Особенности формирования и физические свойства наноразмерных структур на основе висмута

• Автор: Хрипунов, Юрий Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 182 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВИСМУТА
1.1 Кристаллы висмута
1.1.1 Кристаллическая структура висмута
1.1.2 Зонная структура висмута
1.1.3 Дефекты в кристаллах висмута
1.2 Поверхность кристаллов висмута
1.2.1 Структура поверхности кристаллов висмута
1.2.2 Наноструктурные особенности на поверхности
кристаллов висмута
1.2.3 Электронные свойства поверхности кристаллов висмута
1.3 Наноразмерные структуры висмута
1.3.1 Фабрикация наноразмерных структур висмута
1.3.2 Энергетические свойства наноразмерных структур
висмута
1.3.3 Моделирование наноструктур висмута
ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ВИСМУТА
2.1. Контроль морфологии поверхности кристаллов висмута
2.1.1. Сканирующая зондовая микроскопия поверхности
кристаллов висмута
2.1.2. Электронная микроскопия поверхности кристаллов
висмута
2.1.3. Металлографическая микроскопия поверхности
кристаллов висмута
2.2. Получение и моделирование наноразмерных структур висмута
2.2.1. Экспериментальная установка для обработки атомарным
водородом поверхности кристаллов висмута
2.2.2. Методы выращивания, разделения и обработки
поверхности кристаллов висмута
2.2.3. Квантово-химическое моделирование нанокластерных
систем висмута

ГЛАВА З МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛА И САМООРГАНИЗАЦИЯ
НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР ВИСМУТА
ЗЛ. Исследование морфологии поверхности монокристалла висмута
3.1.1. Морфология поверхности кристаллов висмута после различных видов обработки
3.1.2. Морфология поверхности скола монокристалла висмута
3.2. Исследование влияния плазменной обработки водородом на морфологию поверхности скола монокристалла висмута
3.3. Процессы самоорганизации наноразмерных структур на поверхности скола монокристалла висмута
ГЛАВА 4 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКЛАСТЕРОВ ВИСМУТА ПО ДАННЫМ КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1. Геометрические параметры нанокластеров висмута различной размерности
4.2.Эволюция зонных параметров нанокластеров висмута
4.2.1. Изменение ширины запрещенной зоны нанокластеров
висмута
4.2.2. Изменение ширины разрешенной зоны нанокластеров
висмута
4.3. Энергетические характеристики нанокластеров висмута
4.3.1. Изменение значения энергии ионизации нанокластеров висмута
4.3.2. Изменение значения энергии диссоциации нанокластеров висмута .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
БЛАГОДАРНОСТИ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы Развитие современного приборостроения требует создания новых полупроводниковых материалов, имеющих специальные свойства. А тенденции уменьшения размеров рабочих элементов электроники заставляют исследователей переходить на уровень наноразмеров [1-4]. На наноуровне определяющими факторами свойств материалов служат квантоворазмерные эффекты и состояние поверхности [5-10]. Поверхность является одним из основных дефектов трехмерной структуры кристаллов. Отличительной чертой поверхности является ее гетерогенность, что обусловлено рядом взаимосвязанных факторов: геометрическая и структурная неоднородность, химическая неоднородность, неоднородность электронных свойств. Поверхность реального кристалла неоднородна, она содержит дефекты кристаллической решетки: вакансии, террасы, ступеньки, места выхода дислокаций и другие дефекты кристаллической решетки, обладающие различной реакционной способностью и различными физическими свойствами [6-8]. На современном этапе развития нанотехнологической отрасли для создания полупроводниковых и функциональных материалов (с квазикристаллической, субмолекулярной, нанокристаллической или аморфно-нанокристаллической структурой) широко используются процессы, протекающие на поверхности твердых тел [10-14]. При введении поверхности в атмосферу химически активных сред (жидкие, газовые), адсорбционные и каталитические процессы изменяют ее конфигурацию на наноуровне, в связи с чем появляется возможность наблюдения новых эффектов. Взаимное влияние газовой и кристаллической подсистем может приводить к синергетическим эффектам, в частности, формированию различных наностуктурных образований (нанокластеров), обладающих особыми свойствами [11-16]. Изучение поверхности представляет как теоретический, так и прикладной интерес, поэтому важно контролировать изменение ее структуры и исследовать влияние внешних факторов на конфигурацию и состояние.

компьютера. СММ-2000 позволяет производить измерения в режиме сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) и атомно-силового микроскопа (ACM) с использованием присущих данному микроскопу специфических методик зондовой микроскопии. В состав микроскопа входит специализированное программное обеспечение, включающее в себя различные методы анализа и обработки СЗМ-изображений.
Все проделаные в работе измерения проводились в воздушной атмосфере в СТМ- и АСМ-режимах. Обработка и анализ СЗМ-изображений осуществлялся в программе SMM2000 [103].
В СТМ-методе применялась платиновая игла с радиусом закругления ~1нм, использовался режим постоянного тока. В результате проведенных исследований для монокристаллов висмута были подобраны оптимальные значения параметров сканирования СТМ-моды: напряжение U, ток 10, скорость сканирования V и шаг сканирования Step (Таблица 2.1). Данные параметры являются оптимальными для работы в СТМ-режиме с поверхностью монокристаллов висмута на СММ-2000 [104].
Таблица 2.1 - Значение параметров сканирования СТМ-режима.
U, mV 10, пА V, mkm/s Step, А
400-600 3-5 1000-2100
В АСМ-режиме использовались Бі кантилеверы марки МЗСТ-Аи (рисунок 2.1). Измерения проводились при нормальных условиях в полуконтактной моде и режиме постоянной силы.