Влияние адсорбции молекул на электрофизические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе пористого кремния
Диссертация
За последние десятилетия появилось большое число датчиков опасных газов, базирующихся на различных физических явлениях (электрических, оптических, тепловых, магнитных и т. д.), способных улавливать малые концентрации различных веществ в воздухе. Большую часть этих датчиков составляют металлооксидные (полупроводниковые) приборы. Металлооксидные датчики обладает рядом преимуществ, такими как… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 1. 1. Формирование пористого кремния
- 1. 2. Факторы, влияющие на процессы формирования пористого кремния
- 1. 3. Электрические свойства пористого кремния
- 1. 4. Транспортные свойства структур металл/ПК/с-Б!
- 1. 5. Чувствительность пористого кремния к молекулам различных газов
- 1. 6. Использование металлов-катализаторов и фильтров для улучшения селективности газовых датчиков
- 1. 7. Магнитные свойства структур на основе пористого кремния
- Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
- 2. 1. Получение экспериментальных структур
- 2. 2. Вакуумно-адсорбционная установка. Получение адсорбатов
- 2. 3. Методика измерения статических вольт-амперных характеристик экспериментальных структур
- 2. 4. Методика магнитных измерений
- 2. 5. Методика обработки результатов магнитометрии
- 2. 6. Регистрация ЭПР спектров
- Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ
- ОБСУЖДЕНИЕ
- 3. 1. Особенности транспорта носителей заряда в структурах
- Ме/ПК-№(Со)/с-51 при разных температурах
- 3. 2. Чувствительность структуры Ме/ПК-№/с-81 к молекулам метана
- 3. 3. Влияние металла-катализатора на чувствительность экспериментальных структур к молекулам углеводородов
- 3. 4. Влияние адсорбции кислорода на чувствительность структур
- Ме/ПК-№/с-51 к молекулам метана
- 3. 5. Влияние адсорбции молекул водорода на В АХ структуры
- Ме/ПК-№/с
- 3. 6. Чувствительность структуры Ме/ПК-№/с-81 к молекулам осушенного бытового газа
- 3. 7. Влияние адсорбции метана на проводимость структуры Ме/ПК-№/с-81 на фоне атмосферного воздуха
- 3. 8. Влияние адсорбции паров воды на ВАХ структуры Ме/ПК-№/с
- 3. 9. Влияние адсорбции парабензохинона на магнитные свойства пористого кремния
- ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Благодарности
Список литературы
- Демиховский В.Я. Квантовые ямы, нити, точки: Что это такое? // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 5.С.80−86.
- Шик А. Я. Квантовые нити // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 5.С.87−92.
- Белявский В.И. Экситоны в низкоразмерных системах // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 5.С.93−99.
- Борисенко В.Е. Наноэлектроника основа информационных систем XXI века // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 5.С. 100 110.
- Асеев А.Я. Наноматериалы и нанотехнологии для современной полупроводниковой электроники. // Российские нанотехнологии. 2006. Т.1. № 1−2.С. 97−110.
- Кашкаров П.К. Необычные свойства пористого кремния // Соросовский Образовательный Журнал. 2001. Т.7. № 1.С. 102−107.
- Saha Н., Das J. and Hossain S.M. Porous Silicon: A Natural Nanostructure for Vapour Sensing Application // Asian J. Physics. 2003. V.12. P.323−330.
- Cullis A.G., Canham L.T., Calcott P.D.J. The structural and luminescence properties of porous silicon // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. № 3. P. 909−965.
- Ищенко A.A., Фетисов Г. В., Асланов Л. А. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля // М.: ФИЗМАТЛИТ.2011 .С. 130−150.
- H.Pancheri L., Oton C.J., Gaburro Z., Soncini G., Pavesi L. Very sensitive porous silicon N02 sensor // Sensors and Actuators. 2003. В. V. 89. P. 237 239.
