Оптические свойства наноструктурированных углерода и кремния, композитов на их основе

• Автор: Кан, Василий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Оптические свойства наноструктурированного углерода

и кремния, наноматериалов на их основе (Обзор литературы)

§1.1 ИК- поглощение и комбинационное рассеяние света в углеродных

нанотрубках

§1.2 Оптические свойства пористого кремния: КРС, ИК-поглощение,

люминесценция

§1.3. Оптические свойства нанокомпозитов на основе

наноструктурированных кремния и углерода

ГЛАВА 2. Методика эксперимента

§2.1. Спектроскопия КРС
§ 2.2. Спектроскопия ИК-поглощения
§ 2.3. Приготовление образцов наноструктурированных кремния
и углерода, нанокомпозитов для оптических измерений
§ 2.4 Структурные и электрофизические исследования
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть
§3.1 Исследование методом КРС структуры и фазового состава слоев
МУНТ, полученных при использовании катализаторов различного типа
§ 3.2. Исследование методом КРС структуры и фазового состава слоев нанокомпозитов МУНТ/БпОх , полученных методами СУТ)
и магнетронного напыления
§3.3. КРС и ИК-поглощение в слоях пористого кремния
и нанокомпозита пс-8і/8пОх при адсорбции паров этанола_и молекул N02 § 3.4. Влияние термообработок на фотолюминесценцию в структурах
рог-Бі/Зі
Заключение
Список литературы

Список используемых сокращений
CVD - Chemical Vapour Deposition, газофазное осаждение LO - продольный оптический (фонон) nc-Si - нанокристаллический кремний por-Si - пористый кремний
RBM - Radial Breathing Mode (радиальная дышащая мода) ТА - поперечный аккустический (фонон)
ТО - поперечный оптический (фонон)
ВАХ - вольт-амперная характерискика ИК - инфракрасное
КРС - комбинационное рассеяние света МН - магнетронное напыление МУНТ - многостенная УНТ ОУНТ - одностенная УНТ ПК - пористый кремний
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия РФЭС - рентген-фотоэлектронная спектроскопия РЭМ - растровая электронная микроскопия УНТ - углеродные нанотрубки ФЛ - фотолюминесценция

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Наноструктурированные функциональные материалы являются предметом интенсивных исследований в связи с широкими перспективами их применений. В частности, проблемы миниатюризации и интегрирования микроэлектронных сенсоров со средствами электронного обрамления в пределах кремниевой технологии ставят задачи использования в качестве чувствительных сред наноструктурированных материалов с развитой поверхностью. К таким материалам относятся слои углеродных нанотрубок (УНТ) и пористого кремния (ПК). Нанопористые кремниевые и углеродные структуры, благодаря ряду уникальных физических и химических свойств являются привлекательными объектами для фундаментальных и прикладных исследований [1, 2]. В настоящее время углеродные нанотрубки (УНТ) являются одним из наиболее интенсивно изучаемых наноструктурированных материалов. Электронная структура углеродных нанотрубок чувствительна как к физической, так и химической адсорбции, в частности, это вызывает изменение проводимости. Сорбционные свойства углеродных нанотрубок могут изменяться при введении определенного типа дефектов, например, легирующих примесей, и являются специфическими по отношению к разным типам химических реагентов. К настоящему времени известно довольно много исследований по созданию газовых сенсоров, основанных на УНТ (см., например, [3]), однако абсолютное большинство работ выполнено с использованием порошковых технологий или приводятся результаты исследований на индивидуальных нанотрубках, что мало применимо в условиях массового производства интегрированных микроэлектронных сенсоров.
Другим перспективным материалом для создания интегрированных сенсорных структур является пористый кремний (ПК). Слои ПК показывают высокую чувствительность к сорбции газов [2], но деградируют при

Спектры фотолюминесценции (ФЛ) регистрировались на Фурье-спектрометре ВЛиКЕЛ ИРБ ЮО/ь. Инфракрасная (ИК) ФЛ возбуждалась излучением импульсного ШУАО - лазерного диода с длиной волны излучения тах=1,06 мкм при средней мощности 10-1500 мВт. Исследовались образцы кристаллического кремния п- и р-типа проводимости с удельным сопротивлением 7.5; 0.01; 0.005, 0.001 Ом-см и с различным содержанием кислорода (2-101У-7-1017 см'3). Кристаллический кремний проходил стадии шлифовки, полировки и травления в полирующем травителе СР-4А. Для предотвращения загрязнения примесями при термообработках образцы покрывались защитным окислом, который затем удалялся перед измерениями ФЛ.
При обработке спектров КРС производилось вычетание фонового сигнала, разложение пиков со сложной формой на компоненты, описываемые линиями Гауса, Лоренца и Брейт-Вигнер-Фано.
Таблица
Характеристики рамановского фурье-спектрометра ВЬШКЕК 1-100А
Параметр Значение
Источник возбуждения КРС NdrYAG твердотельный лазер
Длина волны возбуждающего лазера 1,064 мкм
Мощность лазера 1..1500 мВт, шаг 1 мВт
Рабочий диапазон 3500 .-2000 см'1
Разрешение, не менее 1 см'1
Погрешность определения волнового числа, не более 0,4 см'1
§ 2.2. Спектроскопия ИК-поглощения
Для получения спектров ИК-поглощения наноструктурированных материалов использовался ИК фурье спектрометр BRUKER Vertex 70 (см. рис.