Диссертация (1091554), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Кроме того, для диагностики объёмных свойств доменныхструктур методика селективного химического травления может бытьиспользована только в комбинации с другими методиками, например, сзондовой микроскопией, определяющей топографию выявленных доменов.Эффективностьнелинейно-оптическойхарактеризациидоменнойструктуры сегнетоэлектриков хорошо известна: параметры генерации второйгармоники (ГВГ) чувствительны к распределению поляризационногосостояния сегнетоэлектриков, поэтому нелинейно-оптическая микроскопияпозволяет выявить латеральное распределение доменных структур. Однакополучение информации об объёмном распределении доменов и ихгеометрическихпараметрахспомощьюданнойметодикиявляетсянетривиальной задачей и требует теоретической и экспериментальнойпроработки.При исследовании методом ГВГ как двумерных полупроводников наподложках, так и доменов, встроенных в кристалл, возникают задачи ораспространении волн в случае жесткой фокусировки, а также о многолучевойинтерференции.
Неучет этих эффектов может привести к невернойинтерпретации экспериментальных данных, особенно при выявленииструктурных особенностей исследуемых материалов.Цель работы – исследование оптических характеристик двумерныхполупроводников нового типа (дихалькогенидов переходных металлов) ипериодических доменных структур ниобата лития, а также разработка6научных основ комплексной оптической методики характеризации этихматериалов и нано- и опто-электронных устройств на их основе.Согласно этой цели, были сформированы следующие конкретныезадачи:Исследование нелинейно-оптических свойств слоистых кристаллитовДПМ для создания и отработки методик их неразрушающей диагностики.o Исследование возможности применения нелинейно-оптическойконфокальной микроскопии для обнаружения дефектов в 2Dструктурах ДПМ.o Экспериментальноеитеоретическоеисследованиевкладаинтерференционных механизмов типа Фабри-Перо в процессгенерации второй оптической гармоники в структурах ДПМ наподложке SiO2/Si.o Созданиеалгоритмамногоэтапнойметодикиоптическогонеразрушающего контроля кристаллитов ДПМ.Разработкафизическихосновсозданиявысокочувствительногофотодетектора на основе монослоя MoS2:o Отработка методики получения монослойных структур MoS2.o Разработка дизайна и создание экспериментального образцаустройства.o Исследование характеристик созданного устройства и сравнение егопараметров с современными детекторами на основе слоистыхматериалов.Исследование влияния параметров электронно-лучевого экспонированияна нелинейно-оптические свойства доменных структур ниобата лития.7Разработкаоптическойметодикинеразрушающегоконтролягеометрических параметров доменных структур ниобата лития.
Разработкамодели для расчёта влияния объёмных свойств доменных структур намощность второй оптической гармоники.Методы исследования, достоверность и обоснованностьПри исследовании нелинейно-оптических и люминесцентных свойствдвумерных дихалькогенидов переходных металлов были использованыметодикинелинейно-оптическойилюминесцентнойконфокальноймикроскопии.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.Результатыивыводыдиссертационнойработысогласуютсясэкспериментальными и теоретическими данными, полученными ведущимизарубежными и российскими научными группами.
Экспериментальныеисследования проводились на современном высокоточном оборудовании. Дляуменьшения влияния случайных и статистических погрешностей была8проведена автоматизация экспериментальной установки, что обеспечиловоспроизводимость результатов при многократных (повторных) измерениях.Результатыпроведенныхмеждународныхисследованийконференцияхибылиопубликованыпредставленывроссийскихнаимеждународных рецензируемых журналах, в том числе входящих в базыданных Web of Science и Scopus.Апробация работыРезультаты работы прошли апробацию на следующих международныхконференциях:Международная"Фундаментальныепроблемынаучно-практическаярадиоэлектронногоконференцияприборостроения"(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 имолодыхучёных «Ломоносов» 2015, 2016, Россия; Международнаямолодежнаяконференциянаучно-техническаяФизикА.СПб/2015,конференцияЭлектроникаРоссия;–Международная2015,Россия;ХХМеждународный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», 2015, Россия;Научная 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), учет9которых может быть эффективно использован при отборе структур длясоздания оптоэлектронного устройства.2.Разработанаинтенсивноститеоретическаяоптическогоизлучениямодельдлярасчетаусиленияс учетом интерференционныхэффектов в структуре ДПМ на подложке SiO2/Si, использование которойувеличиваетнадежностьдиагностикиструктурДПМ,вчастности,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 фоторезистора 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 объёмных параметров доменныхструктур ниобата лития.Практическая значимостьПрактическая значимость представленной работы состоит в развитииоптических неразрушающих методик для контроля свойств перспективныхнано- и микро-материалов, а также в развитии методов диагностики объёмных10параметров 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 проектовМинистерстваобразованияинаукиРФ,втомчислеврамкахгосударственного задания вузу за 2014-2016 гг, постановления ПравительстваРФ р-220 и Российского научного фонда.Кроме того, результаты диссертационной работы использовались накафедренаноэлектроникиМИРЭАприпрохождениистудентамипроизводственной 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.113. Обоснование влияния политипизма на мощность генерации второйоптическойгармоникидвумерныхдихалькогенидовпереходныхметаллов. Максимальная интенсивность второй оптической гармоникисоответствует нецентросимметричному кристаллиту 3R политипа,минимальная – центросимметричному кристаллиту 2H политипа.Максимальное значение нелинейной восприимчивости исследуемых 3Rкристаллитов составляет χ = (1400 ±80) пм/В.4.
Методикавыбораоптическихмонослойныхизмерений.микрокристаллитовЭкспериментальныйнаосновефоторезистор,изготовленный на основе монослойного MoS2. Созданное устройствообладает высокой оптической чувствительностью, равной 1,3мА/Вт.5. Результаты исследования оптических свойств доменных структурниобаталития,полученныеспомощьюнелинейно-оптическоймикроскопии, и найденные параметры электронного пучка оптимальныедля создания этих структур: ускоряющее напряжение = 15кВ и дозаоблучения = 4000А × с/мкм2 .Оценказначениянелинейнойвосприимчивости исследуемых доменных структур ниобата лития: χ=300 ±30 пм/В.6.
Теоретическая модель, объясняющая обнаруженный периодическийхарактерпространственногораспределенияинтенсивностиВГ,генерируемой в доменных структурах ниобата лития. Полученная наоснове модели методика 3D картирования доменных структур, а такжеформа доменов при точечном экспонировании электронным пучком:клин с углом при вершине в пределах 1-2‘ (при ускоряющем напряжении = 15кВ).Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования,созданииэкспериментальнойустановкиконфокальноймикроскопии,12использующей 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.13ГЛАВА 1. НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОПТИКИ ИНАНОЭЛЕКТРОНИКИ1.1. Слоистыедвумерныематериалыдляустройствмикро-инаноэлектроникиОткрытие графена послужило толчком к возникновению большогоинтереса к слоистым материалам. При понижении размерности такиематериалы приобретают новые свойства, значительно отличающиеся от ихтрёхмерных аналогов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
