Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Научная работа: Актуальные вопросы нанотехнологических исследований

Название: Актуальные вопросы нанотехнологических исследований
Раздел: Рефераты по физике
Тип: научная работа Добавлен 03:10:06 18 марта 2011 Похожие работы
Просмотров: 245 Комментариев: 2 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

Актуальные вопросы нанотехнологических исследований

Ташполотов Ы.


Одной из важных и актуальных проблем физики твердого тела, физико-химической механики дисперсных систем и синергетики является изучение процессов структурообразования (формирования) новой фазы и разрушения связи между частицами, элементами (блоками, структурными слоями, микрообластями и др.) однородных и разнородных систем. Несмотря на важность изучения процессов образования систем ряд фундаментальных вопросов этих проблем остается до сих пор нерешенным. Пока нет строгого ответа на такие принципиальные вопросы, как механизм структурообразования новой фазы, рост пленок и кристаллов, коагуляционная агрегация наночастиц в процессе структурообразования.

Это объясняется, с одной стороны, многостадийностью и многофакторностью рассматриваемых явлений, а с другой – тем, что при изучении этих явлений акцентируется определенный аспект проблемы в соответствии с конкретными целями и не ставится при этом задача установления общих закономерностей образования нано- и микроскопических систем. Отсюда существование различных гипотез, концепций и теорий, позволяющих объяснить тот или иной аспект проблемы.

Изучение закономерности процессов структурообразования позволяет создать теоретические основы получения различных наноструктурных материалов с заданными свойствами. Функциональные свойства наноструктурных материалов, в свою очередь, зависят от их дисперсности, природы поверхности, межфазных взаимодействий, условий структурообразования и др.

При образовании наночастиц с размерами от 1 нм до 1 мкм и более обнаруживаются все особенности поверхностных состояний, так как в данном случае теряется понятие объема, т.е. положения атомов вблизи поверхности отличаются от положений в объеме коисталла и поэтому наносистемы далеки от равновесия из-за наличия развитой поверхности. В связи с этим нанодисперсные и дисперсные состояния являются особыми формами неравновесного состояния. Эти свойства обусловливает бифуркационную природу размерного эффекта.

При этом размер наночастиц становится параметром порядка в дисперсионной системе при переходе через точку бифуркации. Процесс образования нанодисперсной конденсированной системы носит самоорганизующийся характер, контролируемый условием минимума производства энтропии при переходе через критическую точку. Наблюдаемое многообразие частиц и структурная неоднородность наносостояния означают, что законы строения наночастиц иные – они не соответствуют законам, используемым в классической физике. С уменьшением размеров падает и характерное время протекания разнообразных процессов в наносистеме, т.е. возрастает ее потенциальное быстродействие. Таким образом исследования нанометрических объектов позволяет открыть новый уровень организации материи, находящийся между макроскопическим и микроскопическим уровнями, т.е. между макроуровнем и микро-атомарным уровнем находится обширный уровень структуры материи – наномир. Именно в наномире могут быть созданы неизвестные ранее продукты и технологии, способные радикально изменить жизнь всего человеческого общества.

Одним из примеров проявления размерного эффекта являются данные [1] о понижении температуры плавления Tn при изменении размеров кристаллитов некоторых металлов (калий, серебро и платина). Эти данные показывают, что при изменении размеров наночастиц металлов от 10 до 2 нм температура плавления снижается для платины в 2,4 раза, серебра – в 2,6 раза, а для калия – в 3,8 раза. Аналогичных данных можно привести сколько угодно из различных областей науки.

Для решения этих проблем необходимо установить общие механизмы процессов образования структуры различных систем и интерпретировать исследуемые, совершенно разные с первого взгляда явления, с единой точки зрения. Общность заключается в том, что и физическим, и механическим и химическим и другим неравновесным процессам свойственны неравновесные фазовые переходы, отвечающие особым точкам, т. е. точкам бифуркации, по достижении которых спонтанно изменяются свойства среды, обусловленные самоорганизацией наноструктур [2,3].

