Наночастицы для практического использования

Результаты, связанные с достижением жестких покрытий, получены на нитридах переходных металлов, таких как TiN, CrN, VN и ZrN. Они имеют хорошие хим и физические характеристики. Так, к примеру, TiN устойчив к окислению при температурах не выше 500 °С. При более больших температурах начинается формирование узкого слоя TiO2 на поверхности TiN. Более высшую Наночастицы для практического использования защиту от окисления имеет CrN благодаря формированию плотного и пассивирующего слоя Cr2O3, который защищает от предстоящего окисления. Главным способом получения нитридных покрытий является

ионно-лучевое осаждение.

Малые частички употребляют при производстве разных авиационных материалов, к примеру, радиопоглощающих керамик, в матрице которых хаотично распределены железные частички. Глиняние наноматериалы обширно Наночастицы для практического использования употребляются для производства деталей, работающих при завышенных температурах, неоднородных тепловых нагрузках и в брутальных средах. Такие материалы сверхпластичны, что позволяет получать из их изделия сложной конфигурации с высочайшей точностью размеров, к примеру, для аэрокосмической техники. Нанокерамику на базе гидроксиапатита благодаря биосовместимости и высочайшей прочности употребляют в ортопедии для производства Наночастицы для практического использования искусственных суставов и в стоматологии для производства зубных протезов. Гидротермальный синтез позволяет получать оксидную нанокерамику TiO2, ZrO2, HfO2, в том числе в виде нанопрутков. Нанокристаллические порошки диоксидов титана, циркония и гафния и композиции на их базе находят свое применение в качестве катализаторов, газовых детекторов, диэлектрической керамики, красителей, жестких электролитов, диффузионных Наночастицы для практического использования барьеров и оптических покрытий.

СИНТЕЗ, Характеристики И ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Полупроводниковые микрочастицы могут играть главную роль в неких новых разработках. Большой энтузиазм обоснован тем, что микрочастицы получают необыкновенные хим и электрические характеристики, которые увеличивают потенциал для использования в таких областях, как нелинейная оптика, люминесценция, электроника, катализ, преобразование солнечной энергии Наночастицы для практического использования, оптоэлектроника и другие. Малые размеры таких частиц обуславливают различие физических параметров, которые мы смотрим в соответственных макрокристаллических объемах материалов. С уменьшением размера частиц отношение числа поверхностных атомов к числу атомов в объеме частички возрастает, что приводит к тому, что характеристики поверхности начинают играть важную роль в свойствах материала.

Полупроводниковые Наночастицы для практического использования микрочастицы также демонстрируют изменение электрических параметров по сопоставлению со качествами большого материала. По мере того, как размер частички миниатюризируется, ширина нелегальной зоны полупроводника возрастает. Химики и материаловеды получают уникальную возможность изменять электрические и хим характеристики материала за счет контроля размера частиц. Проведенные исследования позволили сделать некое количество устройств Наночастицы для практического использования, базирующихся на этих свойствах.

С уменьшением размера полупроводниковой частички, уровни, отвечающие возбужденным электронам, сдвигаются в область более больших энергий. Таким макаром, ширина нелегальной зоны возрастает, а энергия перехода может быть определена как E = 1 / r2, где r – радиус частички. Отсюда видно, что энергия перехода возрастает с уменьшением размера частички.

Диапазон Наночастицы для практического использования оптического поглощения нанокристаллического полупроводника обеспечивает прямой и доступный способ оценки явлений квантового размера. Поглощение фотона, приводящее к возбуждению электрона и переходу его из валентной зоны в зону проводимости, связано с энергией для преодоления энергетической щели (Eg). Поглощение фотонов с энергией, практически равной энергии перехода .ν ≥ Eg , приводит к оптическому переходу, который Наночастицы для практического использования переводит электрон из валентной зоны в зону проводимости, а в валентной зоне создается дырка. Поглощение фотонов с энергией, намного превосходящей Еg , приводит к возбуждениям за пределом зоны проводимости. Эти электроны могут утратить излишнюю энергию за счет неизлучательных процессов.

