Формирование упорядоченных упаковок наносфер SiO2 и применение структур на их основе в функциональной электронике

• Автор: Гурьянов, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 221 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Щ ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Аналитический обзор

ПОЛУЧЕНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ УПОРЯДОЧЕННЫХ УПАКОВОК НАНОСФЕР КРЕМНЕЗЕМА.

1.1. Особенности получения наноструктур на основе опаловых матриц

1.2. Опаловые матрицы как материалы с фотонной запрещенной зоной

1.3. Результаты экспериментальных работ по заполнению межсферических пустот в опаловой матрице различными материалами и исследование

свойств полученных иапокомпозитов.

1.3.1. Соединения АМ1ВУ в опаловой матрице.

1.3.2. Кремний и углерод в опаловой матрице

1.3.3. Оксиды в опаловой матрице

1.3.4. Оптически активные материалы в опаловой матрице.
1.3.5. Соединения А ВУ1 в опаловой матрице.
1.4. О возможных областях применения фотонных кристаллов
1.5. Основные направления исследований
. 1.6. Этапы выполнения работы.
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ АКТИВНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ КУБИЧЕСКИХ УПАКОВОК НАНОСФЕР
2.1. Особенности получения кубических упаковок наносфср 8Ю2 опаловых матриц с контролируемыми параметрами.
2.2. Установка для формирования многослойных структур и введения веществ в межсферические пустоты наносфср опаловых матриц.
2.2.1 Конструкция установки.
2.2.2 Параметры процесса формирования структур на основе опаловых матриц
2.2.3 Особенности строения многослойных структур на основе опаловых матриц с осажденными веществами.
2.3. Установка для введения веществ в межсферические нанопоры опаловых матриц методом распыления ионным пучком.
2.4. Особенности получения тонких слоев кубических упаковок наносфср
8Ю2 с контролирусмыми параметрами.
2.5. Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ КУБИЧЕСКИХ УПАКОВОК НАНОСФЕР 8Ю2 С РЗЭ
3.1. Электронная и атомносиловая микроскопия опаловых матриц и особенности дефектов упаковки в различных нанокомпозитах на их основе
3.2. Особенности фотолюминесценции нанокомпозита опаловая матрица теллуритнос стеклоЕг3
3.3. Нанофотонная структура на основе композита
БВЫ.УЬопаловая матрицаЕг
3.4. Характеристики люминесценции соединений Ей в
нанострукгурированной диэлектрической среде
3.5. Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ОПАЛОВЫХ МАТРИЦ.
4.1. Реальное строение и основные характеристики опаловых матриц и нанокомпозитов па их основе с введенными материалами , ,
4.1.1. Активные фотонные кристаллы на основе опаловых матриц с
4.1.2. Активные фотонные кристаллы на основе опаловых матриц с
4.1.3. Фотонные кристаллы на основе опаловых матриц с .
4.2. Металлодиэлеюрические материалы с запрещенной фотонной зоной
на основе опаловых матриц
4.3. Нанокомпозиты на основе опаловых матриц с фотохромным заполнением бакгериородопсином
4.4. Выводы по главе 4
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ АКТИВНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ Ф НА ОСНОВЕ КУБИЧЕСКИХ УПАКОВОК НАНОСФЕР i В
УСТРОЙСТВАХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
5.1. Ненакаливаемые катоды на основе многослойных структур
5.2. Формирование оптической волноводной структуры, включающей область из нанокомпозита на основе опаловых матриц оптические разветвители.
5.2.1. Описание и расчет световодной структуры
5.2.2. Описание технологических особенностей получения свстоводных структур.
5.2.3. Основные характеристики свстоводных структур.
5.3. Периодические металлдиэлектрические материалы как чувствительные элементы датчиков для эффективных рамановских биохимических анализаторов
5.4. Выводы по главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