Движущей силой самоорганизации наноструктур является стремление открытых систем при нестационарных процессах к снижению производства энтропии.

Известно, что способность к самоорганизации является общим свойством открытых систем, т.е. систем, в которых возможен обмен энергией с окружающей средой. А взаимодействие наночастиц конденсированной системы, приводящее к образованию структуры фаз, определяется, в свою очередь, поверхностными силами.

Важнейшим прикладным значением наносостояния является возможность конвергенции неорганического, органического и биологического мира и создание невиданных ранее в природе новых веществ.

1. Особенности распределения наночастиц по размерам при необратимых процессах

Для исследования особенности образования наночастиц и их полимодального характера распределения по размерам были поставлены следующие эксперименты:

1.Частицы окиси магния получали сжиганием фольги магния в пламени спиртовой горелки в воздушной фазе. В дымовое облако помещался патрон электронного микроскопа с волокнами перхлорвинила на объектной сетке (живое сечение 0,7 мм2 ).

Отобранные на волокнах, таким образом, агрегаты MgO были предметом дальнейшего электронно-микроскопического исследования (рис. 1).

Из рис.1 видно, что в результате сжигания фольги магния в воздушной среде образуется сложная наноструктура. Радиус частиц окиси магния в фрактальной структуре меняется от 2 до 11 нм. При этом этот радиус почти не зависит от режима горения.

2. Одним из самых локализованных пространственно-эффективных и высокоэнергетических методов воздействия на поверхности тел является действие импульсного лазерного луча. В этом случае мощность лазерного излучения будет достаточной для превращения в пар и расплав любой тугоплавкой мишени. При этом можно предположить, что в течение короткого времени на поверхности мишени температура достигает нескольких тысяч градусов, при которых начинается испарение металла. В результате на поверхности мишени образуется цилиндрический канал с расплавом. Расплавления металла в объеме «лунки» происходит за счет тепла, развиваемого на очень тонком тепловом канале вдоль линии падения лазерного пучка. Диаметр теплового канала, в котором происходит расплавления металла, составляет порядка 1–10 мкм. После прекращения подачи лазерного пучка давление внутри пузыря, образующееся в канале, резко падает, что приводит к выбросу расплавленного металла из теплового канала.


Рис.1 Электронно-микроскопический снимок наночастицы окиси магния, полученный при сжигании фольги магния в пламени спиртовой горелки

Получающиеся при нагреве расплавы и пары металлов, покидая тепловой канал, быстро конденсируется и происходит формирование частиц различных дисперсностей, которые, взаимодействуя между собой, образуют кластерные агрегаты. По-видимому, переход кластерных частиц в устойчивое состояние возможно только путем их агрегации и образования фрактальных структур.

Для получения таких наноструктур нами поставлен следующий эксперимент:

Частицы трехокиси вольфрама получали в результате облучения поверхности мишени – пластинки из вольфрама – импульсом лазерного излучения. На рис.2 представлены электронно-микроскопические фотографии структур наночастиц трехокиси вольфрама. Аналогичные структуры образуются при использовании разных металлических поверхностей и в разных буферных газах. Процесс образования таких структурных систем протекает в определенном режиме облучения поверхности, когда удельная мощность излучения составляет 106 – 107 Вт/см2 . В этом режиме отсутствует лазерный пробой и разбрызгивание поверхности, переведенной в жидкую фазу. Этот режим соответствует испарению слабоионизованного пара с поверхности. Температура поверхности составляет несколько тысяч градусов, а давление испаренного пара достигает сотни атмосфер.

При распространении в буферный газ пучок испаренных атомов мишени расширяется и охлаждается. В результате конденсации образуются жидкие капли, которые за счет коагуляции объединяются друг с другом и нейтрализуются. Далее капли превращаются в твердые наночастицы и их объединение приводит к образованию наноструктуру (рис. 2).