Электрические состояния нанокристаллических полупроводников имеет особенности. Энергетическая щель – ширина нелегальной зоны расширяется Наночастицы для практического использования, возникают дискретные уровни локализованных состояний и появляются поверхностные состояния. Не считая того, зоны валентности и проводимости состоят из дискретных наборов электрических уровней, и это свойство может рассматриваться как состояние вещества меж молекулярным состоянием и состоянием большого материала. Таким макаром, нанокристаллические полупроводники – это новый тип материалов, отличающихся от мощных полупроводников Наночастицы для практического использования сначала: 1) более расширенной энергетической зоной меж валентной зоной и зоной проводимости ;2) дискретностью уровней как в валентной, так и в проводящей зоне. Принципиальным является также факт, что чем меньше поперечник частички, тем больше ширина нелегальной зоны. Перечисленные свойства являются основой для использования полупроводниковых частиц в новых разработках для сотворения Наночастицы для практического использования микроэлектронных устройств и устройств.

Существенное число матриц может быть применено для изготовления полупроводниковых микрочастиц. Это цеолиты, слоистые твердые тела, молекулярные фильтры, мицеллы, микроэмульсии, гели, полимеры и стекла. Эти матрицы можно рассматривать как нанокамеры, ограничивающие предельный размер роста кристаллитов. Область размеров частиц может быть ограничивать, т.е. в цеолите поперечник Наночастицы для практического использования нанокристаллитов определяется размером пор (в цеолите он обычно меньше, чем 2 нм).

Предложен действенный способ получения полупроводниковых нанокристаллов. Смеси (CH3)2Cd и 3-n-октилфосфин селенидов (TOPSe) инжектировались в жаркий 3-n-октилфосфин оксид (ТОРО) в спектре температур 120…300 °С. Приобретенный ТОРО покрывал нанокристаллы CdSe.

Совершенно не так давно был предложен одноэлектронный транзистор Наночастицы для практического использования на базе единичного нанокристалла CdSe, осажденного на SiO2 / Si подложке с внедрением алкантиолов как проводящих проволочек (рис. 7).

Понятно устройство твердотельного лазера, основанного на люминесцентных свойствах квантовых точек железных халькогенидов (CdS, CdTe, ZnS, ZnTe на базе такового материала, как полиметилметакрилан). Длина волны излучаемого света определялась избранным размером нанокристаллитов.

Рис. 7. Идеализированная диаграмма одноэлектронного Наночастицы для практического использования транзистора на базе нанокристаллов CdSe

Катализ и хим датчики.

Огромное отношение площади поверхности к объему, также способность к расширению энергетической щели полупроводника за счет конфигурации размера частиц позволяют считать, что нанодисперсные полупроводники могут быть применены как детекторы и катализаторы в фотохимических реакциях. Внутренние уровни проводимости и валентных зон в особенности Наночастицы для практического использования чувствительны к размерным квантовым эффектам. Носители зарядов, образуемые после абсорбции света, мигрирующие к поверхности частички могут уменьшить либо окислить поверхностные хим связи. Изучалось внедрение частиц ZnS для окисления алкоголей и уменьшения СО2 в муравьиной кислоте. Водород может создавать освещение аква коллоидов PbSe (5 нм) либо HgSe-частиц 5 нм. Частички Наночастицы для практического использования железных оксидов и сульфидов также могут быть применены как катализаторы для фотоинициируемой полимеризации с внедрением виниловых мономеров либо CdS и полимеризации метилметакрилата, используя ZnO. Представляет большой энтузиазм внедрение микрочастиц TiO2 как детекторов для обнаружения O2, N2 и органических молекул. Селективность детекторов находится в зависимости от способов производства частиц TiO2, эффективность Наночастицы для практического использования которых как хим детекторов возрастает при уменьшении размера частиц. Хотя в текущее время имеется довольно широкий выбор способов для сотворения квантовых точек полупроводников, появляется довольно много заморочек, связанных с изготовлением воспроизводимых и надежных материалов этого вида, нужных для технологических приложений. На сегодня не существует общих способов синтеза надежных наноструктурных Наночастицы для практического использования материалов. В технологии хим синтеза только некие способы обеспечивают создание полупроводниковых нанокристаллов. Но уникальные характеристики этих материалов, способности управления шириной нелегальной зоны и перестраиваемой люминесценцией делают их применение очень близкой перспективой.

