Синтез наноструктур на основе оксида цинка и их физические свойства

• Автор: Лянгузов, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 105 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Объекты исследования, методы их синтеза и характеризации

1.1 Нитевидные нанокристаллы и механизм роста

«пар-жидкость-кристалл»

1.2 Методы синтеза наностержней оксида цинка

1.3 Динамика кристаллической решетки и оптические свойства оксида цинка

1.4 Синтез и методики исследования экспериментальных образцов наноструктур на основе оксида цинка

2 Кинетика формирования массивов стержней 7пО и их морфология

2.1 Моделирование кинетики паровой фазы для метода

карботсрмичсского синтеза массивов стержней 7пО

2.2 Морфология массивов стержней 7пО
2.3 Кинетика роста массивов стержней7пО
3 Структура и динамика решетки массивов стержней 7пО
3.1 Кристаллическая структура массивов стержней 7пО
3.2 Особенности динамики решетки массивов стержней 7лтО
4 Особенности оптических свойств и динамики решетки массивов
стсржнсйКпО, покрытых паночастицами металлов
Заключение
Список литературы
Список основных публикаций автора

ВВЕДЕНИЕ
Массивы полупроводниковых вискеров представляют собой ансамбли вертикально ориентированных микро- и наноразмсрпых монокристаллических стержней с высоким отношением длины к диаметру (до 100). Благодаря такой морфологии, квантово-размерные эффекты, большая удельная поверхность, изменение свободной энергии сильно искривленной поверхности и электродинамические интерференционные эффекты позволяют рассматривать такие структуры в качестве функциональных материалов для наиболее перспективных базовых элементов нано- и микроэлектроники, фотоники и хсмосенсорики.
Для практического применения таких наноструктур при их синтезе требуется воспроизводимость параметров и свойств образцов, следовательно, необходимо фундаментальное понимание процессов их роста. Этим требованиям наиболее удовлетворяют методики газофазной эпитаксии, в частности, карботермический синтез. Для теоретического описания и характеризации процессов роста наностержней, синтезируемых методиками газофазной эпитаксии, существенную значимость имеют ранее разработанные кинетические модели роста стержней, приготовленных с использованием прецизионной методики молекулярно-пучковой эпитаксии.
Дополнительный потенциал для использования массивов папостержней как элементной базы функциональных устройств дает модифицирование их физических свойств, что может осуществляться, например, путем нанесения на их поверхность паночастиц металлов. Новые физические свойства, формируемые у массивов наностержней 2пО, интересны как для физики конденсированного состояния, так и для их практического применения. Электронная микроскопия, рентгенография, спектроскопия
комбинационного рассеяния света являются наиболее информационными методами для усовершенствования методик синтеза и исследования физических свойств таких наноструктур. Таким образом, тема диссертации, посвященной синтезу и исследованию физических свойств массивов стержней ZnO с использованием таких методов, является актуальной.
Цель работы: выявить особенности кинетики формирования массивов наностержней ZnO, в том числе покрытых наночастицами металлов (Ag, Си или 11), определить их структурные характеристики, особенности динамики решетки и оптических свойств.
Для достижения цели решались следующие основные задачи:
- теоретически рассчитать кинетические параметров паровой фазы, формируемой при карботермическом синтезе массивов стержней ZnO и синтезировать массивы стержней ZnO на кристаллических подложках
и Л1203 с использованием тонкопленочных подслоев и/или катализаторов роста;
- определить морфометрические параметры синтезированных массивов методом сканирующей электронной микроскопии и исследовать экспериментальные корреляции длин стержней с их диаметрами па предмет соответствия аналогичным теоретическим зависимостям для различных моделей, описывающих кинетику роста массивов вискеров;
- определить структурные характеристики синтезированных массивов стержней ZnO методом рентгенографии;
- выявить особенности динамики решетки отдельных стержней и массивов стержней ZnO методом спектроскопии КРС;
- методами спектроскопии КРС и фотолюминесценции изучить изменения оптических свойств массивов стержней после нанесения на их поверхность наночастиц ме таллов.
Объекты исследований: массивы вертикально ориентированных
микро- и наностержней ZnO и массивы стержней ZnO, покрытые наночастицами Ag, Си или Ть
Научная новизна и значимость
В ходе выполнения диссертационной работы впервые:
- теоретически рассчитаны кинетические параметры паровой фазы, формируемой при карботермическом синтезе массивов стержней ZnO в
2 КИНЕТИКА ФОРМИРОВАНИЯ МЕТОДОМ КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА МАССИВОВ СТЕРЖНЕЙ ZnO И
ИХ МОРФОЛОГИЯ
Изложены метод и результаты теоретического моделирования кинетических параметров (характеристик) паровой фазы, формируемой при карботермическом синтезе массивов стержней 2пО в конфигурации квазизамкнутого объема. Здесь приведены также результаты исследований морфологии образцов, полученных этим методом, как в конфигурации квазизамкнутого объема, так и в проточной конфигурации для различных экспериментальных условий. Это позволило провести комплексный анализ влияния таких параметров синтеза, как кинетические характеристики паровой фазы, наличие и тип катализатора роста, тип подложки, наличие или отсутствие пленочного подслоя 2пО на морфологию формируемых структур. Проведен анализ корреляций длин стержней с их диаметрами для образцов, полученных в конфигурации квазизамкнутого объема, и показано их соответствие зависимостям для кинетических моделей роста массивов вискеров.
2.1 Моделирование кинетики паровой фазы для метода карботермичсского синтеза
Распределение концентрации паровой фазы вдоль оси реактора для конфигурации квазизамкнутого объема реакционной камеры карботермичсского синтеза рассчитано исходя из обобщенного уравнения диффузии (диффузии с учетом дрейфа). Данный объем физически представляет собой кварцевую пробирку, длина которой более чем в 10 раз превосходит диаметр. Это позволяет, в первом приближении рассматривать её как одномерную. Предполагая, что в момент достижения в реакторе температуры синтеза, концентрации компонентов паровой фазы достигают равновесных значений и не зависят от времени, диффузию и дрейф будем считать стационарными. Будем считать, что газовая фаза у закрытого конца