Математическая обработка электронно-микроскопических снимков проводилась двумя методами:

1) нахождение линейных размеров нанокластеров. Измерялась длина «прямолинейных» участков цепочек наночастиц и находилось их среднее арифметическое значение;


Рис.2. Наночастицы трехокиси вольфрама, полученный при лазерном испарении вольфрама

2) метод цифрового изображения агрегатов наночастиц.

Суть метода состоит в том, что на фотографию наноагрегата накладывается прозрачная бумага с концентрическими окружностями. Подсчитывается количество частиц агрегат, попадающих между двумя последовательными окружностями. Строится график зависимости количества наночастиц от радиусов окружающей .

Анализ и математическая обработка данных эксперимента позволили сделать следующие выводы:

а) длины агрегатов наночастиц изменяются дискретным образом:

окись магния – 0,21; 0,98; 2,21; 4,05 мкм;

трехокись вольфрама – 0,15; 0,29; 0,70; 1,35; 2,90; 5,4 мкм;

б) среднее значение отношения последовательно расположенных преимущественных длин агрегатов наночастиц составляет:

для окиси магния – ;

для трехокиси вольфрама – ;

в) установлено, что как только длина агрегата наночастиц принимает одно из преимущественных размеров, наблюдается изменение направления цепочки частиц или разветвление агрегата наночастиц. При этом, меняя свое направление, цепочка стремитсяк форме замкнутой кривой. Естественно, размеры пор в «паутине» агрегатов принимают также дискретные значения;

г) фрактальный размер агрегата из наночастиц (величина, характеризующая его рыхлость) D найденный по методу цифрового изображения (тангенс угла наклона кривой зависимости ), оказался равным , что характерно для аэрозолей коагуляционного происхождения.

Анализ полученных снимков показывает, что низкотемпературная и высокотемпературная способы получения фрактальных наночастиц в целом дают идентичные структуры. Это говорит о том, что характер образования фрактальных наноструктур является универсальным, поэтому можно предположить, что образование таких структур возможно и в природе и в различной низкотемпературной среде.

2. Электроактивационные нанотехнологии

Известно, что под действием внешних факторов (γ-излучение, электрическое поле и др.) на физической стадии процесса за время 10–16 …10–11 с происходит ионизация молекулы воды. Энергия ионизации около 14 эВ. За время 10–13 …10–9 с, на физической стадии, происходят диссоциация молекулы или иона, внутренние превращения в молекуле или ионе, ионно-молекулярные реакции и перенос заряда. После этих двух стадий образуются свободно радикальные продукты e , H+ , OH . Далее на химической стадии за время 10–10 …10–7 с происходят реакции между радикалами и реакции радикалов с растворенными веществами. В конце процесса радиолиза из воды образуется комплекс химических элементов и частиц


H2 O → e , H, OH, H2 , H2 O2 , H+ , OH ,

В малых количествах образуется также атомарный кислород. Известно также, что в воде всегда содержится молекулярный кислород в количестве 2…5 %. В конечном итоге в воде образуется среда с высоким содержанием e, H2 , H+ (протон), 16 O.

Особенность процесса радиолиза состоит в изменении структуры жидкости и образовании ионных кластеров [4]. Гидратированный электрон является ионным кластером типа Xn Xm , где n – число молекул в кластере, m – число молекул в ближайших слоях. Для e , n = 2, 3, 4, 6, 8, а m может достигать достаточно больших значений. Образование кластеров означает, что в воде образуются симметричные структуры, содержащие 2, 3, 4 (тетраэдр), 6 (октаэдр), 8 (куб) близко расположенных молекул воды.

В технологии очистки сточных вод также нашел большое применение электроактивационный метод с использованием электроактиватора. Они предназначены для электроактивационной очистки производственных сточных и других вод от тяжелых металлов, солей двухвалентного железа, нитритов, сульфитов, сульфидов.