Наноразмерные частички кремния и германия в оксидных

диэлектриках. Формирование, характеристики, применение

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы появилась необходимость разработки физических основ Наночастицы для практического использования формирования материалов на базе кремния, владеющих рядом параметров, которые обеспечили бы применение этого полупроводника при разработке последнего поколения опто-, микро- и наноэлектронных устройств, таких, как светодиоды, лазеры и элементы памяти. Предстоящее увеличение быстродействия интегральных схем становится уже неосуществимым на базе обычного подхода, связанного с уменьшением размеров частей, сначала Наночастицы для практического использования поэтому, что, начиная с некого критичного размера, быстродействие лимитируется не размерами, а скоростью передачи сигналов по межсоединениям. Интеграция электрических и оптических функций позволила бы выполнить высококачественный скачок в развитии современной электрической техники. Кремний в протяжении многих десятилетий остается главным материалом электрической техники. Но, его применение в оптоэлектронных устройствах Наночастицы для практического использования очень ограничено. Низкая эффективность люминесцентных параметров кремния делает его без внедрения особых мер фактически не применимым для сотворения светоизлучателей. В то же время отказ от кремния и переход к другим материалам (к примеру, к полупроводникам А3В5) востребовал бы конструктивного конфигурации потрясающе отработанной технологии интегральных схем и привел бы Наночастицы для практического использования к их резкому удорожанию. Потому усилия исследователей ориентированы на улучшение излучательных параметров кремния. Одно из более успешных решений данной препядствия получило развитие с момента обнаружения насыщенной люминесценции пористого кремния (ПК). Это – наноструктурирование, заключающееся, а именно, в формировании нанокристаллов (НК) Si в широкозонных диэлектрических матрицах. Наноструктурирование кремния обеспечивает действенное излучение света Наночастицы для практического использования при комнатной температуре в видимом и ближнем ИК спектрах диапазона, нелинейные оптические и одноэлектронные характеристики, не присущие этому материалу в мощном состоянии. Улучшение люминесцентных параметров кремния в данном случае обосновано квантово-размерным эффектом, позволяющим повысить возможность излучательной рекомбинации локализованных в НК электронно-дырочных пар, также понизить роль безызлучательной рекомбинации.

Наибольшее Наночастицы для практического использования внимание исследователей завлекает система НК кремния в матрице диоксида кремния (SiO2:nc-Si), создаваемая при высокотемпературном распаде пересыщенного твердого раствора SiO2:Si. Фаворитные позиции посреди способов сотворения таковой системы занимает ионная имплантация, которая отлично совместима с современной планарной технологией микроэлектроники и обеспечивает контролируемое введение нужных частей в Наночастицы для практического использования твердые тела. Более животрепещущей в прикладном плане задачей является оптимизация люминесцентных параметров системы SiO2:nc-Si. Один из методов оптимизации заключается в варианты характеристик ее изготовления, таких как степень пересыщения твердого раствора SiO2:Si (доза ионов Si+ в случае ионной имплантации), температура и время постимплантационного отжига, атмосфера отжига. Другой метод заслуги наибольшей Наночастицы для практического использования эффективности люминесценции заключается в легировании SiO2:nc-Si маленькими донорными и акцепторными примесями. Ионное легирование (также ионное облучение, являющееся его неотъемлемым шагом) такими примесями, как P, B, N может значительно видоизменять характеристики как НК, так и окружающей матрицы, при этом нрав и степень воздействия значительно зависят Наночастицы для практического использования от режимов синтеза и легирования системы. Нужно выявление и систематизация вероятных устройств воздействия ионного облучения и легирования НК в широких интервалах концентраций примесей и критерий обработки. Этот вопрос представляет не только лишь практический энтузиазм, он увлекателен и для физики полупроводников, а именно, для выяснения вопроса о применимости для наноструктур и модификации Наночастицы для практического использования неких представлений, выработанных ранее для мощных материалов.

