Физика и технология микро- и наносистем”
Скачать 1.42 Mb.
|
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»Для создания пористых материалов, структурированных на миро- или наноуровнях, применяют как современные нанотехнологии (например, золь-гель синтез), так и традиционные методы, такие как электрохимическое травление (ЭХТ). Одним из наиболее изученных пористых материалов, полученным электрохимическим анодированием, в настоящее время являются пористый оксид алюминия. В процессе ЭХТ при определённых технологических условиях возможно получить слой Al2O3 с самоупорядоченной структурой пор. Формирование пористого оксида происходит в водных растворах H2SO4, (COOH)2, H3PO4 и некоторых других органических и минеральных кислот. Гальваностатическое анодирование алюминия в кислотных электролитах может происходить с различными скоростями, эффективностью и стабильностью, зависящими в общем случае от природы электролита, его концентрации, температуры и плотности анодного тока, при этом будет формироваться пористый оксид алюминия с различным диаметром пор. Целью данной работы являлось исследование влияния параметров анодирования на свойства пористого алюминия и получение высокоупорядоченных слоев por-Al2O3. В зависимости от выбора состава электролита, в первую очередь от типа кислоты, в работе были получены слои por-Al2O3 с порами различного диаметра. Травление алюминия в серной кислоте проводилось при низком напряжении (~ 40 В), в щавелевой кислоте при среднем (~ 30…120 В) и в фосфорной кислоте при высоком (~ 80…200 В). Установлено, что температура в процессе анодирования должна быть меньше комнатной, чтобы избежать растворения формирующегося оксида кислотным электролитом и локального нагревания дна пор во время процесса анодирования. При слишком низкой температуре электролит может замерзнуть, так же в этом режиме замедляется формирование пор. Изменяя температуру, можно получить различную структуру слоев. Для охлаждения использовалась комбинация электрохимической ячейки с элементом Пельте. Скорость упорядочения в условиях «мягкого» анодирования оказывается обратно пропорциональной времени. В работе было доказано, что при подборе определенных технологических режимов анодирования, можно получать нужный размер оксидной ячейки от 5 нм до 400 нм. Показано, что, подбирая время анодирования, можно получить достаточно упорядоченную структуру por-Al2O3 без пробоя. Разработка модели транспорта распыленных частиц в плазменных системах при нанесении пленок Е.А. Петрова Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Диффузия заряженных частиц в слабоионизованной плазме определяется не только электрическим полем, но и градиентом макроскопических параметров плазмы. В работе рассматриваются теоретические модели процессов термализации и диффузии потоков распыленных частиц при ионно-плазменном распылении, которые допускают аналитическое решение и моделирование этих процессов статистическими методами. Используется подход, принятый в кинетической теории газов и основанный на разбиении траектории движения частиц на области столкновений и участки между столкновениями. При таком подходе в области столкновений не учитывается влияние внешних полей, а на участках между столкновениями – силы взаимодействия частиц. При рассмотрении кинетики движения заряженных частиц важны лишь результаты столкновений (асимптотика), т.е. изменение скоростей и состояний сталкивающихся частиц. Расчет проводится в изотермическом приближении. Кроме того, плазма принимается стационарной, а профиль концентрации распыляемых атомов в пространстве мишень-подложка – установившимся. Поэтому процесс диффузии рассматривается как осуществляющийся за счет установившегося градиента концентрации, а не за счет температуры. Исходя из значений энергий атомов, распыляемых с мишени, плазма условно разделяется на две зоны: зона термализации и зона диффузионного движения. В работе рассматривается аргоновая плазма в магнетронной распылительной системе при повышенном давлении (порядка 10 Па). Высокая степень пространственной неоднородности плазмы является следствием процессов самоорганизации, протекающих при таких условиях при большом числе степеней свободы. Этот факт применяется для формирования нанокластеров, которые, оседая на подложке, могут быть применены для формирования наноструктурных покрытий. Итогом работы является профиль распределения толщины напыляемой пленки по радиусу подложки, а также изменение этого профиля под воздействием различных технологических факторов. О ПЕРСПЕКТИВАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ, КАК СПОСОБА ОБНАРУЖЕНИЯ ФРАКТАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЛЕНОК А.