- Baratto C., Comini E., Faglia G., Sberveglieri G., Francia G., Filippo F. Gas Detection with a porous silicon based sensors // Sensors and Actuators. B. 2000. V. 65. P. 257−259.
- Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surface Science Reports. 2000. V. 38. P 1126.
- Morales M. P., Poelt P., Albu M, Granitzer P., Rumpf K., Roca A. G. Investigation of a Mesoporous Silicon Based Ferromagnetic Nanocomposite // Nanoscale Res. Lett. 2010. V.5. P. 374−378.
- Rumpf K., Granitzer P., Hilscher G., Albu M., Poelt P. Magnetically interacting low dimensional Ni-nanostructures within porous silicon // Microelectronic Engineering. 2012. V. 90. P. 83−87
- П.Ганьшина E.A., Кочнева М. Ю., Подгорный Д. А., Демидович Г. Б., Козлов С. Н. Структура и магнитооптические свойства гранулированных нанокомпозитов пористый кремний кобальт // Физика твёрдого тела. 2005. Т. 47. № 7. С. 1333−1337.
- Ш. Королев Ф. А., Ганъшина Е. А., Демидович Г. Б., Козлов С. Н. Импеданс и магнитооптические свойства нанокомпозитов пористый кремний-кобальт // Физика твёрдого тела. 2007. Т. 49. № 3. С. 504−507.
- Uhlir A. Electrolytic shaping of germanium and silicon // Bell Syst. Tech. J. 1956. V. 35 № 2. P. 333−347.
- Halimaoui A., In: L. T. Canham (Ed.), Properties of Porous Silicon. IEE INSPEC. The Institution of Electrical Engineers, London, 1997, P. 12.
- Балагуров JI.А. Пористый кремний. Получение, свойства, возможные применения. Часть 1 //Материаловедение. 1998. № 1. С.50−56.
- Smith R.L., Collins S.D. Porous silicon formation mechanisms // J. Appl. Phys. 1992. V. 71. № 8. P. 1−22.23 .Kang Y., Jorne J. Morphological stability analysis of porous silicon formation // J. Electrochem. Soc. 1993. V.140. № 8. P. 2258−2265.
- Горячев Д.Н., Беляков JI. В., Сресели О. М. О механизме образования пористого кремния // ФТП. 2000. Т. 34. Вып. 9. С. 1130−1134.
- Beale M.I.J., Benjamin J.D., Uren M.J., Chew N.G., Cullis A.G. An experimental and theoretical study of the formation and microstructure of porous silicon // J. Crystal Growth. 1985. V. 73. № 3. P. 622−636.
- Brumhead, D., Canham, L.T., Seekings, D.M., Tufton, P. J Gravimetric analysis of pore nucleation and propagation in anodized silicon // Electrochimica Acta. 1993. V.38. № 2. P. 191−197.
- L. T. Canham Laser dye impregnation of oxidized porous silicon on silicon wafers // Applied Physics Letters. 1993. V.63. № 3. P.337−339.
- Sugiyama H., Nittono O. Annealing effect on lattice distortion in anodized porous silicon layers // Jpn. J. Appl. Pt. 2. Lett. 1989. V. 28. № 11. P. 20 132 016
- Belmont O., Faivre C., Belief D., Brechet Y. About the origin and the mechanisms involved in the cracking of highly porous silicon layers under capillary stresses // Thin Solid Films. 1996. V. 276. № 1−2. P. 219−222.
- Балагуров JT.A. Пористый кремний. Получение, свойства, возможные применения. Часть 2 // Материаловедение. 1998. № 3. С.23−45.
- Unagami. Т. Formation Mechanism of Porous Silicon Layer by Anodization in HF. Solution //J. Electrochem. Soc. 1980. V.127. № 2. P. 476- 483.
- Anderson R.C., Muller R.S., Tobias C.W. Investigations of the electrical properties of porous silicon // J. Electrochem. Soc. 1991. V. 138. P. 34 063 411.
