Оптические, электрические и фотоэлектрические свойства нанокристаллического оксида индия (1104277)

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. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиФорш Екатерина АлександровнаОПТИЧЕСКИЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАНАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОКСИДА ИНДИЯ01.04.10 – Физика полупроводниковАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2013Работа выполнена на кафедре общей физики и молекулярной электроники физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор П.К. КашкаровОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор В.А. Кульбачинскийкандидат физико-математических наук,начальник лаборатории В.Л.

ЛясковскийВедущая организация:Федеральное государственное автономноеобразовательное учреждение высшегопрофессионального образования«Национальный исследовательскийуниверситет «МИЭТ»Защита состоится « 6 » июня 2013 года в 17.30 часов на заседании Диссертационногосовета Д 501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1 Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 35, конференцзал Центра коллективного пользования физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки МГУимени М.В.

Ломоносова (Ломоносовский пр., д. 27).Автореферат разослан « 25 » апреля 2013 года.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70доктор физико-математических наук,профессорГ.С. Плотников2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Оксид индия (In2O3) находит широкое применение всовременнойтехнике.Будучиоптическипрозрачнымширокозоннымполупроводником, In2O3 используется для производства компонент высокомощныхполупроводниковых приборов (тиристоров, варисторов), ультрафиолетовых фильтров,фотодетекторов, фотопреобразователей, оптоэлектронных устройств. В то же самоевремя In2O3 является чувствительным к содержанию в атмосфере таких газов, как NO,NO2, CO, CO2, O3, что делает его одним из основных материалов для создания сенсороврезистивного типа, детектирующих указанные газы.

В последнее время вниманиеисследователей в области сенсорики привлекают образцы нанокристаллическогооксида индия – материала, состоящего из зерен кристаллического In2O3 нанометровогоразмера. Дело в том, что уменьшая размер нанокристаллов, можно заметно увеличитьудельную поверхность образца, что приведет, в свою очередь, к увеличениючувствительности сенсора на основе In2O3. Поскольку сенсоры на основе In2O3являются приборами резистивного типа (т.е.

их сопротивление меняется в результатеадсорбции), то первоочередной вопрос для создания таких сенсоров с оптимальнымихарактеристиками состоит в выяснении механизмов переноса носителей заряда внанокристаллическом In2O3. Этот же вопрос является важным и в случае использованиянанокристаллического In2O3 при создании электронных и оптоэлектронных приборов.На данный момент большинство работ посвящено исследованию электрическоготранспорта в хорошо проводящем и прозрачном в видимой области спектра сложномоксиде на основе SnO2 и In2O3 (именуемом в литературе как ITO). Существуют такжеработы по механизмам проводимости в монокристаллическом и поликристаллическом(состоящем из кристаллов микронного размера) In2O3.

Однако переход в областьнанометровых размеров может существенным образом изменить как величинупроводимости, так и механизм переноса носителей заряда, за счет появления большогочисла локализованных поверхностных состояний и, возможно, проявления квантоворазмерных эффектов. В настоящее время не существует единой точки зрения намеханизмы переноса носителей заряда в нанокристаллическом In2O3. Кроме того, неустановлена корреляция между электрическими и структурными свойствами (размеромнанокристаллов, величиной площади удельной поверхности) нанокристаллическогоIn2O3.Как для практических приложений, так и для выяснения фундаментальныхзакономерностей необходимо изучить вопрос о влиянии адсорбции молекул на3электрофизические свойства образцов нанокристаллического In2O3 с различнымразмером нанокристаллов. На данный момент продолжается дискуссия о влиянииадсорбции молекул на транспорт носителей заряда в нанокристаллическом In2O3.

Такженепроведеносистематическихнанокристаллическогонанокристаллов.ВнанокристаллическоговIn2O3частности,In2O3исследованийусловияхнеткданныхмолекуламзависимостиадсорбциипоNO2молекулизменениюприпроводимостиотразмеровчувствительностиуменьшенииразмеровнанокристаллов до единиц нанометров.Одно из активно развивающихся сейчас направлений газовой сенсорики – этосозданиеполупроводниковыхгазовыхсенсоров,работающихвусловияхдополнительной подсветки. Важным для использования нанокристаллического In2O3 втаких приборах является вопрос о его оптических и фотоэлектрических свойствах.Исследование оптических и фотоэлектрических свойств нанокристаллического In2O3также ключевой вопроси в случае создания на его основе фотодетекторов,фотопреобразователей и иных оптоэлектронных устройств.

На данный моментпроцессы,определяющиеоптическиесвойстваифотопроводимостьнанокристаллического In2O3, однозначно не установлены.Цель настоящей диссертационной работы – проведение фундаментальныхисследованийэлектрических,оптическихифотоэлектрическихсвойствнанокристаллического оксида индия с различным размером нанокристаллов с цельюопределения механизмов генерации, переноса и рекомбинации носителей заряда ивыявления корреляции между структурными особенностями (размером нанокристаллови площадью удельной поверхности) нанокристаллического оксида индия и егоисследуемыми свойствами.Основные научные задачи работы:1.