Эксперименты по очистке воды нанотехнологией с использованием электроактивационного метода и последующий анализ качества очищенной воды показывают, что бактерицидное действие электрического поля в воде проявляется отчётливо уже при энергии 1,63 эВ, то есть при энергии 2,61 10-19 Дж. При более высоких энергиях электрического поля бактерицидное действие проявляется во всём генерируемом диапазоне электрической энергии. Электрическое поле эффективно разрушает всех бактерий, вирусов и других видов микроорганизмов, присутствующих в природных и сточных водах. Для достижения необходимого обеззараживания воды электрическим полем требуется несколько секунды, тогда как при обработке хлором и озоном тратится от 15 до 30 минут. Эффект обеззараживания воды достигается при малых энергиях электрического поля, но кроме обеззараживания важно добиться электронно-химической трансформации многих загрязняющих веществ. Принцип электроактивационной очистки воды от загрязняющих её примесей состоит в том, что под действием электронов, обладающих достаточной энергией, происходит радиолиз воды по схеме:

H2 O + быстрые электроны = H2 O+ + e - ,
H2 O+ + H2 O = H3 O+ + “.OH” ,

где “.OH” - гидроксильный радикал, который является сильнейшим окислителем. Далее:

e - +( H2 O)n = e- ,

где e- - электрон в сольватной оболочке, который с высокой эффективностью восстанавливает окислы. При прохождении электрического тока через очищаемую воду основным очищающим эффектом является результат воздействия активных агентов, т.е. гидроксильного радикала и электрона в сольватной оболочке, на примеси. В воде, например, могут протекать реакции восстановления и окисления:

Fe3 + e- = Fe2+ ,
Cu2+ + e- = Cu+ ,
“.OH” + 2Cl = 2OH- + Cl2 .

В результате восстановленные металлы выпадают в осадок, а газообразные соединения улетучиваются из воды. Те активные химические реагенты, которые образуются в воде при радиолизе, воздействуют на микроорганизмы и бактерии, уничтожают их, т.е. происходит стерилизация очищаемой воды. Установлено, что при этом не образуются новые токсичные вещества.

Основной элемент электроактиватора - набор плоскопараллельных железных пластин (анодов и катодов). В зависимости от объёма очищаемой воды, может быть один или несколько блоков электроактиваторов. Удельные затраты электроэнергии могут быть снижены за счёт оптимизации размеров электродов и расстояния между ними, а также плотности тока в зависимости от степени загрязнения раствора.

В основе метода лежит процесс анодного растворения металлов под действием проходящего через жидкость электрического тока. Перешедшие в воду катионы металла (алюминия, железа и др.) гидролизуются с образованием гидроксидов металлов и служат активными коагулянтами для коллоидно-дисперсных примесей. В результате взаимодействия частиц примесей с частицами электрогенерированного коагулянта образуются агрегаты частиц, которые в зависимости от плотности тока выпадают в осадок или всплывают на поверхность жидкости в виде пены.

При электроактивации водных растворов большую роль играет материал анода. Мы разработали и изготовили электроактиваторы с железными и алюминиевыми анодами. Эксперименты показали более высокую эффективность железных электродов. После электроактивационной очистки воды образуются осадки, состоящие из гидроксидов металлов преимущественно железа.

Перед нами стоит задача разработки технологии формирования анодов для их использования в электроактивационных устройствах и выявления влияния различных примесей, добавок на электрические свойства активной массы.

Таким образом, электроактивационная очистка сточных и других вод дает возможность не только снизить количество примесей, но и утилизировать продукты очистки в промышленности. Тем самым достигается экологический и социальный эффект. Предлагаемая нанотехнология с использованием электроактивационного метода является новым подходом в технологии селективного получения нанопорошков.

Из продуктов распада возможен также процесс синтеза веществ.

Синтез может начинаться с протона, электрона и водорода, которые возникают в результате радиолиза воды. При большом количестве протонов и электронов может идти реакция образования нейтронов:

p + e → n + ν.

Образование дейтерия может происходить из водорода по реакции

1 H + 1 H → 2 H + e+ + ν + 0,42 МэВ,

либо из протонов и нейтронов по реакции

p + n → 2 H + γ.

