Оптические, электрические и фотоэлектрические свойства нанокристаллического оксида индия, страница 2

При этом чувствительность(отношение проводимости образца до адсорбции к проводимости образца6послеадсорбции)нанокристаллическогооксидаиндияизменяетсянемонотонным образом в зависимости от размера нанокристаллов. Такаянемонотонность может быть объяснена зависимостью чувствителности In2O3от площади удельной поверхности образца и начальной (до адсорбции)концентрации свободных электронов в нем.4. Оптическая ширина запрещенной зоны нанокристаллического оксида индия сразмером нанокристаллов от 7 до 20 нм равна 2.8±0.1 эВ.

Коэффициентпоглощения отличен от нуля и в области энергий квантов меньших ширинызапрещенной зоны. Это может свидетельствовать о наличии локализованныхсостояний в запрещенной зоне нанокристаллического In2O3.5. Спектральная зависимость фотопроводимости нанокристаллического оксидаиндия с размером нанокристаллов от 7 до 20 нм имеет максимум в районеh3,2 эВ. Наблюдаемый рост фотопроводимости при увеличении энергиикванта в области 2,8 эВ<h<3,2 эВ может быть связан с увеличениемоптическогопоглощениявблизикраяпоглощения.Уменьшениефотопроводимости с ростом энергии кванта в области h>3,2 эВ можетобъясняться растущей ролью поверхностной рекомбинации.6.

Образец, обладающий минимальным размером нанокристаллов (7 – 8 нм)являетсяфоточувствительнымкзеленомусвету(фотопроводимостьзарегистрирована, начиная с энергии квантов 2.25 эВ), что может бытьобъяснено генерацией электронов с локализованных уровней, находящихся взапрещенной зоне.7. Релаксация фотопроводимости нанокристаллического оксида индия послевыключения освещения описывается растянутой экспонентой. Наблюдаемаякинетикаспадафотопроводимостиможетбытьописанамоделью,учитывающей зависимость от времени коэффициента диффузии атомовкислорода.Практическая ценность данной работы. Полученные в работе результатыпредставляют несомненный интерес с точки зрения установления фундаментальныхзакономерностей электронного переноса в ансамблях связанных нанокристаллов.Данные о проводимости, фотопроводимости, оптическом поглощении и отражениинанокристаллического оксида индия могут быть использованы при созданиифотоэлектронных устройств на основе In2O3.

Результаты по влиянию адсорбции NO2 наэлектрические свойства пленок оксида индия могут быть полезны для производствасенсора резистивного типа на диоксид азота. Данные о фотопроводимости и адсорбции7NO2 также могут быть применены для разработки полупроводникового газовогосенсора, работающего при комнатной температуре в режиме оптической подсветки.Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались иобсуждались на следующих научных конференциях: «II Международный форум понанотехнологиям Rusnanotech - 2009», Москва, 2009; XI и XIII МеждународныхНаучно-Практических Конференциях «Современные информационные и электронныетехнологии», Одесса, Украина, 2010, 2012; 5th and 6th International Conference OnMaterials Science and Condensed Matter Physics, Chisinau, Moldova, 2010, 2012; XVII иXIX Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых пофундаментальным наукам «Ломоносов», Москва, 2010, 2012; VII Международнойконференции«Аморфныеимикрокристаллическиеполупроводники»,Санкт-Петербург, 2012; V Всероссийской школы – семинара студентов, аспирантов имолодых ученых по направлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур»,Рязань, 2012; 10 Курчатовской молодежной научной школы, Москва, 2012; 14Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 2012.Публикации.

По результатам диссертационной работы опубликовано 15 работ (4статьи в рецензируемых научных журналах и 11 публикаций в сборниках тезисовдокладов и трудов международных и российских конференций).Личный вклад автора. В основу диссертации легли результаты исследований,проведенные автором в период 2009 – 2013 годов на кафедре общей физики имолекулярной электроники физического факультета МГУ имени М.В.

Ломоносова.Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в проведении всехописанных в диссертационной работе экспериментов, обработке и анализе полученныхрезультатов.Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёхглав, заключения, списка сокращений и условных обозначений и списка цитируемойлитературы. Объём работы составляет 115 страниц, включая 63 рисунка и 10 таблиц.Библиография содержит 119 наименований.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введениидано обоснование актуальности темыдиссертации иеёпрактической значимости, а также сформулированы цели работы, её научная новизна иприведены положения, выносимые на защиту.8В первой главе представлен обзор теоретических и экспериментальных работ,посвященных изучению структурных, оптических, электрических и фотоэлектрическихсвойств оксида индия, а также изучению влияния адсорбции газов-окислителей наэлектрические свойства оксида индия.

