Влияние адсорбции молекул на электрофизические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе пористого кремния (1102502)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВА________________________________________________________________Физический факультетНа правах рукописиАНТРОПОВ ИЛЬЯ МИХАЙЛОВИЧВлияние адсорбции молекул на электрофизическиеи магнитные свойства нанокомпозитов на основепористого кремния.Специальность 01.04.10 - Физика полупроводниковАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2013Работа выполнена на кафедре общей физики и молекулярной электроникифизического факультета Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорКозлов Сергей НиколаевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессорКазанский Андрей Георгиевичдоктор физико-математических наук,профессорБелогорохов Александр ИвановичВедущая организация:ФГУП «НИФХИ им.

Л. Я. Карпова»Защита состоится «6»июня2013г. вчасов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.70 в Московском государственномуниверситете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва ГСП-1,Ленинские Горы, МГУ им. Ломоносова, ЦКП физического факультета,конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. А.М.Горького МГУ им. М.В. Ломоносова (Ломоносовский проспект, д.

27,фундаментальная библиотека).Автореферат разослан «29» апреля 2013г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70доктор физико-математических наук,профессор2Плотников Г.С.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.Актуальность темыБурное развитие микроэлектроники, начиная со второй половины ХХвека, повлекло за собой интенсивные исследования в области физикиполупроводников и физики поверхности твёрдого тела. В настоящее времямонокристаллический кремний (с-Si) является основным материаломмикроэлектронной технологии.

На базе кремния выпускаются различныеполупроводниковые приборы от дискретных диодов и транзисторов досверхсложных интегральных схем и микропроцессоров.Электронными свойствами кремния можно управлять с помощьюформирования на его основе наноструктур – пространственно разделённыхфрагментов кремния с размерами в несколько нанометров. Благодаря своимуникальным свойствам наноматериалы на основе кремния находят всёбольшее применение в различных областях науки и техники. Одним израспространенныхспособовформированиянаноструктурированногокремния является электрохимическое травление монокристаллическихподложек, приводящее к образованию пористого слоя на поверхности c-Si.При определенных режимах приготовления пористый кремний (ПК)представляет собой систему пересекающихся квантовых нитей кремния иотносительноизолированныхнанокристалловсхарактернымипоперечными размерами порядка нескольких нанометров. Актуальностьисследования слоев ПК определяется возможностью управления егофизическими свойствами в широких пределахпутем изменениямолекулярного окружения и адсорбционного покрытия поверхностисоставляющих его нанокристаллов.Действительно, важным свойством ПК является наличие чрезвычайноразвитой (до 1000 м2/г) и открытой для воздействия молекул окружающейсреды поверхности.

Поверхность ПК пассивирована, однако, остаётсяхимически активной, что является существенной особенностью ПК.3ПК является весьма перспективным материалом для создания на егооснове различных газовых сенсоров. Как упоминалось выше, наряду сбольшой внутренней поверхностью и высокой химической активностьюПК, можно, кроме того, отметить следующие преимущества этогоматериала. Во-первых, технология электрохимического травления с-Siпроста и хорошо отработана, поэтому можно существенно упростить иудешевить процесс изготовления газовых сенсоров на основе ПК.

Вовторых, сенсоры на основе ПК можно изготавливать на одной подложкевместе с управляющей микросхемой, что также упрощает процесс созданияконечного прибора. В-третьих, в некоторых работах [1-3] сообщается оболее низких рабочих температурах структур на основе ПК, по сравнению сметаллооксидными датчиками, при которых детектируются многие опасныегазы (различные углеводороды, водород, аммиак, диоксид азота, монооксидуглерода).Основными недостатками ПК при его использовании в газовом анализеявляются низкая селективность и деградация его свойств со временем(эффект старения) [4].

Селективность потенциальных датчиков на основеПК можно повысить, внедряя в пористый слой различные металлыкатализаторыилиснабжаядатчикиспециальнымимолекулярнымифильтрами.ПК может также использоваться, как твёрдотельная матрица длявнедрения различных веществ. Создаваемые таким образом нанокомпозитыпо своим свойствам могут существенно отличаться от первоначального ПК.Особенно актуальной, учитывая огромные возможности органическойхимии, представляется перспектива создания композитных материалов сиспользованием органических молекул. Создание на базе ПК такихматериалов,обладающихмагнитнымисвойствами,позволилобызначительно расширить возможности кремниевой микроэлектроники игазовой сенсорики.4Цели работыИзучение возможного повышения чувствительности к молекуламуглеводородов при внедрении в ПК нанокластеров никеля или кобальта.Определение механизма газовой чувствительности экспериментальныхструктур.