Принципиальным фактором, определяющим характеристики НК Si, является совокупа параметров (тип материала, состав, структура) диэлектрической матрицы, в какой эти НК синтезируются. С базовой точки зрения очень любопытно проследить, как изменение состава либо типа матрицы будет оказывать влияние на закономерности формирования и характеристики НК Наночастицы для практического использования. Сочетание последних со специфическими качествами матрицы может значительно обогатить многофункциональные способности создаваемых материалов. Возможными кандидатами для практического воплощения данной идеи служат оксидные материалы Si1-xGexO2 (в том числе GeO2) и Al2O3. Легированные германием силикатные стекла Si1-xGexO2 (x > 0) издавна заинтриговали исследователей и разработчиков систем волоконной оптики в связи с Наночастицы для практического использования некими их качествами. Во-1-х, это высочайшая чувствительность оптических параметров германатно-силикатных стекол к ультрафиолетовому и ионному облучению, позволяющая за счет контролируемой модификации показателя преломления записывать дифракционные решетки и зеркала в волноводных структурах. Во-2-х, это высочайшее сечение рамановского рассеяния, которое делает этот материал многообещающим для сотворения перестраиваемого Наночастицы для практического использования рамановского лазера. Формирование люминесцирующих НК в планарном волноводном слое Si1-xGexO2 явилось бы принципиальным шагом на пути к созданию лазера на квантовых точках (КТ) Si. Уникальный подход заключается в имплантации ионов Si в пленки Si1-xGexO2 различного состава с целью синтеза НК Si либо Ge. Пластинки сапфира, одной из Наночастицы для практического использования кристаллических модификаций Al2O3, удачно используются при изготовлении радиационно-стойких структур типа «кремний-на-сапфире» (КНС). Бесформенные же пленки Al2O3 рассматриваются в качестве 1-го из вариантов подмены обычного окисла кремния при формировании сверхтонких подзатворных диэлектрических слоев в КМОП-технологии, благодаря высочайшей диэлектрической проницаемости, большой ширине нелегальной зоны и высочайшим Наночастицы для практического использования барьерам по отношению к границам разрешенных зон в энергетической структуре кремния. Последние свойства делают подходящие условия для наблюдения квантово-размерного эффекта при встраивании в Al2O3 НК Si, а высочайшее значение диэлектрической проницаемости может в принципе позволить получить более высшую концентрацию электрически изолированных КТ. Наличие преимущественной ориентации Наночастицы для практического использования НК при их синтезе в кристаллическом сапфире могло бы также привести к обнаружению поляризационных эффектов в люминесцентных свойствах. Факт формирования НК Si в матрице Al2O3 экспериментально был зафиксирован в нескольких работах, в каких также были обнаружены действенная люминесценция и одноэлектронные эффекты. Таким макаром, физические процессы при формировании систем Наночастицы для практического использования НК Si в оксидных матрицах SiO2, Si1-xGexO2, Al2O3, их оптические и люминесцентные характеристики представляют большой энтузиазм как с базовой, так и с практической точек зрения.

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ КРЕМНИЯ И ГЕРМАНИЯ В ОКСИДНЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ

Более изученный способ, на сто процентов совместимый с планарной кремниевой технологией, заключается в Наночастицы для практического использования формировании НК кремния с размерами наименее 10 нм, погруженных в широкозонную диэлектрическую матрицу (в ординарном случае – SiO2). В рамках данного подхода реализуется сильное пространственное ограничение носителей,

квантово-размерный эффект, увеличивающий возможность межзонной излучательной рекомбинации и сдвигающий значение оптической щели в видимую область диапазона. Технологические решения, лежащие в базе этого способа, включают Наночастицы для практического использования окисление осажденных слое нанокристаллического кремния или создание обогащенных кремнием слоев SiOx (в большинстве случаев способами осаждения и ионной имплантации) с следующим высокотемпературным отжигом, приводящим к преципитации кремния в виде НК.

Примером структуры, содержащей НК Si, окруженные матрицей SiO2, является окисленный ПК. Не вдаваясь в подробности и особенности методики анодного травления Наночастицы для практического использования, используемого для изготовления ПК, необходимо подчеркнуть главные структурные и люминесцентные характеристики этого материала. Свежеприготовленный ПК представляет собой структуру из кристаллических кремниевых нитей, окруженных порами. Поверхность нитей обычно пассивирована водородом (в виде гидридов) в силу его наличия в составе травителя. Окисление ПК происходит или естественным методом при выдержке на воздухе Наночастицы для практического использования, или проводится специально. При больших температурах окисления (900-1100 .С) формируется бесформенный слой SiOx, содержащий отдельные поры и окисленные НК Si с размерами порядка единиц нанометров. Последние сохраняют ориентацию подложки и являются источниками насыщенной люминесценции. При предстоящем увеличении температуры и полном окислении кремния НК исчезают.

