Автореферат (1091553), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработкамодели, учитывающей интерференционные эффекты, для расчёта 3Dгеометрии доменных структур на основе микроскопии второй гармоники.5Методы исследования, достоверность и обоснованностьПри исследовании нелинейно-оптических и люминесцентных свойствдвумерных дихалькогенидов переходных металлов были использованыметодики нелинейно-оптической и люминесцентной конфокальноймикроскопии.При определении коэффициентов отражения и линейных оптическихконстант двумерных дихалькогенидов переходных металлов был использованметод конфокальной микроскопии.Дляопределениятопографическихпараметровдвумерныхдихалькогенидов переходных металлов применялись стандартные методикиатомно-силовой микроскопии.При исследовании нелинейно-оптических свойств доменных структурниобата лития был использован метод конфокальной микроскопии второйгармоники.Обоснованностьидостоверностьрезультатовопределяетсякорреляцией полученных экспериментальных и теоретических данных.Результаты и выводы диссертационной работы согласуются сэкспериментальными и теоретическими данными, полученными ведущимизарубежными и российскими научными группами.
Экспериментальныеисследования проводились на современном высокоточном оборудовании. Дляуменьшения влияния случайных и статистических погрешностей былапроведена автоматизация экспериментальной установки, что обеспечиловоспроизводимость результатов при многократных (повторных) измерениях.Результатыпроведенныхисследованийбылипредставленынамеждународных конференциях и опубликованы в российских имеждународных рецензируемых журналах, в том числе входящих в базыданных Web of Science и Scopus.Апробация работыРезультаты работы прошли апробацию на следующих международныхконференциях:Международнаянаучно-практическаяконференция"Фундаментальныепроблемырадиоэлектронногоприборостроения"(INTERMATIC), 2014, 2015, Россия; Международная конференция по физикематериалов и физике конденсированного состояния (MSCMP) 2014, 2016,Молдова; Международная конференция по функциональным материалам(ICFM) 2011, Украина; Научно-техническая конференция МИРЭА 2014, 2015,2016, Россия; Международная научная конференция студентов, аспирантов имолодых учёных «Ломоносов» 2015, 2016, Россия; Международнаямолодежная конференция ФизикА.СПб/2015, Россия; Международнаянаучно-техническая конференция Электроника – 2015, Россия; ХХМеждународный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», 2015, Россия;6Научная новизна1.
Методом конфокальной нелинейно-оптической микроскопии вдвумерных слоях дихалькогенидов переходных металлов обнаружены новыеэффекты (краевые эффекты при генерации второй гармоники и возможностьгенерации второй гармоники в структурах с четным числом слоев), учеткоторых может быть эффективно использован при отборе структур длясоздания оптоэлектронного устройства.2. Разработана теоретическая модель для расчета усиленияинтенсивности оптического излучения с учетом интерференционныхэффектов в структуре ДПМ на подложке SiO2/Si, использование которойувеличивает надежность диагностики структур ДПМ, в частности,определения толщины, методом генерации второй оптической гармоники.3. Разработана методика эффективной недеструктивной диагностикиполитипизма в двумерных слоях ДПМ, использование которой увеличиваетнадежность диагностики структур ДПМ, в частности, определения толщины,методом генерации второй оптической гармоники.4. Создан экспериментальный образец фотодетектора на основеоднослойного MoS2, обладающего высокой эффективностью при малыхзначениях приложенного напряжения.
Выбор структуры для созданияустройства осуществлялся на основе результатов, полученных с помощьюразработанных методик. Для осуществления электронно-лучевой литографииразработан программный пакет обеспечивший позиционирование выбранногообразца на различных устройствах (оптический микроскоп, литограф) сточностью 1 мкм.5. Выполнено теоретическое обоснование и разработана методикаэффективной недеструктивной диагностики 3D геометрии доменных структурниобата лития.Практическая значимостьПрактическая значимость представленной работы состоит в развитииоптических неразрушающих методик для контроля свойств перспективныхнано- и микро-материалов, а также в развитии методов диагностики объёмныхпараметров доменных структур сегнетоэлектриков.