В разделе 1.1 приведены литературные данные оспособах получения и структуре нанокристаллического In2O3. Проведен сравнительныйанализ различных методов получения In2O3, в том числе рассмотрено влияние методаполучения на структуру In2O3. Отмечено, что среди большого перечня методов синтезаоксида индия, золь-гель метод является вполне подходящим методом для получениянанокристаллическогоIn2O3,позволяющимконтролируемоменятьразмернанокристаллов в широких пределах (в частности получать нанокристаллы с размером,меньшим 10 нм).В разделе 1.2 приведен обзор литературных данных о зонной структуре оксидаиндия. Рассмотрены работы, в которых сообщается о том, что монокристаллическийоксид индия является непрямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны2,89 эВ.

В то же время авторы других работ утверждают, что In2O3 – это прямозонныйполупроводник с шириной запрещенной зоны 2,89 эВ, однако прямые оптическиепереходы между валентной зоной и зоной проводимости запрещены правилами отбора.Поэтому в оптических спектрах наблюдаются только переходы с энергиями h>3,7 эВ,соответствующие переходам из нижележащей валентной зоны в зону проводимости.Отмечается, что работы, посвященные определению оптической ширины запрещеннойзоны поликристаллического и нанокристаллического In2O3 практически отсутствуют.В разделе 1.3 литературного обзора приведены данные работ, посвященныхпроводимости монокристаллического, поликристаллического и нанокристаллическогоIn2O3. Отмечено, что электрические свойства оксида индия сильно зависят от методаприготовления образцов, от парциального давления кислорода во время синтеза, оттемпературы отжига и толщины плёнки.

Имеются также сведения об уменьшениипроводимости поликристаллического In2O3 при уменьшении размера кристаллов.Приведен обзор работ, посвященных изучению влияния поверхности нанокристалловна транспорт носителей заряда в поликристаллическом оксиде индия. Отмечено, чтоавторы представленных в литературном обзоре работ расходятся во мнении о ролиповерхностных состояний на границах нанокристаллов в переносе электронов. Авторыодних работ утверждают, что подвижность электронов в In2O3 определяется толькорассеяниемнанейтральныхиионизованныхпримесях,аненаграницахнанокристаллов. В то же самое время, авторы других работ пришли к выводу, чтограницы нанокристаллов играют основную роль в переносе носителей заряда. В9литературном обзоре отмечено, что возможно, это связано с тем, что влияние размерананокристаллов на перенос носителей заряда в In2O3 до сих пор не изучено.

Также вэтой части литературного обзора отмечено, что на данный момент в литературеотсутствуюткакие-либоиныеданныеомеханизмахпроводимостивнанокристаллическом оксиде индия.Раздел 1.4 литературного обзора посвящен анализу работ, в которых рассмотреныфотоэлектрические свойства поликристаллического, мезопористого и аморфногооксида индия. В частности, отмечено, что при отключении ультрафиолетового света вобразцахIn2O3наблюдаетсяостаточнаяфотопроводимость(проводимостьневозвращается к своему первоначальному темновому значению в течение долгоговремени (нескольких суток)). Есть указания на то, что такой долговременной спадфотопроводимости может быть связан с проникновением кислорода вглубь пленки.Такжеприведеныданныепофотоиндуцированнойпроводимостивполикристаллическом диоксиде олова (материале, родственном по физико-химическимсвойствам, оксиду индия), где наблюдаемый долговременной спад фотопроводимостиобъясняется десорбцией кислорода с поверхности кристаллов.

В литературном обзореотмечено, что аналогичный механизм фотоиндуцированного изменения проводимостиможет иметь место и в нанокристаллическом оксиде индия. Однако каких-либо данныхоб изучении такого механизма фотоиндуцированного изменения проводимости внанокристаллическом In₂O₃ в литературе не представлено. Кроме того, на данныймомент в литературе отсутствуют данные по влиянию состава атмосферы нафотоэлектрические свойства нанокристаллического оксида индия.В разделе 1.5 литературного обзора данной работы представлены имеющиеся наданный момент в литературе результаты исследований по влиянию на электрическиесвойства поли – и нанокристаллического оксида индия адсорбции молекул-окислителей(NO2, NO, N2O, O3, CO, CO2).