МФЗЗ фотонных кристаллов также соотносится с таким свойством как локализация света, ведущим к появлению фотонных зон а, следовательно, к разрывам функций плотности состояний электромагнитных мод в системах с периодическим изменением диэлектрической постоянной показателя преломления. Само по себе понятие локализации электронов было введено в пионерских работах Андерсена и Мотта ,, а в случае световых потоков электромагнитных волн на это явление было обращено внимание в работе Быкова , а в последовательной форме Яблоновичем и Джоном . Практически сразу, а именно с середины х годов прошлого столетия, стали рассматриваться эффекты ближнепольной оптики, также связанные с явлением локализации света . В ходе совместных работ с Физикотехническим институтом им. А.Ф. Иоффе РАН СанктПетербург, Институтом молекулярной и атомной физики Академии наук Республики Беларусь Минск, и другими организациями были проведены экспериментальные исследования по заполнению межсферических пустот в опаловой матрице различными материалами в том числе полупроводниковыми, сверхпроводящими, магнитными, люминссцирующими с использованием таких методик, как обработка под давлением при высоких температурах до 3 К до 3кПа, гидротермальная обработка в автоклавах до 3 К до кПа, химическое осаждение и газотранспортные реакции, зольгель метод, а также некоторых других . Приведем некоторые наиболее интересные результаты, полученные в ходе указанных исследований. В случае заполнения полупроводниками, электронная подсистема такой структуры с учетом размерного кваггования модулирована, а именно, образуется ЗЭ сверхрешетка квантовых ям с характерной модуляцией ширины запрещенной зоны. В тех случаях, когда глубина модуляции токоведущего капала достигает необходимой величины, а, следовательно, образуется определенный потенциальный рельеф, возникает наномасштабный материал с ансамблем взаимодействующих наноэлементов. Проведенные исследования позволяют предположить широкие возможности применения в оптоэлектроникс нанокомпозитов па основе опаловых матриц с нитридами элементов III группы в качестве заполнителей. В работе впервые удалось ввести в опаловую матрицу и 1пИ. Использование опаловой матрицы позволяет получить площадь рабочей поверхности контактов в светоэмиссиониых диодах до м2см3, что в свою очередь снизит плотность тока в наноприборах на порядка по сравнению с планарными технологиями. Следует отмстить некоторые особенности технологии получения нанокомпозитов состава опаловая матрицанитриды элементов III группы. Нитриды элементов III группы могут быть синтезированы непосредственно в пустотах опаловых матриц. Реагенты в виде солей металлов III группы вводились в опаловые поры, и затем образцы отжигались в присутствии гидрооксида аммония ЫН4ОН. Разработанная технология позволила повысить фактор заполнения межсферических пустот до 0. Для создания полупроводников 7типа проводимости использовались как добавки цинк и магний. Б этих образцах наносферы БЮг покрывались Ли и для создания омических контактов с нитридами элементов III группы. Для этого перед заполнением нитридами, образцы опаловых матриц погружались в раствор ПСЦ и АиС в С2Н5ОН, затем хлор замещался водородом. Структурное состояние вещества кластеров определялось методами рентгеновской дифракции, высокоразрешающей трансмиссионной, растровой и туннельной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния КР. На рис. СаЫ. Сфера кремнезема выделена белым кругом. Правильная гексагональная упаковка сфер кремнезема выделена белым шестиугольником. Сферы кремнезема окружены кристаллическим веществом. Средний диаметр частиц кремнезема составляет 0 нм. На рис. СаИ. Картина микродифракции рис. ОаЫ в пустотах опала. Линейные размеры кристаллов СаЫ составляют свыше нм. По результатам рентгеновских исследований вычислены параметры решетки а 0, нм, с 0, нм, что хорошо согласуется со стандартными значениями для гексагональной упаковки СаИ. Аналогичным образом в опаловые поры вводился 1пЫ. Рис. Рис. Опаловая матрица, с 0 заполнением межсферичсских пустот ОаМ. Электронная микроскопия на просвет. На рис. КР композита опаловая мтиц кривая а, состоящий из двух пиков.