- Read A.J., Needs R.J., Nash K.J., Canham L.T., Calcott P.D.J., Qteish A. First-principles calculations of the electronic properties of silicon quantum wires // Phys. Rev. Lett. 1992. V.69. № 8. P. 1232−1235.
- Tsu R., Babic D. Doping of a quantum dot // Appl. Phys. Lett. 1994. V.64. № 14. P. 1806−1808.
- Lehmann V., Hofmann F., Muller F., Gruning U. Resistivity of porous silicon: a surface effect // Thin Sol. Films. 1995. V. 255. № 1−2. P. 20−22.
- Зимин С.П. Эффект холла в низкоомном пористом кремнии // Письма ЖТФ. 1994. Т. 20. Вып. 7. С. 55−59.
- АЪ.Зимин С. П. Концентрация носителей заряда в монокристаллической матрице пористого кремния // Письма ЖТФ. 1995. Т. 21. Вып. 24. С. 4650.
- Ponomarev Е.А., Cowache P., Levy-Clement С. Macropore formation on pSi for photovoltaic applications // Mater. Int. Conf. «Porous Semiconductors — Science and Technology» Mallorca, Spain. 1998. P. 23−24.
- Зимин С.П., Брагин А. Н. Релаксация проводимости в закрытом пористом кремниипосле термообработки // ФТП. 1999. Т. 33. Вып. 4. С. 476−480.
- Libianiker Y., BalbergL, Partee J., Shinar J. Following directly the effect of the various deep states on the phototransport properties of a-Si:H // J. Non-Cryst. Sol. 1996. V. 198−200. P. 309−312.
- Libianiker Y., Balberg I. Two Meyer-Neldel rules in porous silicon // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 78. № 12. P. 2433−2436.
- Peng C., Hirschman K.D., Fauchet P.M. Carrier transport in porous silicon light-emitting devices. // J. Appl. Phys. 1996. V. 80. № 1. P. 295−300.
- Canham L.T., Houlton M.R., Leong W.Y., Pickering C., Keen J.M. Atmospheric impregnation of-porous silicon at room temperature // J. Appl. Phys. 1991. V. 70. № 1. P. 422−431.
- Schechter I., Ben-Chorin M., Kux A., Gas Sensing Properties of Porous Silicon // Anal. Chem. 1995. V.67. P. 3727−3732.
- Deresmes D., Marissael V., Stievenard D., Ortega C. Electrical behavior of aluminum-porous silicon junction // Thin Solid Film. 1995. V. 255. № 1−2. P. 258−261.
- Ярким Д. Г. Транспортные свойства и фоточувствительность структур металл/ пористый кремний/ c-Si // ФТП. 1999. Т. 33. Вып. 2. С. 211 214.
- Balagurov L.A., Yarkin D.G., Petrovicheva G.A., Petrova E.A., Orlov A.E., Andrushin S. Ya. Highly sensitive porous silicon based photodiode structures // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. № 9. P. 4647−4650.
- Pulsford N.L., Rikken G.L.J.A., Kessener Y.A.R.R., Lous E.J. Behavior of a rectifying junction at the interface between porous silicon and its substrate // J. Appl. Phys. 1994. V. 75. № 1. P. 636−638.
- Zheng J.P., Jiao K.L., Shen W.P., Anderson W.A., Kwok H.S. Highly sensitive photodetector using porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 61. № 4. P. 459−461.
- Non-Crystalline Solids. 1996 V. 198−200. Pt. 2. P. 857−862. 63. Lampert M.A., Mark P. Current Injection in Solids. NY, Academic press, 1970.
- Van Buuren T., Tiedje T., Dahn J.R., Way B.M. Photoelectron spectroscopy measurements of the band gap in porous silicon // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. № 21. P. 2911−2913.