Наибольшее количество экспериментальных работ посвящено формированию Наночастицы для практического использования НК Si разными способами осаждения. Зависимо от осаждаемого вещества (состава распыляемых мишеней либо начальной газовой среды) и структуры получаемых слоев эти способы можно условно поделить на две группы. 1-ая группа способов базирована на осаждении кремния и следующем окислении. 2-ой подход заключается в осаждении начально нестехиометричных слоев SiOx (а именно Наночастицы для практического использования, SiO), с следующим высокотемпературным отжигом.

Для осаждения НК Si также употребляются способы теплового либо лазерного испарения простого Si. В общем случае осажденный слой состоит из НК Si, окруженных нестехиометричным окислом (после выдержки на воздухе либо термообработки) и содержит пустоты. Ширина оптической щели НК Si миниатюризируется с повышением Наночастицы для практического использования их размера в согласии с данными, а люминесценция покрывает весь видимый спектр диапазона при изменении размера НК от 1 до 4 нм.

Способ осаждения слоев SiOx с следующим высокотемпературным отжигом для формирования НК либо нанокластеров Si обеспечивает более контролируемое изменение параметров системы SiO2:nc-Si и стабильность их во времени. В рамках Наночастицы для практического использования данного подхода для формирования образцов употребляется большой набор экспериментальных методик, включая совместное осаждение Si и SiO2, Si и SiO, осаждение SiO в присутствии O2 либо N2O, осаждение Si в присутствии O2 и т.д.

Независимо от определенного способа осаждения, в базе подхода лежит нанесение пленок нестехиометричного оксида SiOx, где Наночастицы для практического использования x может изменяться от 0 до 2. Следующий отжиг при температурах выше 400 С приводит к явлению разделения фаз и формированию включений Si, погруженных в матрицу SiO2. Процесс разделения фаз в SiOx протекает при отжиге в согласовании со последующей реакцией: 2SiOx -xSiO2 + (2-x)Si. Выделение фазы кремния сопровождается восстановлением стехиометрии Наночастицы для практического использования окружающей оксидной матрицы, которое отлично отслеживается способами ИК-спектроскопии по изменению частот колебаний связей Si-O.

Нанокристаллические включения могут формироваться при облучении высокоэнергетическими ионами (с энергиями более 1 МэВ) пересыщенных жестких смесей (в том числе смесей SiO2:Si) за счет локального разогрева в треках ионов либо при помощи имплантации ионов кислорода в Наночастицы для практического использования кремний с следующим отжигом при 1300-1400 С. Для формирования НК Si (либо Ge) в бесформенных либо кристаллических слоях Al2O3 употребляются способы ионной имплантации, лазерной абляции, совместного распыления с следующим отжигом при температурах 300-1100 С.Отжиг твердого раствора Al2O3:Si(Ge) приводит к преципитации атомов полупроводника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Формирование структур на базе нанокристаллов Наночастицы для практического использования кремния и германия в разных диэлектрических матрицах представляет большой энтузиазм как для развития базовых познаний о квантово-размерных свойствах непрямозонных полупроводников, так и для решения принципиальной задачки сотворения кремниевой (германиевой) нанофотоники.

Исходя из убеждений внедрения данных структур самые большие надежды связываются с возможностью их использования в оптоэлектронных системах как Наночастицы для практического использования фактически светоизлучающих частей, также сенсибилизаторов излучения редкоземельных примесей на коммуникационной длине волны 1,54 мкм (соответственной окну прозрачности кварцевых оптоволокон), также в устройствах энергонезависимой флэш-памяти. Эти способности далековато не исчерпаны. А именно, встраивание излучающих квантовых точек конкретно в оптические волноводы на кремниевых чипах, в особенности, в купе Наночастицы для практического использования с формированием на тех же чипах дифракционных зеркал (резонаторов) открывает способности для конструирования функциональных устройств последнего поколения. Представляет большой энтузиазм и исследование способности формирования нанокристаллов в ряде других оксидных материалов не считая тех, что рассмотрены в данном обзоре. Решение этих задач востребует огромного объема дополнительных исследовательских работ.


napravlenie-i-zadachi-deyatelnosti-proekta.html
napravlenie-ispolzovaniya-byudzhetnih-sredstv-publichnij-otchyot-o-deyatelnosti-gosudarstvennogo-byudzhetnogo-obrazovatelnogo.html
napravlenie-konflikti-i-sposobi-resheniya-konfliktov-v-kollektive.html