмиссия происходит лучше, так как в этом случае мы используем полупроводник в качестве подложки. 1.4 Измерение толщины пленок с помощью интерференционного микроскопа МИИ-4 Это оптический прибор, предназначен для измерения параметров шероховатости полированных и доведенных поверхностей, а также для измерения толщин пленок (высоты уступов, образованных краем пленки и подложки). Интерференционную картину можно фотографировать на пленку фотокамерой, входящей в состав прибора. Микроинтерферометр позволяет производить измерения с помощью винтового окулярного микрометра МОВ или фотоэлектрического окулярного микрометра ФОМ с автоматической обработкой результатов измерений. Его принцип действия основан на сравнении световых волн, получаемых при отражении когерентных пучков света от контролируемой и эталонной поверхностей. Свет от источника 1 проходит через конденсор 2 и диафрагму 3. Зеркало 4 делит его на два когерентных пучка, один из которых фокусируется объективом 5 на эталонное зеркало 6, а другой объективом 5' на контролируемую поверхность 7. После отражения от эталона и изделия пучки проходят через те же элементы схемы и фокусируются линзой 8 в плоскости диафрагмы 9, в которой с помощью окуляра 10 наблюдают интерференционную картину 11 взаимодействия эталонного и рабочего пучков света. При этом наблюдают чередующиеся светлые и тёмные полосы интерференции, искривлённые в соответствии с профилем исследуемой поверхности. Рис 1.13 Интерференционный микроскоп МИИ-4 Для измерения толщины пленки на интерферометре необходимо, чтобы часть поверхности осталась без пленки. Её можно получить путем экранирования части поверхности при нанесении пленки или вытравливанием специальным реактивом, растворяющим пленку. В поле зрения видна граница поверхности без плёнки, интерференционная картина, разделенная и смещенная на этой границе. Измеряют величину смещения, выражая её в числе интерференционных полос N. Толщина пленки h, находится по формулам: – для непрозрачной плёнки и – для прозрачной плёнки. Верхний предел измерения определяется глубиной резкости объектива. Нижний предел определяется чувствительностью поперечных наводок, 1.5 Определение фазового состава углеродных пленок методами ближнеполевой СВЧ микроскопии и катодолюминесценции 1.5.1 Определение фазового состава углеродных пленок методом ближнеполевой СВЧ микроскопии. При облучении объекта, вблизи него возникает локализованное поле, быстро убывающее с расстоянием. Есть два способа для создания ближнего поля в ближнеполевой сканирующей оптической микроскопии (БСОМ) (см. Рис. 1.14). В первом случае Рис. 1.14 а используется малая апертура на конце оптического волокна с металлическим покрытием. Свет идет по волокну и облучает небольшую область вблизи торца волокна. В последнем случае пространственное разрешение в этом случае определяется диаметром апертуры (10—100 нм). Во втором (безапертурном) случае (см. Рис. 1.14 б) ближнее поле создается облучением конца металлической иглы. Пространственное разрешение приближается к атомным масштабам и определяется радиусом кривизны конца иглы (1—20 нм). Схема установки для сканирующей оптической микроскопии ближнего поля представлена на Рис. 1.15 Рис 1.14 Схема апертурного (а) и безапертурного (б) ближнеполевого сканирующего оптического микроскопа. Стрелки со сплошными линиями соответствуют падающему излучению, а пунктирные линии - излучению сигнала. Игла микроскопа имеет сложную форму и не может быть описана в рамках простой модельной системы. По-видимому, наилучшим приближением к реальной игле могла бы быть модель тонкого, заостренного на конце цилиндра или конуса. Рис. 1.15 Схема установки для сканирующей оптической микроскопии ближнего поля. 1.5.2 Определение фазового состава углеродных пленок методом катодолюминесценции. Катодолюминесценция Катодолюминесценция, люминесценция, возбуждаемая в веществе при бомбардировке его быстрыми электронами — электронным пучком. Так как электронные пучки назывались катодными лучами, то и люминесценция, возникающая при облучении электронами, получила название катодолюминесценции. Катодолюминесценция обусловлена целым рядом сложных процессов, протекающих между актом начального возбуждения люминофора и актом излучения света. Для возбуждения католюминесценции достаточно, чтобы энергия возбуждающих электронов в ~ 1,5 раза превышала ионизационный потенциал облучаемого вещества — кристаллофосфора. Однако применение таких