- Milns A.G., Feucht U.L., Heterojunctions and Metal-Semiconductor Junctions, NY, Academic Press, 1972.
- Kashkarov P.K., Konstantinova E.A., Matveeva A.B., Timoshenko V.Yu. Photo voltage and photo induced charge trapping in porous silicon // Appl. Phys. A. 1996. V. 62. № 6. P. 547−551.
- Foucaran A., Pascal-Delannoy F., Giani A., Sackda A., Combette P., Boyer
- A. Porous silicon layers used for gas sensor applications // Thin Solid Films. 1997. V. 297. P. 317−320.
- B. Chem. 2001. V. 68. P. 210−217.
- Baratto C., Comini E., Faglia G., Sberveglieri G., Francia G., Filippo F., Ferrara V., Quercia L., Lancellotti L. Gas detection with a porous silicon based sensor // Sens. Actuators B Chem. 2000. V. 65. № 2. P. 257−259.
- Bilenko D.I., Belobrovaja O.Y., Coldobanova O.Y., Jarkova E.A., Khasina E.I. In situ measurement of porous silicon and the influence of ambient gas on its properties // Sens. Actuators A. 2000. V. 79. № 2. P. 147−152.
- Watanabe K., Okada T., Choe I., Satoh Y. Organic vapor sensitivity in a porous silicon device // in: Proceedings of the Transducers '95, Stockholm, Sweden. 1995. V. 1. P. 890−893.
- Min H.-K., Yang H.-S., Cho S.M. Extremely sensitive optical sensing of ethanol using porous silicon // Sens. Actuators B. Chem. 2000. V. 67. P. 199−202.
- Lin V.S.-Y., Motesharei K., Dancil K.S., Sailor M.J. Ghadiri M.R. A porous silicon-based optical interferometric biosensor // Science. 1997. V. 278 P. 840−843.
- Ben-Chorin M. A. Kux. Gas Sensing Properties of Porous Silicon. // Anal. Chem. 1995. V. 67. P. 3727−3732
- Mizse J. Gas sensor applications of porous Si layers. // Thin Solid Films. 2007. V. 515. P. 8310−8315.
- Pancheri L., Oton C.J., Gaburro Z, Soncini G., Pavesi L. Very sensitive porous silicon NO2 sensor // Sensors and Actuators B. 2003. V. 89. P. 237 239.
- Болотов В.В., Пономарева И. В., Стенькин Ю. А., Кан В.Е. Влияние адсорбции NO2 на оптические и электрофизические свойства слоев пористого кремния // ФТП. 2007. Т. 41. Вып. 8. С. 981−983.
- Boarino L., Geobaldo F., Borini S., Rossi A.M., Rivolo P., Rocchia M., Garrone E., Amato G. Opposite effects of NO2 on electrical injection in porous silicon gas sensors // Phys. Rev. B. 2001. V.64. P. 205−208.
- Осминкина JJ.A., Константинова E.A., Шаров КС., Кашкаров П.К, Тимошенко В. Ю. Роль примеси бора в активации свободных носителей заряда в слоях пористого кремния при адсорбции акцепторных молекул // ФТП. 2005. Т. 39. Вып. 3. С. 365−368.
- Naderi N., Hashim M.R., Amran T.S.T. Enhanced physical properties of porous silicon for improved hydrogen gas sensing // Superlattices and Microstructures. 2012. V. 51 P. 626−634.
- Dzhafarov T. D., Omur В Can, Oruc C., Allahverdiev Z. A. Hydrogen sensing characteristics of Cu-PS-Si structures // J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. V. 35. P. 3122−3126
- Litovchenko V.G., Gorbanyuk T.I., Solntsev V.S., Evtukh A.A. Mechanism of hydrogen, oxygen and humidity sensing by Cu/Pd-porous silicon-silicon structures /1 Applied Surface Science. 2004. V. 234. P. 262−267
- Киселев В.Ф., Крылов О. В. Электронные явления в адсорбции и катализе на полупроводниках и диэлектриках. М.: Наука, 1979. С. 236 251.98 .Волькенштейн Ф. Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при адсорбции. М.: Наука, 1987. С. 432−448.
