Проявление фазового перехода лед-вода в электрическом транспорте системы пористый кремний - адсорбированная вода

• Автор: Лукьянова, Елена Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

§1.1. Способы формирования кремниевых наноструктур

§ 1.2. Электрофизические характеристики электролитического травления кремния

§ 1.3. Электрохимические процессы на границе кремний/электролит 18 § 1.4. Модели формирования пор

§ 1.5. Факторы, влияющие на процессы формирования пористого

кремния

§ 1.6. Морфология микроструктуры слоев пористого кремния

§ 1.7. Структурные свойства пористого кремния

§ 1.8. Влияние окружающей среды на химический состав поверхности пористого кремния

§ 1.9. Транспортные свойства пористого кремния

§ 1.10. Фазовый переход вода-лед в пористой твердотельной матрице

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
§ 2.1. Получение экспериментальных структур
§ 2.2. Вакуумно-адсорбционная установка. Подготовка адсорбатов 64 § 2.3. Методика измерения статических вольт-амперных характеристик структур
§ 2.4. Измерение импеданса структур
§ 2.5. Методика измерения ИК спектров пропускания
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ
§3.1. Кинетика изменения электропроводности системы плотно
упакованных наночастиц ЗЮ2 и системы Бі-ІЖ-Ме при адсорбции и десорбции воды в тонких капиллярах

§ 3.2. Особенности электропереноса системы 81-ПК(Н20)-Ме вблизи фазового перехода
§ 3.3. Проводимость системы 8ь0ПК(Н20)-Ме вблизи фазового
перехода
§ 3.4. Проводимость системы плотно упакованных наночастиц БЮ2 в области температур вблизи фазового перехода вода-лед
§ 3.5. Изменение состояния поверхности ПК под воздействием
воздуха
§ 3.6. Изменение химического состава поверхности ПК под
воздействием паров воды
§ 3.7. Зависимость проводимости системы ЗКПК-Ме в области
фазового перехода от времени выдерживания в парах воды
§ 3.8. Кинетика изменения зарядового транспорта системы 8ьПК-Ме при воздействии воды в течение 2-5 суток
§ 3.9. Исследование транспортных свойств ПК при воздействии паров воды в течение 6-8 и более суток
ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Благодарности
Литература

Актуальность проблемы
В настоящее время монокристаллический кремний (с-Б1) представляет собой основной материал микроэлектронной технологии. На базе с-Б1 выпускаются разнообразные полупроводниковые приборы от дискретных диодов и транзисторов до сверхсложных интегральных схем и процессоров.
Кроме того, широко используется высокая фоточувствительность кремния, что позволяет преобразовывать световую энергию в электрическую. Этот эффект находит применение в кремниевых фотоприемниках и солнечных батареях. Однако обратный процесс, т.е. достаточно эффективное преобразование электрической энергии в видимый свет в традиционных кремниевых устройствах, осуществить пока не удается. Последнее связано с особенностями электронных свойств кремния [1].
Электронные свойства кремния можно изменить посредством формирования на его основе наноструктур — пространственно разделенных кремниевых участков с размерами в несколько нанометров. В этом случае носители заряда (электроны и дырки) приобретают дополнительную энергию вследствие квантового размерного эффекта [2-5].
В конце XX века просматривалось движение в сторону уменьшения размерности полупроводниковых структур. Квантовые ямы, квантовые нити и квантовые точки теперь присутствуют во многих устройствах, например, лазерах, и являются ключом к развитию технологии наноэлектроники [6].
Обычно технология создания наноструктур в виде квантовых ям, нитей и точек довольно сложна. Однако еще в 1956 году А. Улиром (А. иЪНг) был получен так называемый пористый кремний. Этот материал представляет собой монокристалл с-Бц в котором в результате электрохимического травления образуется огромное количество мельчайших пор. Плотность пор в некоторых образцах может быть столь большой, что происходит их

Часто в экспериментах, исследующих пористые твердые тела с заключенными в них жидкостями, присутствует слой «объемной» жидкости вне пористого материала [16].
С уменьшением температуры сначала замерзает жидкость на внешней части поверхности пористого слоя при температуре немного ниже равновесной температуры замерзания «объема», и образуется твердая корка (твердый поверхностный слой) на внешней поверхности, в то время как внутри пор остается жидкость. Замерзание в нанометрических порах происходит благодаря медленному проникновению внутрь фронта замерзания с мениском твердое тело-жидкость сферической формы. Проникновение такого фронта замерзания задерживается в маленьких порах, это приводит к расширению пика перехода от заключенной в порах жидкости. Таким образом, ширина пика замерзания жидкости в порах зависит от распределения пор по размерам [16].
Результаты экспериментов, выполненных методом дифферен-циальной сканирующей калориметрии (ДСК) на слоях //-типа кремния 60% пористости и толщиной 100 мкм, выявили особенность - отсутствие пика на кривой замерзания от воды, заключенной в твердотельной матрице [16] (рис. 1-20). Даже после нескольких циклов сканирования остается только один пик замерзания. Эта особенность легко объясняется большим гистерезисом кристаллизации воды: когда замерзает «объемная» вода, кристаллизация замедляется более, чем на 14 К. Это непосредственно свидетельствует, что замерзание воды, адсорбированной в порах, дает единственный пик, соответствующий обоим процессам: и замерзанию «объемной» воды, и замерзанию воды, заключенной в твердотельную матрицу. При увеличении температуры первым тает лед, заключенный в поры, затем таяние «объемного» льда происходит вблизи 272 К.
Важной особенностью этих экспериментов является хорошая воспроизводимость результатов: позиция и интенсивность пика ДСК от воды, заключенной в твердотельной матрице, не меняется даже после