Диссертация (1091554), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Былообнаружено, что окисленная кремниевая пластина (SiO2/Si), справляется сэтой ролью лучше, чем пластинка из слюды, благодаря высокому фазовомуконтрасту между кристаллитами ДПМ и подложкой [13]. Тем не менее,основным результатом процесса механической эксфолиации являются именномногослойные ДПМ.Недавно было показано, что, используя механическую эксфолиациюсплавов ДПМ (Mo1−xWxS2), возможно получить монослойный сплав сперестраиваемой шириной запрещенной зоны, управлять параметрамикоторой можно путем изменения состава сплава [137].Среди всех методов, механическая эксфолиация является самымпростым способом для получения счетного числа монослоёв с высокойстепенью однородности кристаллической решетки ДПМ.
Механическиэксфолиированные слои ДПМ оптимальны для изготовления на их основеустройств электроники [25,45], ультрачувствительных фотоприемников [46],фотогальванических устройств [47], газочувствительных зондов [35] и т.д.Химическая эксфолиацияХотямеханическаяэксфолиацияипозволяетгенерироватьвысококачественные одно- или несколько-слойные ДПМ.
В этом контексте,химическая эксфолиация представляет собой более привлекательный24альтернативный способ отслаивания монослоёв ДПМ. Однако этот метод неподходит для создания структур с большой площадью поверхности.В настоящее время существует два различных способа химическойэксфолиации ДПМ. Первый из них – жидкостная эксфолиация, второй –интеркаляция лития [48].В работе [49] предложен эффективный способ эксфолиации ДПМ,заключающийся в воздействии ультразвуковых волн на объёмный материал,находящейся в подходящем растворителе. Теоретические расчеты показали,что, если энергия поверхности используемого растворителя сопоставима сэнергией связи слоистых материалов, движущая сила для повторной агрегациирасслоенных листов может быть преодолена с образованием стабильныхсуспензий в растворителях [50].С помощью этого способа были получены такие моноатомныесоединения как MoS2, WS2, MoSe2, MoTe2, TaSe2, NbSe2, NiTe2, BN и Bi2Te3[49].
В качестве растворителя для получения нанолистов MoS2 и WS2используется n-метилпирролидон [49]. Этот метод, идеально подходит длядешевого производства нанолистов ДПМ большого размера.Интеркаляция раствора лития и воды также может быть использованадля разделения слоёв ДПМ. Так под руководством профессора Дайнса былуспешнопроведенсинтезразличныхпотолщинеслоёвДПМсиспользованием в качестве растворителя n-бутиллитий / гексана [51]. Хорошоизвестно, что литий вступает в реакцию с водой с бурным выделениемгазообразного водорода, что может быть использовано для разделения слоёвДПМ на несколько двухслойных или однослойных нанолистов придополнительном использовании ультразвуковой обработки (например [52]).Тем не менее, процесс интеркаляции лития в слои ДПМ занимает оченьмного времени (более 48 ч) и является плохо контролируемым [52].
Однако,из-за привлекательных физических и химических свойств и планарных25размеров нанолисты ДПМ, полученные с помощью химической эксфолиациимогут найти применение в различных областях, таких как получение водорода[53–55], детектирование биомолекул [56–58], фотоэлектрохимические ячейки[59,60], и т.д.Химическое осаждение из газовой фазыМетод химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) является оченьважным для синтеза различных неорганических наноматериалов (например,углеродные нанотрубки [61,62], графен [63,64], наноструктуры на основенитрида бора [65,66]).В ходе стандартного процесса ХОГФ для выращивания атомарно тонкихДПМ подложка (как правило пластина SiO2/Si или сапфир) покрываетсятонким слоем переходного металла или оксида металла (например, Mo, MoOx)спомощьювакуумногонапыления(например,электронно-лучевогонапыления). Затем под воздействием атмосферы халькогена (например,порошка серы [67,68]) при высокой температуре (около 750◦C [68]),происходит формирование тонкого слоя структуры ДПМ.Помимо электронно-лучевого осаждения переходных металлов или ихоксидов на подложку, некоторые другие химические прекурсоры, (например,(NH4)2MoS4 [69]), могут быть также испарены и затем сульфуризованы длясинтеза нанолистов ДПМ.