А. Пономарева, В.А. Мошников Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» В последнее десятилетие большой интерес вызывает дизайн и получение функциональных материалов, используя золь-гель метод. Продукты золь-гель технологии находят все большее применение в современном мире, включая нанокомпозитные пленочные покрытия на основе диоксида олова. В данной работе золь-гель пленки составом 20 % SiO2-80 % SnO2 были выполнены на кварцевых подложках. Прекурсорами для первого образца (nr. 1) служили тетраэтоксисилан, двуводный хлорид олова и этиловый спирт в качестве растворителя, для второго (nr. 2) участвовали те же компоненты, только в качестве растворителя был взят н-бутанол. Оба образца исследовались с помощью спектрометра (Lamda 950, Perkin Elmer, USA) на пропускание и отражение оптического излучения с длинами волн в диапазоне 300 - 700 нм с шагом измерения 2 нм. По имеющимся данным был рассчитана дисперсия коэффициента поглощения (α), который вблизи основного края поглощения экспоненциально зависит от энергии падающего фотона и подчиняется эмпирическому отношению Урбаха. Это позволило рассчитать энергию Урбаха и параметр крутизны β. Также по графическим данным был оценен оптический энергетический зазор для полученных золь-гель пленок [1]. Все вычисленные параметры представлены в таблице:
В нашем случае энергия Урбаха убывает, с увеличением молярной массы органического растворителя, а оптическая ширина запрещенной зоны возрастает. Но дело не совсем в молярной массе, а в структурных особенностях использованных растворителей и особенности золь-гель процессов. Нужно отметить, что золь-гель процесс - это гидролиз и полимеризация, образование субнаночастиц и сборка их во фрактальные кластеры. Фрактальные образования при отжигах частично вымирают (эволюционируют) с образованием кристаллической нанофазы [2]. Структурные отличия растворителей приводят к различиям в кинетике процессов гидролиза, и, соответственно, к различной распределенной “несплошности” золей. В процессе термической обработки, когда будут сокращаться межатомные расстояния и образовываться нанокристаллы, и одновременно выдавливаться пустоты, эти различия повлияют на размеры образованных кристаллитов диоксида олова и размеры пор. Чем меньше размеры, тем больше значение оптической энергетической щели. Разброс по размерам - разброс по оптическим свойствам. С другой стороны, чем "пористей" (на субнаноуровне) - тем пористей и после отжига, тогда и пропускание будет эффективнее в образце с меньшим значением энергетической щели. Таким образом, можно сказать, что полученные результаты подтверждают фрактальный характер роста нанокластеров в золь-гель процессе, а данный диагностический метод позволяет количественно обнаружить различия между двумя подобными системами с различной историей гидролитического развития. 1. Y. Caglar, S. Ilican, and M. Caglar. Single-oscillator model and determination of optical constants of spray pyrolyzed amorphous SnO2 thin films, Eur. Phys. J. B 58, 251-256 pp. (2007) 2. Максимов А.И., Мошников В.А., Таиров Ю.М., Шилова О.А. Основы золь-гель технологии нанокомпозитов. Спб., изд-во «Элмор», 2007г., с.104 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУР МЕТОДОМ АНИЗОТРОПНОГО ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА Н.В. Порядина, В.Л. Берковиц, А.Б. Гордеева Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» За последние десятилетия в области полупроводниковой электроники произошел значительный научно-технический прогресс. Развитие технологии тонкопленочных структур позволило создать приборы, которые получили широкое распространение на рынке массового потребления: транзисторы, диоды, газовые датчики, солнечные элементы и др. В настоящей работе исследовались слои аморфных наночастиц кремния нанесенные методом лазерного электродиспергирования [1] и пленки фталоцианинов на подложках Si (001) и GaAs (001). Оптические свойства поверхностных структур изучались в диапазоне 1,5-5 эВ с помощью поверхностно-чувствительной методики анизотропного отражения (АО). В данной методике измеряется, как функция длины волны света, величина:  ,где Rα и Rβ - коэффициенты отражения нормально падающего на поверхность света, линейно поляризованного вдоль лежащих в плоскости поверхности ортогональных направлений α и β. Поскольку используемые подложки являются кристаллами с кубической симметрией, объем которых оптически изотропен, сигнал АО содержит только оптический