17-ая моложедная школа(2014)

ных условиях при освещенности 960 Вт/м2. С помощью методов ИКтермометрии мы оценили качество произведенных нами модулей на гибких подложках, выявив токи утечки и дефекты.

50

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В НАНОКОМПОЗИТАХ СОСТАВА SiO2-MexOy ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ, МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ

И.А. Аверин, С.Е. Игошина, А.П. Сигаев, А.А. Карманов

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет»

В настоящее время нанокомпозиты состава SiO2-MexOy, находящие широкое применение в различных областях нано- и микроэлектроники, достаточно часто получают золь-гель методом. Для исследования их качественного состава, а также процессов, происходящих при термической обработке может быть использован метод ИК-спектроскопии. Анализ ИК-спектров пропускания нанокомпозитов состава SiO2-SnO2 и SiO2-SnO2-In2O3 (рисунок) позволяет идентифицировать их качественный состав. Так пики поглощения с максимум 615 и 670 см-1, отвечают валентным колебаниям связей Si-Si и SnO2 соответственно. Полосы поглощения с максимум 1100 и 1140 см-1 соответствуют валентным симметричным и ассиметричным колебаниям мостикового кислорода связей Si- O-Si. Размытая полоса поглощения 1350-1550 см-1 характеризует валентные колебания связей Si-O-Sn и Si-O-In. Исследование процессов, происходящих при термической обработке нанокомпозитов, может основывать на анализе пиков поглощения 795, 970, 1670, 2360, 2950-3750 см-1.

Рисунок – ИК-спектры пропускания наномкомпозитов, отожженных при различной температуре

Например, из рисунка видно, что у образцов отожженных при 600°С отсутствуют пики поглощения на 795, 970 см-1. Они характеризуют чувствительную к гидролизу группу O2-Si-OH и валентные колебания связей Si-OH, их исчезновение указывает на переход структуры нанокомпозита от полимерной к силикатной. Уменьшение интенсивности полос поглощения на 1670 и 2950-3750 см-1, свидетельствует об удаление растворителя (воды и простого спирта) из объема

51

нанокомпозита. На изменение пористости исследуемых наноматериалов косвенным образом указывает увеличение интенсивности пика поглощения 2360 см-1, отвечающего валентным колебаниям C-O связей молекулы CO2.

52

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ОКСИДНЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Ш.Р. Адилов1, М. Бакытова1, И.В Камышев2, Н.В. Мухин2, Г.А. Коноплев2

1Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева 2Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Интерес к фотоэлектрическому методу преобразования энергии обусловлен неограниченностью запасов солнечной энергии, экологической чистотой и автономностью генерации. Одним из путей повышения эффективности фотопреобразования является поиска новых материалов и структур, среди которых особое место занимают оксидные полупроводники и гетероструктуры на их основе. Среди преимуществ оксидных систем является их экологичность в процессе производства, эксплуатации и утилизации. Среди оксидных систем последние годы значительный интерес вызывает система n-ZnO/p-CuO. Для увеличения эффективности солнечных элементов на основе CuO/ZnO и Cu2O/ZnO необходимо добиться улучшения качества материалов, включая однородность слоев, а также увеличения площади p-n перехода.

Целью работы являлось получение и исследование пленок n-ZnO и p-CuO различными технологическими методами на стеклянные, кварцевые и кремниевые подложки.

Вработе исследованы пленки оксида цинка, полученные методом химического осаждения на установке TCO 1-1200 фирмы TEL Solar. Температура подложки при осаждении составляет 190 оС, давление в камере - 0,5 мбар. Скорость осаждения составляет порядка 32 /c. Метод химического осаждения позволяет получить высокую равномерность на большой площади. Пленки оксида меди осаждались на подложки методом реактивного магнетронного распылении, зольгель методом, либо формировались на подложках путем окисления пленки меди

впроцессе термообработки на воздухе.

Вработе приводятся результаты исследования оптических, структурных, электрофизических свойств полученных пленок n-ZnO и p-CuO в зависимости от толщины и режимов получения. Показано, что по основным параметрам полученные пленки могут быть использованы в оксидных гетероструктурах для фотоэлектрических преобразователей

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-12-00327).

53

ЭФФЕКТЫ РЕЗИСТИВНОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ И ПАМЯТИ В НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПЛЕНКАХ МЕТАЛЛООКСИДОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ АТОМНО-СЛОЕВОГО ОСАЖДЕНИЯ

Л.Г. Алексеева, А.А. Петров, Е.В. Осачев, А.А. Романов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

В последнее десятилетие в области тонкопленочного нанесения все большее внимание уделяется уменьшению толщины наносимых покрытий при одновременной возможности контроля толщины и состава тонкой пленки. В этом свете широкие возможности открывает уникально прецизионный метод получения тонких пленок Atomic layer deposition (ALD), основанный на последовательных химических реакциях между поверхностью твердого тела и газовой фазой. Возможности метода ALD для синтеза широкого круга материалов, включающих в себя диэлектрики, полупроводники и металлы, делают его привлекательным для решения многих задач микроэлектроники, оптоэлектроники, катализа, микромеханики, солнечной энергетики, записи информации, электролюминесценции и др.

Данная работа посвящена исследованию эффектов памяти и биполярного переключения сопротивления в структурах на основе наноструктурированных тонких пленок оксида титана, нанесенных ALD методом. Осаждение тонкой пленки оксида титана (30 нм) проводилось на

сплошной слой нижнего платинового электрода. Заключительной стадией являлось нанесение верхних платиновых электродов (d ≈ 300 мкм) методом ионноплазменного осаждения. Исследование ВАХ структур Pt-TiO2-Pt убедительно демонстрирует проявление мемристивности (гистерезис, переключение сопротивления). ВАХ структур Pt-TiO2-Pt нелинейны и симметричны относительно полярности напряжения. Исследование ВАХ структур Pt-TiO2-Pt выявило нетривиальную особенность электронного транспорта, проявляющуюся в отличии ВАХ в зависимости от направления изменения напряжения смещения. Своеоб-

54

разный гистерезис проявляется для обеих полярностей напряжения смещения. Гистерезис проявляется независимо от пределов изменения напряжения смещения. Увеличение напряжения смещения существенно изменяет характер наблюдаемых зависимостей. При U > Uкр. происходит переход системы из HRS состояния в LRS, сохраняющееся при многократном сканировании (рис.1). Изменение полярности напряжения смещения не отражается на характере наблюдаемых закономерностей.

55

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЛОИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ЦИНКА, ОБУСЛАВЛИВАЮЩЕГО МОРФОЛОГИЮ ОБРАЗУЕМЫХ АГЛОМЕРАТОВ

А.В. Альфимов, Е.М. Арысланова, С.А. Чивилихин

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Настоящая работа посвящена разработке метода теоретического описания многочастичного взаимодействия в наноколлоидных системах, позволяющего исследовать процесс формирования морфологии наноагломератов на начальной стадии коагуляции наночастиц.

Для описания процесса перераспределения зарядов на поверхности взаимодействующих наночастиц и в их двойных электрических слоях в настоящей работе использовалась оригинальная феноменологическая линейная модель регуляции заряда, опирающаяся на результаты предварительного экспериментального исследования конкретной моделируемой системы. Описание собственно взаимодействия наночастиц производилось в рамках теории ДЛФО при выполнении условия линеаризации уравнения Пуассона-Больцмана. При помощи разработанной феноменологической модели регуляции заряда в рамках условия возможности представления наночастицы в виде её эквивалентного экранированного точечного заряда в настоящей работе был получен оригинальный метод модификации приближения линейной суперпозиции (МПЛС), позволяющий определить потенциальную энергию системы из многих взаимодействующих коллоидных наночастиц.

Разработанная модель взаимодействия коллоидных наночастиц обеспечивает качественное согласование с экспериментом в описании начальной стадии коагуляции, для удовлетворяющих границам применимости систем не накладывает ограничения на число взаимодействующих частиц и, тем самым, позволяет моделировать процессы формирования и взаимодействия наноагломератов, предсказывая при этом наличие ориентационных эффектов, которые могут являться причиной образования кластеров различной морфологии. При этом для определения потенциальной энергии взаимодействия при заданной пространственной конфигурации системы метод МПЛС требует только решения СЛАУ с матрицей размером m Ч m, где m - число взаимодействующих частиц, что означает относительную простоту метода и возможность его беспрепятственной интеграции в дальнейшее численное или аналитическое моделирование динамики коагуляции наночастиц.

56

РАЗРАБОТКА МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОНИТОРИНГА АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ВО ВРЕМЯ ОБЩЕЙ АНЕСТЕЗИИ И В ПАЛАТАХ ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ

А.В. Андреева1, В.В. Лучинин1, К.А. Кузьмина1, А.С. Клявинек2, А.Е. Карелов2

1Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

2Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова

Артериальное давление относится к одному из основных параметров деятельности системы кровообращения человека. Гемодинамический мониторинг во время общей анестезии и при лечении пациентов в отделении интенсивной терапии подразумевает необходимость точной оценки величины систолического и диастолического артериального давления. Поэтому метод их определения должен быть надежным, что предъявляет жесткие требования к техническим характеристикам регистрирующего прибора. В настоящее время самыми востребованными методами измерения являются аускультативный, предложенный русским терапевтом Н.С.Коротковым, и осциллометрический. У каждого метода есть свои достоинства и ограничения. Так, например, для получения результата по методу Короткова необходимы правильное положение микрофона и отсутствие дислокации его в течении наблюдения. Несмотря на трудностандартизируемые требования к условиям измерения, данный метод рекомендован для повсеместного рутинного использования (ВОЗ, 1935 г.). Осциллометрический метод не требует наложения микрофона, но он не способен стать эталонным из-за невысокой точности измерения.

Учитывая вышесказанное, была высказана идея создания автоматического микромеханического устройства для измерения артериального давления, которое будет удобным в эксплуатации и давать точные результаты, в том числе в условиях отделения реанимации и во время МРТ-исследования. В настоящее время можно указать следующие характеристики, обеспечивающие научнопрактическую новизну будущего измерителя:

-отсутствие акустических и электрических помех в условиях сильных электромагнитных воздействий;

-возможность его применения в качестве распределенной топографической системы для достоверности результатов;

-использование беспроводной системы передачи информации через сотовый канал связи;

-возможность получения дополнительной информации (диагностика различных сердечных и сосудистых аномалий);

57

-использование интегрированной распределенной манжетки, без нагнетания воздуха, на новых материалах;

-применение оптического съема информации, что позволит уменьшить влияние человеческого фактора на процесс регистрации давления и снизить погрешность измерения;

Ожидаемые результаты: создание и внедрение в практическую медицину

миниатюрного измерителя нового типа: без внешнего питания, без внешнего компрессора, с высокой точностью измерения.

58

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АНОДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ

Е.М. Арысланова, А.В. Альфимов, С.А. Чивилихин

Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики»

Пористые пленки анодного оксида алюминия – это самоорганизующиеся структуры, которые можно представить в виде гексагональной упаковки цилиндрических пор, расположенных по нормали к плоскости пленки и использовать в качестве матрицы для синтеза различных нанокомпозитов.

При протекании электрического тока на границе алюминий — электролит образуется тонкая плотная пленка оксида алюминия барьерного типа, ее рост происходит в результате миграции в ионов алюминия навстречу ионам кислорода. Толщина такого барьерного слоя (0,01—0,1 мкм) остается приблизительно постоянной в течение всего процесса, так как его внешняя сторона растворяется при воздействии с электролитом. При этом образуется и растет пористая часть анодной пленки. Таким образом, полагается, что на аноде протекают параллельно реакции, которым также сопутствует также реакция выделения кислорода.

В настоящей работе описана созданная аналитическая модель роста анодного оксида алюминия. Исследуется движение границ раздела между электроли- том-Al2О3 (растворение) и между Al2О3-алюминием (окисление). Рассматривается как динамика перемещения границ, так и изменения малых возмущений форм этих границ. В каждой из рассматриваемых областей решается уравнение Лапласа для потенциала электрического поля. Процесс роста пористой окиси алюминия описывается с помощью теории малых возмущений. В нулевом приближении границы считаются плоскими, а скорости их перемещения пропорциональны плотности токов на этих границах. В первом приближении учитываются малые возмущения границ разделов, которые приводят к небольшим изменениям потенциалов и токов на этих границах. Эволюция малых возмущений границ разделов определяется как возмущениями плотности тока на границах, так и процессом поверхностной диффузии.

59