- Gopel, W., Hesse, J., Zemel, J.N. (Eds.) Chemical and Biochemical Sensors, part I // Sensors. A Comprehensive Survey. 1991 V. 2. Weinheim: VCH. P.716−722.
- Орлик Д., Ивановская M., Коль К. Катализаторы восстановительных газов//ЖАХ. 1995. Т. 50. № 11. С. 1173−1182.
- Keller C.S., Bell А.Т. Gas-sensitivity properties of nanoscale Au-In203 materials // J. Catal. 1982. V. 75. № 2. P. 251−259.
- Голодец Г. И. Зависимость селективности от энергии связи металл-кислород // Кинетика и катализ. 1987. Т. 28. № 2. С. 337−345.
- Bamwenda G. R., Tsubota S., Nakamura Т. Size and support dependency in the catalysis of gold // Catal. Lett. 1997. V. 44. P. 153−156.
- Kohl D. The Role of Noble Metals in the Chemistry of Solid-state Gas Sensors // Sensors and Actuators B. 1990. V. 1. P. 158−165.
- Румянцева M. H., Коваленко В. В., Гаськов А. М., Панъе Т. Нанокомпозиты на основе оксидов металлов как материалы для газовых сенсоров // Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева. 2007. Т. 1. № 6. С. 61−70.
- Infantes-Molina A., Merida-Robles J., Braos-Garcia P., Rodriguez-Castellon E. Nickel supported on porous silica as catalysts for the gas-phase hydrogenation of acetonitrile // Journal of Catalysis. 2004. V. 225 P. 479 488
- Sulz G., Kuhner G., Reiter H., Uptmoor G., Schweizer W., Liiw H. Ni, In and Sb implanted Pt and V catalysed thin-film SnO, gas sensors // Sensors and Acruofors B. 1993. V. 16. P. 390−395
- Coleman L. J. I., Croiset E., Epling W., Fowler M., Hudgins R. R. Evaluation of Foam Nickel for the Catalytic Partial Oxidation of Methane // Catal Lett. 2009. V. 128 P. 144−153.
- Logothetis E. M., Hurley M. D., Kaiser W. J., Yao Y. C. Selective methane sensors // Proc. 2nd Int. Meet. 1986 Chem. Sensors. Bordeaux. France. P. 175−178.
- Laiho R., Lahderanta E., Vlasenko L., Afanasiev M. Magnetic properties of light-emitting porous silicon //J. Lumin. 1993. V. 57. N 1−6. P. 197−200.
- Компан М.Е., Шибанов И. Ю., Салонен Я. Ориентационно-зависимый эффект Фарадея в тонких пленках пористого кремния //ФТТ. 1999. Т. 41. № 1.С. 54−56.
- Granitzer P., Rumpf К., Poelt P. Novel morphology dependent ferromagnetic behaviour of mesoporous silicon // ECS Trans. 2008, V. 16, № 3, P. 101−106.
- Granitzer P., Rumpf K., Roca A. G., Morales M. P., Poelt P. Investigation of a Mesoporous Silicon Based Ferromagnetic Nanocomposite // Nanoscale Res. Lett. 2010. V.5 P. 374−378
- Granitzer a P., Rumpf a K., Venkatesanb M., Cabrerac L., Rocac A.G., Moralesc M.P. A porous silicon/iron oxide nanocomposite with superparamagnetic and ferromagnetic behaviour // ECS Transactions. 2011. V. 33 № 16. P. 95−99.
- Kechrakos D., Trohidou K. N. Magnetic properties of dipolar interacting single-domain particles // Phys. Rev. B. 1998. V. 58 № 18. P. 12 169−12 177
- Rumpf K., Granitzer P., Poelt P. Non-saturating magnetic behaviour of a ferromagnetic semiconductor/metal nanocomposite // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010. V. 322. P. 1283−1285
- Kopnov G., Vager Z., Naaman R. New Magnetic Properties of Silicon/Silicon Oxide Interfaces // Adv. Mater. 2007. V. 19. P. 925−928
- Semiconductor spintronics and quantum computation/ Edited by Awschalom D.D., Loss D., Samarth N. // NanoScience and Technology Series. Springer. 2002. (316 pages)
- Виноградов A.H., Ганыиина E.A., Гущин B.C., Демидович B.M., Демидович Г. Б., Козлов С. Н., Перов Н. С. Магнитооптические и магнитные свойства нанокомпозитов гранулированный кобальт — пористый кремний // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 13. С. 84−89.
- Королев Ф.А., Ганьшина Е. А., Демидович Г. Б., Козлов С. Н. Импеданс и магнитооптические свойства нанокомпозитов пористый кремний-кобальт // ФТТ. 2007. Т. 49. Вып. 3. С. 504−507.
- Карпович И.А., Тихое C.B., Шоболов Е. Л., Звонков Б. Н. Влияние водорода на свойства диодных структур с квантовыми ямами Pd/GaAs/InGaAs // ФТП. 2002. T. 36. Вып. 5. С. 582−586.
- Демидович В.М., Демидович Г. Б., Козлов С. Н., Петров A.A. «Молекулярная чувствительность структур на базе нанопористого кремния.» // Тезисы Всероссийской научной конференции «Физические проблемы экологии», 23−27 июня 1997 г., Москва, Т.1, С. 24.
- Wise M.L., Sneh О., Okada L.A., George S.M. Reaction kinetics of H20 with chlorinated Si (lll)-(7*7) and porous silicon surface // Surface Science. 1996. V. 364. № 3. P. 345−366.
- Константинова E.A., Демин B.A., Тимошенко В. Ю. Исследование процесса генерации синглетного кислорода в ансамблях фотовозбуждённых нанокристаллов кремния методом электронного парамагнитного резонанса. // ЖЭТФ. 2008. Т. 134. Вып. 3(9). С. 557 566.
- Форш П.А., Мартышов М. Н., Латышева А. П., Воронцов A.C., Тимошенко В. Ю., Кашкаров П. К. Подвижности носителей заряда в слоях пористого кремния // ЖЭТФ. 2008. Т. 134. Вып. 6(12). С. 11 951 199.
- Антропов И.М., Демидович Г. Б., Козлов С. Н. «Адсорбционная чувствительность нанокомпозита „пористый кремний никель“ к метану» // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37. Вып. 5. С. 43−48.
- Антропов И.М., Демидович Г. Б., Козлов С. Н. «Адсорбционная чувствительность нанокомпозита „пористый кремний-ферромагнитныйметалл“ к молекулам водорода» // Письма в ЖТФ. 2012. Т. 38. Вып. 10. С. 1−5.
- Антропов И. М., Семисалова A.C., Константинова Е. А., Перов Н. С., Козлов С. Н. «Влияние адсорбции парабензохинона на магнитные свойства наноструктурированного кремния» // ФТП. 2012. Т. 46. Вып. 9. С. 1143−1145.
- Антропов И.М., Демидович Г. Б., Козлов С. Н. «Влияние адсорбции метана на ВАХ нанокомпозита „пористый кремний-никель“» // Тезисы на XII Международной конференции «Диэлектрики 2011», С. 156−158, 23−26 мая 2011 г., Санкт-Петербург.
- Антропов И.М., Демидович Г. Б., Козлов С. Н. «Исследование взаимодействия метана с окисленной поверхностью пористого кремния» // Материалы X Курчатовской молодежной научной школы, С. 75−76, 23−26 октября 2012 г., Москва. у