Далее возможны реакции:

2 H + 2 H → 3 He + n;

2 H + 2 H → 3 H + p;

3 He + n → 3 H + p.

Дейтерий и тритий могут образовывать воду. Неустойчивый изотоп 3 H имеет большой период полураспада (12 лет), поэтому в дальнейших быстротекущих реакциях его можно считать устойчивым

3 H + p → 4 He + γ;

3 H + 2 H → 4 He + n.


После этих реакций возможен и другой путь образования гелия:

2 H + 1 H → 3 He + 5,49 МэВ;

3 He + 3 He → 4 He + 21 H + 12,86 МэВ.

Далее из гелия может образовываться литий:

3 He + 4 He → 7 Be + 1,58 МэВ;

7 Be + e7 Li + ν + 0,06 МэВ.

Все эти реакции идут с выделением энергии.

3. Выращивания полупроводниковых наногетероструктур жидкофазной эпитаксией с использованием тепловой эффузии

В настоящее время создания полупроводниковых структур на основе нанотехнологии является актуальной задачей. Последние достижения физики квантоворазмерных систем открыли возможности для конструирования наноструктур, находящих применение в микро-, опто- и наноэлектронике, средствах связи, информационных технологиях, измерительной технике и многих других практических приложениях.

Характерные линейные размеры функциональных элементов современной микроэлектроники обычно составляют единицы или десятки микрометров. Исследования и практического использования структур с размерами менее 100 нм показали, что поведение таких наноструктур качественно отличается от поведения тел с большими размерами. Снижение линейных размеров элементов схем до нескольких единиц или десятков нанометров приводит к тому, что технология соответствующих полупроводниковых структур фактически становится искусством.

В настоящее время имеется достаточно развитая технология, основанная на эпитаксиальном росте полупроводниковых соединений на монокристаллических подложках и позволяющая получать многочисленные полупроводниковые наногетерокомпозиции, так называемые наногетероструктуры (НГС). Эпитаксиальный рост на ориентированной атомно-гладкой поверхности монокристалла предполагает послойное наращивание полупроводникового соединения, как совпадающего с материалом подложки, так и, что наиболее важно, существенно отличающегося своими свойствами.

Имеется чрезвычайно много вариантов (гетеропар), с помощью которых можно создать НГС. Однако, чтобы такая НГС нашла применение в микроэлектронике, она должна удовлетворять нескольким весьма жестким требованиям, из которых, пожалуй, главным является требование высокой степени совершенства наногетерограницы (поверхности раздела между двумя однородными составляющими НГС). При выполнении этого условия плоские (планарные) НГС, полученные чередованием слоев нанометровой толщины из полупроводниковых соединений разного химического состава, могут рассматриваться как новые, не существующие в природе полупроводники с весьма необычными свойствами. Планарные НГС являются основой для создания еще более экзотических объектов, имеющих нанометровые размеры не в одном, а в двух или даже трех измерениях. Когда характерные размеры системы оказываются сравнимыми с масштабом когерентности электронной волновой функции, проявляется квантовый размерный эффект: свойства системы становятся зависимыми от ее формы и размеров. Способность современной полупроводниковой технологии производить структуры, в которых реализуется квантовый размерный эффект, делает реальным исследование поведения подобных систем пониженной размерности (с почти двумерным, одномерным и даже нульмерным характером электронных состояний) и открывает широкие перспективы их использования в электронике и оптоэлектронике.

Cоздание, исследование и применение структур с линейными размерами меньше чем ~100 нм теперь рассматриваются как особое направление в физике, технологии и электронной технике – наноэлектроника[6].

Способ жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) с использованием явление тепловой эффузии предназначен для выращивания эпитаксиальных наногетероструктур полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе. Таким образом, ЖФЭ с использованием тепловой эффузии представляет собой усовершенствование обычного способажидкофазной эпитаксии. Новый этап в развитии и совершенствовании ЖФЭ начался в 70-е годы и связан с созданием и промышленным производством соответствующего оборудования.