медленных электронов не позволяет получать устойчивую катодолюмесценцию. Это связано с целым рядом эффектов, возникающих при катодолюминесценции, когда преобразование энергии электронов проходит несколько последовательных стадий. При облучении люминесцентного экрана потоком электронов часть энергии теряется. Под действием электронов поверхность люминофора очень быстро приобретает отрицательный заряд, и в результате возбуждающие электроны, отталкиваясь от нее, тормозятся и теряют энергию. Отражение электронов, связанное в первую очередь с кулоновским взаимодействием, играет существенную роль при катодолюминесценции. Дополнительные потери энергии возникают также за счет безызлучательной рекомбинации на различных дефектах решетки, концентрация которых особенно велика в поверхностном «мертвом» слое кристалла, толщиной порядка 1 мкм. Часть электронов испытывает упругое и неупругое отражение от поверхности, часть электронов, проникших в люминофор, претерпевает рассеяние. При этом образуются новые носители заряда, которые могут передать энергию люминесцентным центрам или кристаллической решетке. В результате рассеяния первичных электронов в кристаллической решетке люминофора при взаимодействии с атомами решетки, электроны, обладающие высокой энергией, ионизуют их, создавая второе поколение электронов, которые, в свою очередь, ионизуют другие атомы. При этом образуются элементарные возбуждения типа электронно-дырочных пар, экситонов, плазмонов и т. д., при распространении которых могут возбуждаться центры свечения. При рекомбинации на центрах свечения электронов и дырок и возникает катодолюминесценция. Центры свечения при катодолюминесценции те же, что и при фотовозбуждении, поэтому спектр катодолюминесценции аналогичен спектру фотолюминесценции. Таким образом, ионизация атомов, сопутствующая рассеянию, приводит к образованию вторичных электронов, также способных принять участие в создании элементарных возбуждений кристаллической решетки, а за счет миграции элементарных возбуждений область возникновения люминесценции по сравнению с реальной глубиной проникновения электронов в люминофор значительно расширяется. Глубина проникновения электронов в люминофор растет пропорционально квадрату их энергии и при энергиях электронов в несколько килоэлектронвольт не превышает 1 мкм. Для католюминесценции характерно наличие порогового напряжения U0, при котором люминофор начинает светиться. Наличие U0 обусловлено отталкиванием первичных электронов поверхностным зарядом, и составляет для высоковольтных катодолюминофоров 100-400 В. Яркость кадолюминесценции зависит от условий возбуждения плотности тока в электронном пучке и ускоряющего напряжения. При больших плотностях тока возбуждения линейный характер зависимости яркости люминесценции от плотности тока нарушается. При этом на поверхности люминофора возникает вторичная электронная эмиссия, и заряд люминофора уносится вторичными электронами. Люминесценция выходит на насыщение, связанное с насыщением скорости электронных переходов в центрах свечения, увеличением тормозящего поля и обычным температурным тушением люминесценции. Однако при импульсном возбуждении некоторых особо чистых кристаллов и сублимированных пленок яркость узких полос испускания, расположенных вблизи края поглощения, возрастает быстрее плотности тока. Практически яркость свечения католюминесцентных экранов не превышает 200-700 кд/м2. Основным каналом, снижающим энергетический выход люминесценции, являются тепловые потери энергии электронов (переход электронов и дырок в обычные тепловые электроны и дырки, сопровождаемый возбуждением тепловых колебаний кристаллической решетки). Кпд катодолюминесценции обычно составляет 1-10%. Наибольшую эффективность преобразования энергии (20-25%) имеют некоторые поликристаллические кристаллофосфоры с рекомбинационным механизмом свечения (катодолюминофоры). После прекращения возбуждения наблюдается послесвечение экрана, длительность которого зависит от характеристик люминофора. Временем послесвечения экрана считают интервал между моментом прекращения электронной бомбардировки и моментом, когда яркость свечения уменьшится до 1% от величины поверхность люминофора начального значения. 1.5.3 Исследование образцов Осаждения углеродных пленок осуществлялось на стеклянную подложку. Подложка подогревалась во время процесса осаждения до температуры 350°С. Напуск паров этанола в рабочую камеру производился до достижения давления 0,05Па. На одной стеклянной подложке осаждались углеродные пленки в различных режимах. Режимы отличались только потенциалом прикладываемым к подложкодержателю (+100В и -100В).