Более того, оксиды порошков переходных металлов(например, WO3, MoO3) также могут быть использованы в качестве твердыхпрекурсоров при участии паров серы.Очевидным преимуществом этого метода является то, что он не требуетиспользования дорогостоящего процесса электронно-лучевого напыления.Следует также отметить, что для инициирования роста атомарно тонких слоевДПМ, а не отдельных частиц, на подложке предварительно должныприсутствовать центры зародышеобразования.26Метод ХОГФ может быть использован для синтезирования планарных,а также вертикальных гетероструктур ДПМ с новыми электроннымисвойствами. В этом направлении было сделано много работ, целью которыхбыло определение свойств связи между отдельными слоями ДПМ вгетероструктурах. Эти гибридные материалы показывают большой потенциалдля применения в фотогальванических и оптоэлектронных приборах [70,71].Метод ХОГФ также может быть использован для синтеза нанолент ДПМ[72,73].1.2.
Ниобат лития как материал интегральной оптикиОсновнойзадачейинтегральнойоптикиявляетсяобъединениеволноводных устройств с различными функциональными возможностями наодной подложке и соединение их с помощью оптических направляющихканалов. Такие оптические схемы могут быть использованы для решенияширокого ряда задач в области оптических коммуникаций, приборостроенияи создания различных детекторов – также как электронные схемы формируютоснову интегральной электроники.Одним из материалов, являющимся оптимальным для создания такихинтегральных схем является ниобат лития (LiNbO3, НЛ). На его основесоздаются преобразователи оптических частот [10], высокоскоростныеоптические модуляторы для телекоммуникационных систем [11,12] и целыйряд других устройств.
Ниобат лития представляет собой синтетическийдиэлектрический материал с большими окнами прозрачности в видимой иближней инфракрасной области спектра. Он является пьезоэлектриком исегнетоэлектрикомиобладаетвысокимиэлектрооптическимиинелинейнооптическими коэффициентами. НЛ может быть использован длягенерации интенсивных локальных электрических полей с помощьюпьезоэлектрических или фотогальванических эффектов [74]. Благодаря27сочетанию электрооптических и фотогальванических эффектов данныйматериал является фоторефрактивным. При этом он не требует приложениякакого-либо внешнего поля, так что его можно удобно использовать дляголографической записи или фазовращающей оптики.С помощью стандартных методов обработки материалов (легирование,ионнаяимплантация,термодиффузия)возможноосуществлениеконтролируемого легирования, что еще больше расширяет диапазонвозможных применений.
Поэтому НЛ можно рассматривать как своего рода"строительную площадку" для интегральной оптики.Благодаря вышеупомянутым характеристикам и возможности получатькристаллы большого размера и высокого качества были разработанымногочисленные оптические устройства и их компоненты. На основеобъёмного материала были созданы модуляторы добротности, поверхностныеакустические фильтры, на основе волноводов - модуляторы и другиеинтегральные оптические схемы, на основе доменных структур - частотныепреобразователи и оптические параметрические усилители. В свою очередь,этоподтолкнулотехнологиипопроизводствукразработкевысококачественных, больших по размеру и низких по себестоимости пластинкристаллического НЛ.
Для выращивания таких кристаллов в основномиспользуют метод Чохральского.Существует большое количество данных, отражающих свойстваниобата лития, таких как физика сегнетоэлектрического домена, технологиисоздания интегральных оптических устройств и методик исследования егохарактеристик.Литература по этим вопросам свидетельствует о широком интересенаучного сообщества к этой теме. С другой стороны, есть несколько новыхаспектов свойств НЛ, на которые только недавно было обращено внимание.
В28частности, на роль микродоменных структур в определении оптическогоотклика материала.1.2.1. Применение ниобата лития в интегральной оптикеВ последние годы было разработано целое семейство волноводныхлазеров высокого качества, излучающих в диапазоне длин волн от 1530 до1603нм.
Исследовательские группы сообщали о создании лазеров типа ФабриПеро, лазеров с синхронизацией мод (5 пс / 10 ГГц), лазеров с модуляциейдобротности (4нс / 1 кГц / 1 кВт), лазеров с распределенным брэгговскимотражателем, устройств с само- удваивающейся частотой, а также кольцевыхи акустооптических перестраиваемых лазеров [75].Ниобат лития является перспективным материалом для лазернойинтегральной оптики. Основа для лазера может быть легко изготовлена вповерхностном слое подложки НЛ путем диффузии тонкого напыленного слояэрбия. При накачке лазера излучением с длиной волны 148нм, то можнополучить усиление 2Дб/см, который так же зависит от длины волны накачки.Дополнительноелегированиежелезомпозволяетсоздаватьголографические волноводные решетки отличного качества. В таких решеткахотражательнаяспособностьсоставляетболее95%,аспектральнаяполуширина менее 60пм, что позволяет разрабатывать на их основеинтегрируемые лазеры на распределённых брэгговских отражателях, лазеры сраспределенной обратной связью и комбинации устройств на их основе.Недавно были разработаны акусто-оптические перестраиваемые лазерыс диапазоном перестройки до 47 нм с центром 1550 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