Изучить электрические свойства нанокристаллического оксида индия с цельюопределения механизмов переноса носителей заряда и влияния на нихразмеров нанокристаллов.2. Исследовать влияние адсорбции молекул-окислителей (на примере диоксидаазота ) на проводимость оксида индия с различным размером нанокристаллови площадью удельной поверхности с целью выяснениямеханизмовпроводимости в условиях адсорбции и определения влияния размеровнанокристаллов и площади удельной поверхности на чувствительность к NO2.43. Исследовать оптические свойства нанокристаллического оксида индия с цельюопределения оптической ширины запрещенной зоны и выяснения природыэлектронных переходов при поглощении светового излучения.4.

Изучить фотоэлектрические свойства нанокристаллического оксида индия ивлияния на них размеров нанокристаллов с целью установления механизмов,определяющих фотоэлектрические особенности исследуемого материала.Объекты и методы исследования. Для решения поставленных задач в качествеобъектов исследования были выбраны нанокристаллические образцы оксида индия сразмером нанокристаллов от 7 до 20 нм. Эксперименты проводились с использованиемследующих методов: рентгеновской дифракции; просвечивающей микроскопии; адсорбционного определения удельной площади поверхности в рамкахмодели БЭТ; импеданс-спектроскопии; определения электрических свойств на постоянном токе; спектроскопии диффузного отражения; спектроскопии пропускания и отражения в ультрафиолетовом, видимом иинфракрасном диапазонах спектра; фотоэлектрической спектроскопии; измерения электропроводности при адсорбции NO2.Достоверность полученных результатов.

определяется применением наборасовременныхполученныхвзаимно-дополняющихэкспериментальныхэкспериментальныхданныхнаразличныхметодик,согласиемобразцах,атакжесопоставлением некоторых данных экспериментов с результатами работ другихавторов, выполненных на схожих образцах.Научная новизна.

В результате проведенных в диссертационной работеисследований получен ряд новых результатов по проводимости, фотопроводимости,оптическим свойствам и влиянию адсорбции активных молекул на проводимостьнанокристаллического In2O3:1. В области температур T=50÷300 K определены механизмы переноса носителейзаряда в образцах нанокристаллического In2O3 с размерами нанокристаллов от7 до 20 нм.2. Определен «оптимальный» размер нанокристаллов, при котором наблюдаетсямаксимальная чувствительность нанокристаллического In2O3 к диоксиду азота.53. Определенаоптическаяшириназапрещеннойзонывобразцахнанокристаллического оксида индия с размерами нанокристаллов от 7 до 20нм.4. Исследованаспектральнаязависимостьфотопроводимостиобразцовнанокристаллического оксида индия со средними размерами нанокристалловот 7 до 20 нм.

Обнаружено, что в области энергий падающего излученияh3,2 эВ (практически совпадающей для образцов с различным размеромнанокристаллов) наблюдается максимальное значение фотопроводимостинанокристаллического In2O3. В то же время установлено, что размернанокристаллов влияет на значение энергии падающего излучения, прикотором появляется фотопроводимость.5. Исследованывременныезависимостиспадафотопроводимостинанокристаллического оксида индия в воздухе, вакууме и аргоне. Обнаружено,что после выключения освещения наблюдается долговременной спадфотопроводимости (уменьшение фотопроводимости в e раз происходит завремя порядка нескольких часов и зависит от размера нанокристаллов иокружающей среды), описываемый растянутой экспонентой.6. Установлено,чтохарактерноевремяспадафотопроводимостинанокристаллического оксида индия уменьшается с уменьшением размерананокристаллов.

Предложена модель, объясняющая долговременной спадфотопроводимости.Основные положения, выносимые на защиту. В рамках проведенныхисследований получены следующие основные результаты, выносимые на защиту:1. В температурном интервале Тo<Т<300 К (Тo=200 K для образца со среднимразмером нанокристаллов 7 нм, Тo=170 K для образца со средним размеромнанокристаллов 12 нм и Тo=160 K для образца со средним размеромнанокристаллов 20 нм) перенос носителей заряда в нанокристаллическомоксиде индия происходит по делокализованным состояниям.2. Транспорт электронов при Т<Тo в нанокристаллическом оксиде индияосуществляетсязасчетпрыжковполокализованнымсостояниям,находящимся вблизи уровня Ферми.3. При адсорбции диоксида азота механизм переноса носителей заряда внанокристаллическом оксиде индия не изменяется, но наблюдается резкоеуменьшение величины проводимости In2O3.

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