отклик от тонкого анизотропного поверхностного слоя. Было обнаружено, что анизотропными свойствами обладают только слои наночастиц кремния, нанесенные на полярную подложку арсенида галлия. В спектрах АО в области энергий 1,5 - 5 эВ обнаружена линия, связанная с оптическим переходом в наночастицах. Исследовано положение этой спектральной линии в зависимости от толщины покрытия. Оптическая анизотропия для пленок фталоцианинов возникает вследствие поляризации оптических переходов в пленке. Полученные для таких образцов спектры АО определяются кристаллической структурой пленки, формой и составом ее молекул. По спектрам АО можно определить направление преимущественной ориентации оптических диполей или анизотропных зерен и оценить величину анизотропного расщепления энергетических уровней молекул. 1. Kozhevin,VM; Yavsin,DA; Kouznetsov,VM; Busov,VM; Mikushkin,VM; Nikonov,SY; Gurevich,SA; Kolobov,A. // (2000), J. Vac. Sci. Technol. B, v.18, 1402-1405. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО ФОСФИДА ГАЛЛИЯ А. Раку, О. Куликова, А. Симинел, С. Пышкин Институт прикладной физики, АН Молдовы Фосфид галлия без примесей обладает люминесецнтными характеристиками слабой интенсивности. Люминесценция эта приписывается зонным переходам (Egindir = 2,26 эВ, Egdir = 2,71 эВ (300 K). Легированием данного материала различными примесями были получены электролюминесцентные светодиоды, излучающие в видимом диапазоне: GaP:N (зеленное свечение), GaP:Zn(ZnO) (красное свечениe). Новые принципы формирования оптических сред для эффективного преобразования оптического излучения открывает наноструктурирование материалов. Наша работа посвящена исследованию излучательных свойств наноразмерного GaP. Для получения нанокристалов GaP были использованы 2 метода синтеза: гидротермальный и коллоидальный. При гидротермальном методе фосфид галлия получается из окисла галия Ga2O3, как источника галлия и красного фосфора P. Длительность синтеза 8 часов при температуре 150 – 300 °C. В сравнении с гидротермальным методом коллоидальный характеризуется низкой температурой получения кристаллов (≤ 100 °C) и сравнительно малым временем получения (до 5 часов). Нанокристаллы получались в несколько этапов: 1) P4(белый) + 12Na = 4Na3P; 2) Na3P (суспензия) + GaCl3 = GaP + 3NaCl. Микроструктура полученных образцов исследовалась методами комбинационного рассеяния света и просвечивающей электронной микроскопии (SEM). Размеры зерен нанокристаллов полученных гидротермальным методом составляют порядка 10 нм. Измеренния спектров фотолюминесценции (ФЛ) проводились при комнатной температуре в интервале 380 – 750 нм. Возбуждение осуществлялось N2 -лазером (λвоз.= 337 нм) и YAG:Nd - лазером (λвоз.= 532 нм). На рисунке приведены спектры ФЛ нанокристаллов GaР полученных гидротермальным методом.
Сравнение пиков ФЛ различных образцов показывает, что с уменьшением размеров нано частиц происходит сдвиг полосы фотолюминесценции в коротковолновую область спектра и увеличение интенсивности свечения. Форма спектров ФЛ, образцов полученных колоидальным методом имеет такую же структуру, однако интенсивность пиков возростает на порядок. Полученные результаты показывают перспективность использования этого метода для получения наноразмерного GaP. Данная работа поддерживается грантом УНТЦ (Проект № 4610) РЕНТГЕНОДИФРАКЦИОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ МИКРО- И НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ ФОРМ ПРИ МОДИФИКАЦИИ МОНТМОРИЛЛОНИТА ПОЛИ- И ПЕРФТОРИРОВАННЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Н.А. Рахимова, С.В. Кудашев Волгоградский государственный технический университет Полифторированные спирты-теломеры (ПФС) общей формулы H(CF2CF2)nCH2OH со степенью теломеризации n = 2 - 5, являются отходами производства 1,1,3-тригидроперфторпропанола-1, применяемого для обработки лазерных дисков, а также в микросистемной технике и нуждаются в утилизации. Одним из эффективных путей разработки новых типов материалов для приборов наноэлектроники и микросистемной техники является создание полимерных композитов, включающих неорганическую фазу. Для создания полимерных композитов на основе органоглин используют слоистые природные неорганические структуры, такие как Nа+-монтмориллонит (Nа+-ММТ). Размеры неорганических нанослоев составляют порядка несколько сотен нм в длину и 1 нм в ширину. Таким образом, соотношение линейных размеров частиц глин достаточно велико. Структурные характеристики образцов органофильных нанокомпозиционных форм Nа+-ММТ оценивали методами порошковой дифрактометрии (в геометриях Брэгга-Брентано «на отражение» и Дебая-Шеррера «на пропускание»), рентгеновского малоуглового рассеяния на синхротронном излучении. Установлено, что модификация Nа+-ММТ ПФС сопровождается их интеркаляцией (внедрением) в нанопространства Nа+-ММТ и образованием органо-минеральных наноструктур. Исходные высушенные полифтор-ММТ-композиты представляли собой тонкодисперсную фракцию в виде отдельных частиц диаметром ~ 50 - 100 нм (10 %), конгломератов с варьируемыми размерами < 10-3 мм (до 80 %) и крупных частиц в виде пластинок с размерами < 10-2 мм (10 %). Результаты рентгеновской дифрактометрии показали, что рефлекс в области углов 2θ = 7,61°, характеризующий степень упорядоченности в базальном пространстве между кремнекислородными слоями в исходном образце ММТ, после его обработки ПФС сместился в область меньших углов. Наличие вторых и третьих порядков отражения, а также частичного расщепления рефлексов на дифрактограммах ММТ-ПФС свидетельствует о формировании смешаннослойной наноструктуры, т.е. образовании кристаллитов с различными расстояниями между алюмосиликатными нанопластинами. Таким образом, поли- и перфторированные слоистые монтмориллонитовые органо-неорганические микро- и наноструктуры могут быть рекомендованы для создания полимерных нанокомпозитов в сфере твердотельной электроники, а также в качестве хемо- и биоустойчивых материалов. ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ НАНОСТРУКТУРНОЙ КЕРАМИКИ Zn2SiO4:Mn2+ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ М.В. Ронкин, С.В. Звонарев, В.С. Кортов ФГАОУ ВПО “Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина” Виллемит, допированный марганцем (Zn2SiO4:Mn2+), является хорошо известным люминофором. Благодаря высокой квантовой эффективности и химической стабильности он широко используется в качестве источника чистого зеленого излучения, в частности, в дисплеях. Высокая интенсивность люминесценции виллемита при рентгеновском облучении и возбуждении электронными пучками позволяет предположить, что он может использоваться в твердотельной дозиметрии ионизирующих излучений. Целью данной работы является исследование зависимости интенсивности термолюминесценции (ТЛ) наноструктурного виллемита от дозы облучения импульсными электронными пучками. Керамика виллемита с размером зерна 90 - 150 нм облучалась импульсным пучком ( = 2 нс) электронной пушки с энергией электронов 130 кэВ при варьировании дозы от 10 до 200 кГр. Затем с помощью фотоумножителя регистрировалась кривая ТЛ при линейном нагреве со скоростью 1,5 К/сек. С использованием компьютерной программы проводилось разложение кривой ТЛ на элементарные пики и расчет пораметров кинетики – энергии активации, порядка кинетики и частотного фактора. Обнаружено, что ТЛ кривая состоит из 4 пиков с максимами при 370, 450, 530 и 570 К. Результаты расчета показали, что энергия активации в температурном диапазоне указанных пиков изменяется от 1,03 эВ до 1,4 эВ. Частотный фактор имеет величину порядка 1013 с-1, которая является типичной для люминофоров в исследуемой температурной области. Установлено также, что порядок кинетики ТЛ близок к 2, что позволяет предположить, что ТЛ в виллемите обусловлена преимущественно рекомбинационными процессами. Наиболее интенсивной ТЛ характеризуется пик при температуре 570 K, величина которого линейно изменяется с ростом дозы облучения от 2 кГр до 50 кГр. При дальнейшем увеличении дозы наблюдается постепенное насыщение кривой зависимости интенсивности ТЛ от дозы. Таким образом, пик ТЛ при 570 К может являться основным дозиметрическим пиком при использовании наноструктурного виллемита для детектирования электронных пучков. ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Д. С. Самсонов |
Похожие:
 | Основная образовательная программа (ооп) магистратуры по направлению подготовки 03. 04. 02 «Физика» магистерская программа «Физика... | | ... |
| ... | | «Научно-производственное объединение «Физика» (далее также – «оао нпо «Физика» или «Общество») сообщает о том, что 21 декабря 2011... |
 | История, правоведение, обществознание, экономика, география, иностранный язык, литература, русский язык, химия, физика, математика,... | | Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... |
| Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... | | Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... |
| Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... | | Основная профессиональная образовательная программа высшего образования (опоп во) бакалавриата, реализуемая вузом по направлению... |