Атомные или молекулярные потоки создаются в эффузионных (эффузия - медленное истечение газов через малые отверстия, исследованное в 1911 году датским физиком М. Кнудсеном) ячейках при достаточно высокой температуре и направляются к нагретой до необходимой температуры монокристаллической подложке[7,8]. ЖФЭ с использованием тепловой эффузии обеспечивает эпитаксиальный рост тонких пленок полупроводниковых соединений за счет реакций между компонентами атомных или молекулярных пучков с поверхностью подложки. Скорость осаждения вещества на подложку по порядку величины обычно составляет один моноатомный слой в секунду. Получение качественных структур возможно при использовании высокочистых источников испаряемых компонентов и при условии точного контроля температур подложки и источников, что может быть реализовано лишь при компьютерном управлении параметрами процесса роста.

Принципиальные элементы нашей установки для выращивания полупроводниковых наногетероструктур способом ЖФЭ с использованием тепловой эффузии, размещаемые в двухзонном реакторе, определяет ее основные особенности:

· зона генерации молекулярных (атомарных) потоков эффузионными ячейками Кнудсена;

· зона кристаллизации на подложке (зона роста).

Зону роста можно условно разделить на три части, первая из которых представляет собой кристаллическую подложку или очередной выросший моноатомный слой, вторая - парогазовую смесь компонентов НГС в приповерхностной области, а третья является переходным слоем, геометрия которого и протекающие в нем процессы сильно зависят от выбора условий роста. Следовательно, если необходимо вырастить НГС способом ЖФЭ с использованием тепловой эффузии, нужно иметь возможность надлежащим образом регулировать структуру и состав переходного слоя.

Для выращивания кристаллографически совершенных структур следует так подбирать режим роста, чтобы переходной слой был максимально тонким, то есть моноатомным. Это условие может быть выполнено, если поток атомов, падающих на подложку, близок к потоку атомов, испаряющихся с подложки. Поэтому практическая реализация эффекта тепловой эффузии вполне возможна, если изготовить отверстия, щели и зазоры с характеристическим размером 100…50 нм. В этом режиме рост структуры осуществляется путем образования и дальнейшего роста двумерных зародышей на атомарно-плоской поверхности[7,8].

Эпитаксиальный рост по способу ЖФЭ с использованием тепловой эффузии включает в себя следующие процессы:

1) адсорбция (прилипание) падающих на подложку атомов или молекул, составляющих выращиваемое соединение;

2) миграция (поверхностная диффузия) адсорбированных атомов по поверхности подложки (может предваряться диссоциацией молекул выращиваемого соединения);

3) встраивание атомов, составляющих НГС, в кристаллическую решетку подложки или растущий моноатомный слой;

4) образование и дальнейший рост двумерных зародышей кристалла на подложке или на поверхности растущего слоя;

5) взаимная диффузия атомов, встроившихся в кристаллическую решетку.

6) происходит своеобразная самоорганизация растущей структуры.

Наиболее распространенной кристаллической решеткой для соединений АII BVII является так называемая структура цинковой обманки ZnS. Если поверхность подложки параллельна одной из граней элементарного куба с индексами Миллера (001), то эпитаксиальный рост осуществляется последовательным наращиванием анионных и катионных слоев. Поскольку химические связи в разных полупроводниковых соединениях различны, то различны и энергии активации поверхностной диффузии катионов, входящих в состав этих соединений. Поэтому качество гетерограниц может быть существенно разным в зависимости от того, какое из соединений при выбранном температурном режиме растет первым. Чтобы получить более гладкие и совершенные наногетерограницы, используется методика прерывания роста или методика осаждения пульсирующим пучком. Сглаживание поверхности в течение времени прерывания роста (само прерывание осуществляется механическим перекрытием на некоторый промежуток времени заслонок эффузионных ячеек) обусловлено поверхностной миграцией или сублимацией атомов, адсорбированных на поверхность выращенного монослоя.

Температура подложки определяет соотношение между потоками адсорбции или десорбции атомов, входящих в состав растущей структуры. Это соотношение может быть охарактеризовано коэффициентом прилипания атома данного сорта к поверхности, на которой происходит эпитаксиальный рост.

Существенное увеличение температуры подложки нежелательно по двум причинам: во-первых, оно может привести к уменьшению коэффициентов прилипания, во-вторых, к активизации взаимной диффузии, то есть диффузии атомов между слоями. Поскольку НГС представляют собой на атомном масштабе резко неоднородные по химическому составу структуры, то с течением времени за счет процессов взаимной диффузии эти структуры должны переходить в термодинамически равновесное состояние с однородным распределением концентраций всех компонентов.

Однако, гетерограницы в реальных НГС не являются идеально плоскими. Даже в наиболее качественных структурах, выращенных по способу ЖФЭ с использованием тепловой эффузии, из-за неизбежных флуктуаций потоков напыляемых веществ в отдельных местах границы процесс роста может идти с некоторым запаздыванием или, наоборот, опережением. Возникает характерная островковая структура границы, представляющей совокупность плоских участков, выступающих друг относительно друга на одно-два межатомных расстояния. Сами плоские участки границы также не являются идеальными: процессы взаимной диффузии при температуре роста протекают крайне медленно, тем не менее они могут приводить к локальным (атомного масштаба) изменениям концентраций компонентов НГС.

Структура гетерограниц является важным фактором, определяющим поведение носителей тока (электронов и дырок) в НГС. В частности, неровности (шероховатости) границ могут оказывать заметное влияние на подвижность носителей. Поэтому, для того чтобы получить НГС с тонкими проводящими слоями и достаточно высокой подвижностью, необходимо выращивать такие структуры, в которых крупномасштабные неоднородности границ превышают длину свободного пробега носителя (определяется главным образом температурой).

Способ ЖФЭ с использованием тепловой эффузии является более простой и достаточно дешевой современной технологией получения полупроводниковых гетерокомпозиций и может использоваться для создания высококачественных структур как для физических исследований, так и для приборных применений.

ЖФЭ с использованием тепловой эффузии обладают многими преимуществами, из которых важнейшими являются следующие:

1) возможность получения высококачественных монокристаллических структур при использовании высокочистых источников испаряемых веществ;

2) возможность выращивания НГС Hg1-х Сdx Te/СdTeсо сверхтонкими слоями и резким изменением химического состава на гетерограницах за счет относительно низкой температуры роста практически при отсутствии взаимной диффузии;

3) возможность селективного легирования и создания структур со сложным профилем химического состава на основе эффузионного эффекта;

4) возможность контроля толщины слоев НГС Hg1-х Сdx Te/СdTeи качества гетерограниц непосредственно в процессе роста путем регулирования температуры в двухзонном реакторе.

Таким образом, ЖФЭ с использованием тепловой эффузии позволяет получить наногетероструктуры с заданными свойствами путем регулирования температурного режима в двухзонном реакторе.

физика механика нанотехнология тело

Литература

1.Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов Е.Н. Активация минералов при измельчении. – М.: Недра, 1988. – 208 с

2.Пригожин И.От существующего к возникающему.–М.: Наука, 1985.–327 с.

3.Хакен Г. Синергетика. – М.: Мир, 1980. – 400 с.

4. Харт Э., Анбар М. Гидратированный электрон. М.: Атомиздат, 1973. -230 с.

5. Ишханов Б.С., Капитонов И.М. Ядерная физика. Происхождение элементов. М.: МГУ, 1989.- 118 с.

6. Борисенко В.Е. Наноэлектроника - основа информационных систем XXI века // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 5. С. 100-104.

7. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки. М.: Мир, 1989.-456с.

8.Вигдорович В.Н., Гогохия В.Г., Садыков Э. Эффект температурноградиентной разности давлений и регулирование давления насыщенного пара над разлагающимися веществами.// Теоретические основы химической технологии, 1990, т.24, №1, с.48-53.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений08:21:30 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
10:11:33 29 ноября 2015

Работы, похожие на Научная работа: Актуальные вопросы нанотехнологических исследований

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(150521)
Комментарии (1836)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru