Автореферат (1150479)

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

Текст из файла

Санкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиВилков Олег ЮрьевичЭлектронная структура нанокомпозитныхматериалов на основе графена01.04.07 – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург – 2015Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:Шикин Александр Михайлович,доктор физико-математических наук, профессор,ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государствен­ный университет», профессор кафедры электрони­ки твёрдого тела.Официальные оппоненты:Галль Николай Ростиславович,доктор физико-математических наук, профес­сор, ФГБУН «Физико-технический институтим.

А.Ф. Иоффе» РАН, г. Санкт-Петербург, заведу­ющий лабораторией.Ельцов Константин Николаевич,доктор физико-математических наук, ФГБУН«Институт общей физики им. А.М. Прохорова»РАН, г. Москва, заведующий отделом.Ведущая организация:ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого».»2016 г. вчасов на заседанииЗащита состоится «диссертационного совета Д 212.232.33 по защите диссертаций на соискание учёнойстепени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук при Санкт­Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петер­бург, ул.

Ульяновская, д. 1, малый конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034, Санкт­Петербург, Университетская наб., д. 7/9. Диссертация и автореферат диссертацииразмещены на сайте www.spbu.ru.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печа­тью, просьба высылать по адресу: 198504, Санкт-Петербург, ул.

Ульяновская, д. 1,на имя учёного секретаря диссертационного совета Д 212.232.33 Поляничко А.М.Автореферат разослан «»Учёный секретарь диссертационного совета,кандидат физ.-мат. наук, доцент2016 г.А.М. Поляничко3Общая характеристика работыАктуальность работы. Уникальные свойства графена, истинно двумер­ного кристалла углерода, вызывают неугасающий интерес как к изучению гра­фена самого по себе, так и к созданию материалов на его основе, практическоеприменение которым найдётся во многих областях: в качестве высокоскоростныхи радиочастотных логических элементов, прочных тепло- и электропроводящихматериалов, фотокатализаторов, прозрачных электродов для жидкокристалличе­ских дисплеев, солнечных батарей и др.

Так, электронные состояния валентнойзоны графена обладают линейной дисперсией вблизи уровня Ферми, благодарячему носители заряда в графене проявляют высокую подвижность уже при ком­натной температуре. В связи с этим, элементы, построенные на основе графена,такие как, например, транзисторы, должны обеспечивать малое время отклика.Однако, будучи бесщелевым полупроводником, графен обладает нулевой запре­щенной зоной, из-за чего надёжная отсечка транзистора невозможна. Кроме того,для создания p-n переходов необходимо уметь управлять типом и концентрациейносителей заряда в графене.Эффективным подходом к управлению физико-химическими свойствами гра­фена является его функционализация, наиболее интересные примеры которой —ковалентное присоединение атомарного водорода, кислорода и фтора, функцио­нализация графена органическими молекулами (пентацен, фталоцианины и др.),т.е.

создание гибридных графен-органических структур, а также внедрение чуже­родных атомов в графеновую матрицу. Благодаря хорошему соответствию решё­ток графена и гексагонального нитрида бора (h-BN), открывается широкое полевозможностей для синтеза сложных двумерных BCN структур — композитныхматериалов на основе графена и подложки из нитрида бора — а также легиро­вания графена примесями бора и азота. Замещение определённой доли углеро­да атомами легирующей примеси позволяет эффективно управлять электроннойструктурой графена. Так, внедрение бора или азота в графеновую решётку вопределённых конфигурациях приводит к появлению запрещённой зоны и пре­вращению графена в полупроводник p- или n-типа, а также прозволяет менятьподвижность носителей заряда и транспортные свойства графена.К настоящему моменту сделано достаточное число открытий, относящихся кудивительным свойствам графена, для того чтобы композитные структуры на егооснове могли заслуженно рассматриваться в качестве главных строительных мате­риалов электроники будущего, идущей на смену существующим кремниевым тех­нологиям.

Однако, двумерная кристаллическая структура графена вносит опреде­лённые трудности на этом пути. Прежде всего, речь идёт о технологии массовогопроизводства высококачественных графеновых «пластин», которые должны статьбазой при реализации тех или иных логических схем. Проблема заключается втом, что методы производства графена, разработанные и успешно применяемыев разных лабораториях по всему свету, позволяют получать единичные образцыв довольно скромных масштабах (обычно до нескольких квадратных сантимет­4ров) и зачастую не подходят для промышленности.

Но уже сейчас ведётся актив­ный поиск решений этой задачи, и всё чаще появляются сообщения, пусть пока иединичные, об успешном синтезе сплошных графеновых покрытий высокого кри­сталлического качества на подложках диаметром 100 и даже 300 мм, являющих­ся стандартом современного кремниевого производства. Основу технологическихрешений для создания графеновых пластин таких размеров составляют методыэпитаксиального роста графена на монокристаллах карбида кремния и газофаз­ное осаждение (CVD) на металлических плёнках, предварительно нанесённых накремниевые пластины. Эти обнадёживающие результаты способны придать суще­ственный импульс развитию графеновой электроники в направлении массовогопроизводства, где начальным этапом видится скорее сочетание кремниевой и уг­леродной технологии, чем полная замена кремниевых МДП (металл-диэлектрик­полупроводник) транзисторов графенсодержащими компонентами.

И здесь важ­ное значение приобретают работы по созданию и изучению композитных структурна основе графена, кремния и его соединений, в частности силицидов переходныхметаллов.К исследованиям функционализированного графена и соответствующих ком­позитных систем проявляют неугасающий интерес учёные многих отечественныхи зарубежных научных групп. С этим классом материалов связаны большие ожи­дания, касающиеся их практического применения в различных сферах челове­ческой деятельности. Внимание к данным объектам продолжает расти внуши­тельными темпами, в свете чего исследования, проведённые в рамках настоящейдиссертации, видятся автору актуальными, а полученные результаты могут статьвесомым вкладом в дальнейшее развитие темы.Цель диссертационной работы состояла в систематическом исследова­нии особенностей электронной структуры нанокомпозитных материалов на осно­ве графена. Два класса таких объектов рассмотрены в настоящей диссертации.Первый интересен с точки зрения управления физико-химическими свойствамиграфена при внедрении в его решётку атомов чужеродных элементов.

В частно­сти, в работе синтезированы и детально изучены образцы так называемого N-гра­фена, содержащего атомы азота в качестве чужеродных (легирующих) примесей.Второй класс объектов — композитные структуры на основе графена и таких ши­роко используемых и важных для технологии производства интегральных схемматериалов, как силициды переходных металлов. В диссертации подробно оха­рактеризованы свойства интерфейса графена с силицидами Ni, Co и Fe, наиболеевостребованными в современной кремниевой электронике.Таким образом, интересом к исследованию упомянутых объектов продикто­ваны следующие цели:1. Выявить типы химических связей азотных примесей в решётке N-графена исвязанные с ними особенности его электронной структуры;2. Изучить кристаллическую и электронную структуру интерфейса графена ссилицидами переходных металлов Ni, Co и Fe.5Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:∙ Разработана процедура синтеза N-графена высокого кристаллического каче­ства на поверхности Ni(111) с последующей интеркаляцией золота;∙ Определена концентрация атомов азота и установлена её связь с параметрамисинтеза N-графена;∙ Исследовано влияние примесных атомов на электронную структуру графена;∙ Разработана методика получения силицидов Ni, Co и Fe различной стехио­метрии под графеновым слоем;∙ Изучен фазовый состав сформированных силицидов;∙ Получена информация об электронной и кристаллической структуре нано­композитной системы графен-силициды переходных металлов.Научная новизна.

Работа содержит ряд экспериментальных и методиче­ских результатов, полученных впервые, а также соответствующие научные заклю­чения. Основные из них перечислены ниже.1. Предложена новая надёжная методика CVD синтеза N-графена из молекул1,3,5-триазина. Установлена связь параметров синтеза с кристаллической струк­турой формируемых образцов и концентрацией азота в графене. Показано, чтоболее высокая температура синтеза позволяет получить графен с наименьшей ра­зориентацией доменов. С другой стороны, понижение температуры способствуетувеличению концентрации атомов легирующей примеси.2.

На основании данных фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС) проведена иден­тификация типов окружения легирующей примеси в образцах N-графена. Выяв­лено, что пиридиновая конфигурация является преобладающей среди всех типовсвязей азота в N-графене на Ni(111).3. Обнаружено, что интеркаляция золота в межслоевое пространство междуN-графеном и никелевой подложкой с последующим отжигом системы вызываетконверсию различных видов примесей в конфигурацию замещения. Используяпредложенную методику CVD синтеза N-графена в сочетании с интеркаляциейзолота и последующим отжигом, удаётся получить образцы графена, содержащиев своей решётке ∼ 1 ат.% азота замещения.4.

Методом ФЭС с угловым разрешением (ФЭСУР) изучены особенности элек­тронной структуры N-графена. Установлено, что атомы азота замещения отдаютчасть электронной плотности в систему графена (∼ 0.5 ¯/атом).5. Предложена методика формирования гибридных структур на основе графе­на и силицидов переходных металлов. Исследован процесс интеркаляции кремнияпод графен на металлических подложках Ni(111), Co(0001) и Fe(110). Обнаруже­но, что концентрация кремния в приповерхностных слоях под графеном, от ко­торой зависит возможность формирования той или иной силицидной фазы, опре­деляется балансом скоростей интеркаляции кремния и его диффузии в объём6подложки. Найдены оптимальные параметры отжига, позволяющие установитьтребуемый баланс.6.

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