Время осаждения углерода соответствует времени горения плазмы, которое составило 20 мин. Изучение структуры поверхности пленок производилось методами ближнеполевой СВЧ микроскопии и катодолюминесценции. На изображениях, полученных по данным ближнеполевой СВЧ микроскопии (Рис. 1.16, 1.17), можно наблюдать большее количество точечных элементов на участке, полученном на режиме, когда к подложкодержателю прикладывался положительный потенциал (+100В). Эти элементы представляют собой микрокристаллиты алмаза, а в целом получившееся структура - углеграфитовая матрица с распределенными микрокристаллитами алмаза. При положительном потенциале на подложкодержателе больше концентрация нано-алмазных кристаллитов. Предположительно это связанно с тем, что бомбардировка поверхности электронами и отрицательными ионами при положительных потенциалах на подложкодержателе усиливает коэффициент прилипания атомов углерода и роль кинетических факторов при зародышеобразовании и росте наноалмазных кристаллитов. Кроме того, в отличие от графита грани кристалла алмаза могут расти как по слоевому, так и по нормальному механизму. Поэтому в условиях интенсивной электронной бомбардировки, благоприятной для реализации нормального механизма, алмаз должен иметь преимущества. Резульаты исследований фазового состава методом катодолюминесценци (рис1.18, 1,19) подтверждают вышеуказанное. На изображениях так же наюлюдаются неоднородности структуры связанные с распределенными микрокристаллитами вкраплениями алмазной фазы. Рис. 1.16 Резульаты исследований фазового состава методом ближнеполевой СВЧ микроскопии. На изоброжении слева распологается участок углеродосодержащего покрытия полученный при подаче напряжения на подложкодержатель равное +100В, а справа -100В а б Рис. 1.17 Резульаты исследований фазового состава методом ближнеполевой СВЧ микроскопии. а - участок углеродосодержащего покрытия полученный при подаче напряжения на подложкодержатель равное +100В, б -100В Рис. 1.18 Резульаты исследований фазового состава методом катодолюминесценци. На изоброжении слева распологается участок углеродосодержащего покрытия полученный при подаче напряжения на подложкодержатель равное +100В, а справа -100В а б Рис. 1.19 Резульаты исследований фазового состава методом катодолюминесценци. а - участок углеродосодержащего покрытия полученный при подаче напряжения на подложкодержатель равное +100В, б -100В

Похожие:

	Трансформация современного отечественного образования в контексте диалога культур россии и США Дм 212. 242. 12 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора культурологии при гоу впо «Саратовский государственный...		Мук «Культурный центр имени П. А. Столыпина» Саратовский государственный... ...
	Фгбоу впо «Марийский государственный университет» Факультет культуры и искусств Утверждаю Решение кафедры (№ протокола, дата заседания кафедры, фио, подпись зав кафедрой)		Программа (задача, мероприятие): Федеральная целевая программа развития... Ректор фгбоу впо “Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского”
	Методические указания Абакан 2011 удк 371. 388(69) о-64 Рецензент... О. Н. Хегай, канд техн наук, декан инженерно-технического факультета, зав кафедрой городского строительства и хозяйства гобу впо...		Положение о промежуточной аттестации студентов п 03. 10 2011 Российской Федерации об образовании, Уставом и локальными нормативными актами федерального государственного бюджетного образовательного...
	Саратовская областная организация профессионального союза работников народного Первичной профсоюзной организации работников гоу впо саратовский государственный университет		Положение об организации учебного процесса по заочной форме обучения... Министерства образования и науки Российской Федерации, Уставом, локальными нормативными актами федерального государственного бюджетного...
	Положение об организации учебного процесса по заочной форме обучения... Министерства образования и науки Российской Федерации, Уставом, локальными нормативными актами федерального государственного бюджетного...		Гоу впо «Санкт-Петербургский государственный университет сервиса... О подготовке научно-педагогических и научных кадров в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования...