17-ая моложедная школа(2014)

МУЛЬТИФРАКТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФОРМ ПОВЕРХНОСТИ ГЕТЕРОКОМПОЗИЦИЙ СИСТЕМЫ Zn-Cd-Te – Si ПОДЛОЖКА

Е.В. Лозко, В.Б. Крыжановский, П.П. Москвин

Житомирский государственный технологический университет

Процесс формирования полупроводниковых слоев для современных электронных приборов сопровождается процессами самоорганизации на нано и микро уровнях. В результате возникает сложная внутренняя структура, свойства которой определяются не только химическим составом материала, плотностью точечных и протяженных дефектов, присутствия в системе упругих напряжений, но, в большей степени, характером связи частей такой структуры в единое целое. В таких структурах традиционные методы описания их состояния не отражают, в полной мере, их особые структурные свойства, что нередко приводит к отсутствию прямой корреляции между ними и оптическими и электрическими свойствами всей полупроводниковой системы. Примером таких систем, которые исследуются в работе, является гетерокомпозиции на основе твердых растворов полупроводников II-VI групп и подложек различного химического состава. Перспективным подходом для описания состояния поверхности таких систем является мультифрактальный анализ (МФА).

Для решения поставленной задачи нахождения МФ спектра для вышеуказанных величин поверхности было разработан программное обеспечение с использованием .NET Framework и языка программирования С#. Разработанные программы позволяют кроме вычисления МФ спектра для каждого геометрического параметра, рассчитывать и его основные характеристики (размерностей Реньи и Хаусдорфа, параметр фрактального упорядочения), а также сохранять структуры данных, представляющие собой исследуемую поверхность, в XML формат, а также читать эти структуры из XML файла. Такой подход позволил получать данные о фрактальных характеристиках площади и объемов простейших форм в едином расчетном цикле при минимальных временных затратах на вычислительные процедуры.

Типичные величины чисел Реньи для поверхности и объема простейших поверхностных форм находятся на уровне DS=2.2 и DV=2.7, что соответствует развитой на нано уровне поверхности. Обсуждаются зависимости полученных результатов от технологических условий процесса синтеза структур, высказываются предположения о возможности расчета поверхностной энергии по данным МФ спектров для различных геометрических параметров поверхности.

80

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ В ПЛЕНКАХ ОКСИДА ВОЛЬФРАМА, ИНИЦИИРОВАННЫХ ОТЖИГОМ В ВАКУУМЕ

А.А. Морозова

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

Пленки оксида вольфрама WO3 используют в качестве активного слоя устройств микросенсорики. В технологический цикл таких слоев включают посттермическую обработку.

Данная работа посвящена изучению химического состава, кристаллической структуры и оптических свойств пленок, прошедших изотермический отжиг в вакууме.

Пленки толщиною 100–110 нм были осаждены на кварцевое стекло методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе в среде Ar + O2. Образцы прошли отжиг в вакууме при остаточном давлении не выше 5∙10-5 Торр. Обработку проводили в течение одного часа при 700 °С. В каждом образце были исследованы оптические свойства, фазовый и химический состав.

Методом РФА выявлено, что в рентгеноаморфных пленках образцов после термообработки сформировалась кристаллическая фаза водородо-вольфрамовой бронзы с кубической решеткой.

Методом спектроскопии комбинационного рассеяния установлено, что после отжига пленки содержат атомы вольфрама в состояниях W6+, W5+ и W4+, что обусловлено утратой кислорода и редукцией химического состояния.

После термообработки в спектрах пропускания образцов возникла широкая полоса поглощения с максимумом в ближнем ИК диапазоне, вследствие чего пленки окрасились в синий цвет.

Полученные результаты доказывают, что окрашивание пленок может быть связано с тремя механизмами окрашивания за счет межвалентного переноса [1],

[2]:

WA6+ + WB5+ + hv → WA5+ + WB6+; WA5+ + WB4+ + hv → WA4+ + WB5+; WA6+ + WB4+ + hv → WA4+ + WB6+,

где A и B – близко расположенные ионы вольфрама; hv – энергия фотона.

Исследования проводятся при поддержке РФФИ (грант 12-03-00731-а)

1.Zhang J., Tu J.P., Xia X.H. [et al.] // Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2009. V. 93. P. 1840–1845.

2.Ozkan E., Lee S.-H., Tracy C.E. [et al.] // Solar Energy Mater. Solar Cells 2003. Vol.

79.P. 439–448.

81

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПЛЕНОЧНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНАТА-ТИТАНАТА СВИНЦА В НЕРАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ

Н.В. Мухин

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

Сегнетоэлектрические пленки находят широкое применение в электронике. В последние годы возрос интерес к сегнетоэлектрическим гетерогенным пленочным системам различного функционального назначения.

Целью работы являлось изучение процессов формирования гетерогенных пленочных сегнетоэлектрических систем. В качестве объекта исследования были выбраны гетерогенные пленки цирконата-титаната свинца (ЦТС) с избыточным содержанием PbO, а также пленочные системы ЦТС–полибензоксазол.

Гетерогенные пленки ЦТС с разным содержанием PbO были получены методом химическое осаждения из растворов. При этом использовался двухстадийный метод получения пленок. На первой низкотемпературной стадии пленки наносились на платинированную подложку, на второй высокотемпературной стадии осуществлялась термообработка пленок ЦТС в кислородсодержащей среде с целью кристаллизации пленок в структуре перовскита. Формирование пленочной гетерогенной системы нанодисперсный порошок ЦТС в полимерной матрице осуществлялось методом ультразвукового диспергирования. Затем проводилась сушка и термообработка пленок. Все образцы формировались на подложках Si-SiO2-Pt. Для исследования электрофизических характеристик на пленки через маску наносились методом ионно-плазменного распыления платиновые электроды при низкой температуре.

Были изучены физико-химические процессы, протекающие при формировании оксидной гетерогенной системы ЦТС с избытком оксида свинца в различных температурно-временных условиях. Проанализированы механизмы фазообразования и дефектообразования с учетом внутренних и внешних границ раздела. Были изучены физико-химические аспекты получения системы ЦТС– полимер и взаимодействия его компонент.

В результате выполнения работы были разработаны модельные представления о процессах формирования структуры и свойств гетерогенных пленочных систем на основе цирконата-титаната свинца.

82

Автор благодарит Воротилова К.А. и Афанасьева В.П. за предоставленные образцы. Исследование выполнено за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 14-32-50556).

83

ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИКАТНЫХ И ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ДЛЯ СЕНСОРНЫХ УСТРОЙСТВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

И.В. Петрова, О.А. Шилова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук

Современная микроэлектроника все чаще работает с наноматериалами и наноструктурами. Тонкие стекловидные пленки, получаемые по золь-гель технологии, также являются наноструктурированными композиционными материалами. Они эффективно применяются в полупроводниковой технологии микроэлектроники [1, 2].

Наиболее успешно стекловидные пленки используются в качестве источников диффузантов, особенно при необходимости введения в полупроводник сразу нескольких легирующих примесей, а также примесей, введение которых другими методами затруднено или невозможно [2]. Использование диффузии из пленок особенно эффективно, когда ставится задача формирования глубоких (более 5 мкм) разделительных p- и p+- слоев в кремнии, в том числе для формирования стоп-слоев в цикле анизотропного травления мембран для сенсоров и датчиков давления, влажности, расхода топлива и газа, при создании кремниевых солнечных элементов и др.

В цикле изготовления металлооксидных газовых сенсоров чрезвычайно важной операцией является формирование каталитического слоя, которое осуществляется также по золь-гель технологии методом формирования силикатных пленок, легированных Pt и Pd. Исследования [1] выявили темплатное действие этих неорганических добавок на морфологию поверхности этих пленок даже при небольшой концентрации этих добавок (~ 1-3 мас. %).

Проведен цикл исследований для установления связи состав – структура – свойства для синтезируемых золь-гель систем. В результате разработаны новые технологические процессы темплатного синтеза силикатных и органонеорганических пленок для сенсорных устройств микроэлектроники. Эти способы внедрены в производство газовых металлоксидных сенсоров на CO и CH4.

1. Shilova O. A. Synthesis and structure features of composite silicate and hybrid TEOS derived thin films doped by inorganic and organic additives. // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2013. V. 68. N. 3. P. 387–410.

84

2. Петрова И. В. Золь-гель технология силикатных и гибридных пленок – источников диффузии бора и гадолиния в кремний. // Молодой ученый. 2014. № 10 (69). С.

46–53.

85

ПОЛИДИФЕНИЛЕНФТАЛИД – НОВЫЙ ЭЛЕКТРОАКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

М.А. Ройз

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Полидифениленфталид (ПДФ) – это полимер, обладающий свойством электрического переключения, которое осуществляется в пленках субмикронной толщины при некотором внешнем воздействии (наложение одноосного давления, электрического или магнитного поля и, возможно, другие)

Всвязи с недостатком литературных данных по ПДФ целью этой работы является получение более целостной картины физических свойств полимера, а так же наблюдение эффекта переключения.

Для проведения исследований использовались два типа пленок: относительно тонкие (< 1 мкм) и толстые (> 1 мкм), полученных из растворов в циклогексаноне и хлороформе. Толстые пленки изготавливались методом полива из раствора, тонкие – методами центрифугирования и формирования на поверхности воды.

Входе проведения эксперимента были получены следующие результаты:

-выявлены различия в ИК спектрах пленок, полученных с применением разных растворителей

-данные атомно-силовой микроскопии показали влияние вида растворителя на характер формирования поверхности пленок ПДФ

-выявлено наличие эффекта переключения (в области частот 25 – 1000 Гц) в пленках ПДФ субмикронной толщины, полученных из раствора в хлороформе, при приложении напряжения смещения 2,5 В

-показано, что диэлектрические потери имеют наибольшее значение в диапазоне частот 25–1000 Гц

Таким образом, продемонстрирована перспективность применения пленок ПДФ в частотном диапазоне 25 – 1000 Гц. Необходимо также продолжить исследование влияния растворителя на диэлектрические свойства и эффект переключения в пленках ПДФ.

86

НАНОРАЗМЕРНЫЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ МЕМБРАНЫ НА ОСНОВЕ АНОДНОГО ОКСИДА – МАТРИЦЫ ДЛЯ ПРОХОЖДЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ПУЧКОВ ГЕЛИЯ

Р.Ш. Самигуллин1, Е. Н. Муратова1, А.А. Шемухин2

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

2Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

В настоящее время активно развиваются методы создания наноструктурированных материалов, основанные на использовании процессов формирования. Одним из материалов, вызывающих практический интерес, является пористый анодный оксид алюминия. Мембраны на основе пористого оксида алюминия востребованы в различных областях науки, поскольку они обладают рядом уникальных свойств, а также механической прочностью, термической стабильностью и химической стойкостью. Данные матрицы, в зависимости от своих геометрических параметров, могут расширить возможности методики резерфордовского обратного рассеяния (РОР), а именно, могут послужить основой (шаблоном) для ионной нанолитографии, фокусирующей системой для заряженного пучка или могут стать частью конструкции для исследования сложных для вакуума объектов (например, биологических) методами PIXE и РОР, способствующей выводу ионного пучка на воздух.

Перспективное применение мембран на основе пористого оксида алюминия объясняется тем, что они обладают меньшим разбросом диметра пор по сравнению с трековыми и полимерными мембранами. Мембраны пористого оксида алюминия обладают высокой проницаемостью и степенью однородности каналов по размерам.

Главной задачей данной работы было создание мембран на основе пористого оксида алюминия и исследование прохождения ионного пучка гелия через них. Образцы представляли собою пластины 15 мм на 15 мм. Исследование с помощью растрового электронного микроскопа структуры полученных мембран показали, что толщина образцов составляет 15 мкм, диаметр пор 20нм и больше, в зависимости от выбранного электролита. Экспериментально показано, что с помощью метода РОР можно анализировать качество структуры нанопористых мембран. Эксперименты по прохождению ионных пучков проводились на ускорительном комплексе AN-2500 в НИИЯФ МГУ. Было уставлено, что коэффициент прохождения ионов через мембрану может превышать 60%. Данное условие

87

обеспечивает функцию каналирования ионных пучков гелия с энергией

1,5-2 МэВ.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № НК 14-08-31609\14 от 10.02.2014 мол_а.

88

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОНКИХ ПЛЕНОК АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ

И.И. Самсонова

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

В последние годы наблюдается повышенный интерес к исследованиям тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H), нашедших широкое применение в тонкопленочных фотоэлектрических преобразователях (ФЭП), несмотря на относительно небольшие значения КПД последних. Благодаря низкой стоимости и характеристикам a-Si:H солнечные модули их основе оказываются конкурентноспособными по сравнению с модулями на монокристаллическом кремнии. Они обеспечивают более высокую эффективность преобразования солнечной энергии при температурах 40–60 °С и в условиях облачности.

Исследование электрофизические свойства тонких пленок a-Si:H (спектральной зависимости показателя преломления и коэффициента поглощения, определение толщины и т.д.), как правило занимает время и требует использования требуют дополнительного оборудования.

Основной задачей данного исследования являлась разработка алгоритма определения оптических параметров тонких пленок a-Si:H и их толщины, а также создание программно-аппаратного комплекса для их измерения. Достоинством данной программы является то, что она не будет требовать установки дополнительного оборудования, все расчеты выполняются на компьютере автоматически. Программно-аппаратный комплекс написан в программном пакете

LabVIEW корпорации National Instruments.

Опираясь на методику, описанную в литературе, был предложен способ определения оптических параметров (спектральной зависимости показателя преломления и коэффициента поглощения) и толщины тонких пленок. Созданный программно-аппаратный комплекс для проведения исследований оптических свойств тонких пленок и определения толщины обладает рядом преимуществ, таких как быстрота, надежность, универсальность и не требует установки дополнительного оборудования. Результаты экспериментальных исследований, полученные с помощью разработанного программного обеспечения, характеризуются высокой воспроизводимостью и точностью определения измеряемых параметров.

89