Разработаны физическиепринципы создания и изготовлен экспериментальный образец фотодетектора,в котором в качестве основного функционального элемента использованмонослой MoS2.Внедрение результатов работ и рекомендации по их использованию.Результаты работы были использованы при выполнении проектовМинистерства образования и науки РФ, в том числе в рамкахгосударственного задания вузу за 2014-2016 гг, постановления ПравительстваРФ р-220 и Российского научного фонда.7Кроме того, результаты диссертационной работы использовались накафедре наноэлектроники МИРЭА при прохождении студентамипроизводственной практики.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Обоснование наличия краевых эффектов в сигнале второй оптическойгармоники. По аналогии с нелинейно-оптическими эффектами вобъёмных полупроводниках (кремний) сделано предположение, чтоэффект усиления яркости ВГ на краях слоистых кристаллитов возникаетвследствие искривления зон, обусловленного оборванными связями иформированием дефектов.2. Теоретическая модель, позволяющая провести оценку интенсивностисигнала второй оптической гармоники, генерируемой в двумерныхполупроводниковых дихалькогенидах переходных металлов с учетомэффектов интерференции в структуре MoS2/SiO2/Si. Для эффективногоусиления сигнала второй оптической гармоники толщина SiO2 итолщина слоя ДПМ должны составлять 100нм и 20нм соответственно.3. Обоснование влияния политипизма на мощность генерации второйоптической гармоники двумерных дихалькогенидов переходныхметаллов. Максимальная интенсивность второй оптической гармоникисоответствует нецентросимметричному кристаллиту 3R политипа,минимальная – центросимметричному кристаллиту 2H политипа.Максимальное значение нелинейной восприимчивости исследуемых 3Rкристаллитов составляет=χ 1400 ± 80пм / В .4.
Методика выбора монослойных микрокристаллитов на основеоптическихизмерений.Экспериментальныйфоторезистор,изготовленный на основе монослойного MoS2. Созданное устройствообладает высокой оптической чувствительностью, равной 1,3 мА / Вт .5. Результаты исследования оптических свойств доменных структурниобата лития, полученные с помощью нелинейно-оптическоймикроскопии, и найденные параметры электронного пучка оптимальныедля создания этих структур: ускоряющее напряжение U = 15кВ и дозаоблучения=D 4000 А × с / мкм 2 .
Оценка значения нелинейнойвосприимчивости исследуемых доменных структур ниобата лития:=χ 300 ± 30пм / В .6. Теоретическая модель, объясняющая обнаруженный периодическийхарактер пространственного распределения интенсивности ВГ,генерируемой в доменных структурах ниобата лития. Полученная наоснове модели методика 3D картирования доменных структур, а такжеформа доменов при точечном экспонировании электронным пучком:8клин с углом при вершине в пределах 1 − 2' (при ускоряющемнапряжении U = 15кВ ).Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования,создании экспериментальной установки конфокальной микроскопии,использующей несколько видов оптических процессов (отражение ипропускание, фотолюминесценция, генерация второй гармоники), создании иисследованииэкспериментальныхобразцовмонослоевДПМ,экспериментальное исследование образцов доменных структур ниобата лития,разработке технологии создания образца фотоприемника на монослое ДПМ,включая программное обеспечение, разработке теоретических моделей,обработке и анализе основных результатов.Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в 11статьях в рецензируемых отечественных и международных научныхжурналах.Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения и списка использованных источников, включающего 179наименований. Объем диссертации составляет 150 страниц текста, включая 46иллюстраций и 3 таблицы.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо Введении описывается актуальность диссертационной работы,формируются цели и задачи работы, отмечается научная новизна ипрактическая значимость, приводятся выносимые на защиту положения.Глава 1.
Первая глава представляет обзор научных публикаций пообщей теме «Новые материалы для интегральной оптики инаноэлектроники». В этой главе диссертационной работы показано, чтосамым перспективным и доступным ДПМ для задач микро- иоптоэлектроники является MoS2.Хотя монослои MoS2 могут быть получены методом химическогоосаждения из газовой фазы или с помощью методики химическойэксфолиации, качество «кристаллитов», представляющих собой монослоиДПМ, полученных методом эксфолиации, остается более высоким.
Какупоминалось выше, монослои MoS2 являются наиболее изученными, однакоцелый ряд проблем остаётся неисследованным. Среди них – влияниеполитипизма на эффективность генерации второй гармоники (ВГ),особенностей краевых эффектов в генерации ВГ и процессы усиления сигналаВГ в интерфейсе подложка-ДПМ.На основе ряда работ обобщены принципы создания упорядоченныхмикродоменных структур в кристаллах ниобата лития. Показано, что длясоздания упорядоченных микродоменных структур с заданной геометрией9самым распространенным и перспективным методом является методоблучения электронным пучком.
Представлены приборы и устройстваинтегральной оптики, использующие в своей основе ниобат лития. Описаныосновные методики исследования объёмных свойств доменных структурниобата лития. На основании проведенного аналитического обзорасформулированы основные цели и задачи работы.Глава 2 «Методы исследования». В этой главе описаныэкспериментальные и теоретические методики, использованные вдиссертационной работе. Показаны основные принципы работы такихметодик как атомно-силовая микроскопия (АСМ), конфокальнаямикроскопия, генерация второй оптической гармоники. Приведено описаниеэкспериментальной установки. Приведены параметры основных модулей,входящих в её состав.Глава 3 «Экспериментальные и теоретические исследованиядвумерных полупроводниковых структур халкогенидов переходныхметаллов». В начале данной главы описывается процесс созданиямонослойных дихалькогенидов переходных металлов, используемый в даннойработе.Приведены результаты исследования краевых эффектов в генерациивторой оптической гармоники в наноразмерных объемных кристаллах 3RMoS2:Сl2 и 2H-WS2:Br2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