Исследование влияния адсорбции парамагнитных молекул намагнитные свойства ПК. Из этого вытекает следующий перечень основныхзадач диссертационной работы:1) Исследование влияния внедрённого в ПК металла-катализатора (Ni,Co) на чувствительность образцов к молекулам углеводородов.2) Комплексное изучение влияния адсорбции взрывоопасных газов(метана, бытового газа, водорода) на электрофизические свойстваэкспериментальных структур.3) Определениенижнейдетектируютсяграницытемператур,углеводородныепримолекулыкоторыхструктурамиМе/ПК-Ni(Co)/c-Si.4) ВыявлениемеханизмагазовойчувствительностиструктурМе/ПК-Ni(Co)/c-Si к углеводородам.5) Исследованиеспособностиэкспериментальныхструктуробнаруживать углеводороды на фоне атмосферного воздуха.6) Изучение влияния адсорбции органических парамагнитных молекулна магнитные свойства ПК, с целью формирования нанокомпозитногоматериала «ПК-кластеры органических молекул».Научная новизна работы1) Впервые установлено, что внедрение никеля и кобальта значительноповышаетчувствительностьгетероструктурнаосновеПКкуглеводородным молекулам.2) Показано, что гетероструктуры Ме/ПК-Ni(Co)/c-Si могут бытьиспользованы в качестве основы для датчиков таких взрывоопасныхгазов как: метан, бытовой газ, водород.5Установлено,3)чтотемпература,прикоторойпроисходитдетектирование метана и бытового газа структурами Ме/ПК-Ni/c-Siсущественно ниже, чем для обычно использующихся для этой целиметаллооксидных датчиков.Предложен4)механизмчувствительностиструктурМе/ПК-Ni(Co)/c-Si по отношению к молекулам углеводородов.Впервые5)обнаруженсуперпарамагнетизмприадсорбциипарамагнитных молекул парабензохинона на поверхности ПК прикомнатной температуре.

В перспективе это позволит использовать ПКв магнитной газовой сенсорике для детектирования парамагнитныхмолекул.Практическая ценность работыПолученные в настоящей работе результаты по влиянию адсорбцииразличных молекул, в первую очередь молекул взрывоопасных газов(метана,бытовогогаза,водорода)наэлектрофизическиесвойствананокомпозитов на основе ПК, могут быть использованы при разработкехимических сенсоров нового типа. Существенно, что рабочие температурытаких сенсоров значительно ниже, чем для обычно применяющихся дляобнаружения метана металлооксидных датчиков. Кроме того, результатыэкспериментов по влиянию адсорбции парамагнитных углеводородныхмолекул открывают новые области применения ПК, и предоставляютвозможность создавать на его основе магниточувствительные датчики.Положения, выносимые на защиту1)Обнаружено, что внесение никеля или кобальта в слой ПК приводитк увеличению чувствительности к молекулам углеводородов.2) Показано, что механизм влияния адсорбции углеводородных молекулна проводимость экспериментальных структур состоит в каталитическомразложении углеводородов на нанокластерах Ni или Со, приводящим кобразованию атомарного водорода.63)Установлено,чтоэкспериментальныеструктурыспособныобнаруживать метан на фоне атмосферного воздуха.4)Обнаружено, что адсорбция молекул парабензохинона (ПБХ) наповерхности ПК приводит к формированию нового нанокомпозитногоматериала, проявляющего свойства суперпарамагнетика.Апробация работыМатериалы, вошедшие в диссертацию, были представлены в видеустных и стендовых докладов на следующих конференциях и научныхшколах:III Высшие курсы стран СНГ для молодых учёных, аспирантов истудентов по современным методам исследований наносистем и материалов«СИН-НАНО 2010», Москва-Дубна, 2010; Международная конференция«Физика диэлектриков», «Диэлектрики-2011», Санкт-Петербург, 2011;XVIII, ХIX Международная конференция студентов и аспирантов пофундаментальным наукам «Ломоносов-2011», 2011, «Ломоносов-2012»,Москва, 2012; XIII Всероссийская молодежная конференция по физикеполупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, СанктПетербург, 2011; IX, Х Курчатовская молодежная научная школа, Москва,2011, 2012; Научная конференция «Ломоносовские чтения», Москва, 2011;ХIX Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярныхсистем», «Яльчик-2012», 2012.

По материалам диссертации опубликовано 9печатных работ.Личный вкладЛичный вклад автора заключается в проведении комплексногоисследования адсорбционных свойств нанокомпозитов на основе ПК,обработке, сопоставлении и анализе результатов измерений в рамкахсуществующих моделей,обсуждении экспериментальных результатов иподготовке публикаций.7Структура и объём диссертацииДиссертация состоит из введения, трех глав, включающих в себя: обзорлитературы;методикуматериаловиэксперимента,методоввкоторуюисследования;входятрезультатыописаниесобственныхэкспериментов и их обсуждение; выводов; списка цитируемой литературы.Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 3таблицы и 52 рисунка. Список цитируемой литературы состоит из 143наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы основные задачи и цели исследования, изложена научнаяновизна и практическая ценность полученных результатов.В первой главе приведён обзор известных из литературы данных потеме диссертационной работы.

Рассмотрены электрохимические процессы,происходящие на границе кремний/электролит при получении пористогослоя. Проанализированы условия формирования и факторы, влияющие напроцессобразованиятранспортныемикроструктурысвойстваПКипористогослоя. ОбсуждаютсягетероструктурМеталл/ПК/с-Si.Проанализирован большой объём накопленной ранее информации огазочувствительныхсвойствах структур на основе ПК. Кроме того,рассмотрены магнитные свойства ПК и нанокомпозитов на его основе.Вовторойглавеприведеноподробноеописаниеусловийформирования всех исследованных структур, даны основные параметрыэкспериментальныхобразцов.Рассмотреноустройствовакуумно-адсорбционной установки.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации