Презентація на тему: “Нанорозмірні поверхневі об’єкти” Виконав: студент 504 групи Руснак Михайло
ЗМІСТ 1. Надгратки. 2. Квантові точки. 3. Квантові дроти. 4. Властивості та методи створення нанорозмірних поверхневих об’єктів. 5. Дослідження наноструктур методами високороздільної Хпроменевої дифрактометрії.
Нанорозмірні поверхневі об’єкти, згідно з їх геометричною розмірністю, можна поділити на: - надгратки (квантові ями); - квантові точки; - квантові дроти (нитки); 1. Надгратки – це періодичні структури з тонких шарів різних матеріалів, які повторюються в одному напрямі. Одною із особливостей надграток є те, що з одного боку вони є сукупністю поверхонь (меж поділу середовищ) , а з іншого – утворюють об’ємні структури. Існує 2 типи надграток: - композиційні (гетероструктури, які складаються з періодичної послідовності двох напівпровідників різного хімічного складу (рис. 1)); - леговані (послідовність шарів п- та р- типів із можливими бездомішковими шарами, вирощеними в гомогенному масивному напівпровіднику). Рис. 1 Композиційна надгратка
Електронний спектр надгратки пов’язаний з ефектом тунелювання, що кардинально відрізняє її від однорідного напівпровідника (рис. 2): Рис. 4 Енергетичні рівні електронів: а) дискретні рівні енергії електрона – спектр – в ізольованому атомі, де - різниця енергії між двома рівнями; б) енергетичний спектр двох атомів, які зблизились; взаємодія призводить до розщеплення кожного рівня на два, різниця енергій між якими дорівнює ; в) енергетичний спектр електронів в регулярному кристалі; тунелювання електронів через потенціальні бар’єри між атомами розщеплює кожний рівень в набір близько розміщених підрівнів – зону.
Рис. 5 Структура надгратки: надтонкий ( ) шар арсеніду галію поділяє два шари потрійного з’єднання. Електрони локалізовані в арсеніді галію, який має більш вузьку енергетичну щілину між зонами.
2. Квантові точки (КТ)– це гетероструктури з просторовим обмеженням носіїв заряду в усіх трьох вимірах, які фізично реалізуються в напівпровідникових структурах з розмірами 10 -20 нм. Зображення КТ в матриці , отримане методом просвічуючої електронної мікроскопії поверхні. Вплив тиску арсену на структуру та оптичні спектри КТ у матриці : електронно мікроскопічні зображення поверхні(ліворуч) та спектри фотолюмінесценції КТ (праворуч).
Рис. 6 Нульвимірний ( 0 D) нанооб’єкт – квантова точка. а) модельне зображення квантової точки; б) залежність щільності станів від енергії.
3. Квантові дроти При збільшенні концентрації квантових точок, коли вони практично дотикаються, можливо утворення одномірних впорядкованих структур (ланцюжків) – квантових дротів. Наприклад, для структури при зменшенні концентрації структура поверхні стає більш впорядкованою – квантові точки зливаються в квантові дроти, що ілюструється зменшенням розмиття максимумів Фур’є-перетворення рельєфу поверхні. Рис. 7 Фрагменти поверхні сімнадцяти періодичних структур (ліворуч), та їх Фурє-перетворення (праворуч): а) б) в)
4. Властивості та методи створення нанорозмірних поверхневих об’єктів Властивості нанорозмірних об’єктів: - впорядковані наноструктури можуть виникати в замкнутих системах (рівноважні); - впорядковані наноструктури можуть виникати у відкритих системах в процесі росту кристала (нерівноважні). Методами отримання наноструктур є: - молекулярно променева епітаксія (МПЕ) (технологія вирощування шарів монокристалів із контролем товщини до атомних розмірів); Рис. 9 Основний процес росту з використанням МПЕ Рис. 10 Поверхневі процеси, що відбуваються під час МПЕ.
- газофазна епітаксія (в спеціальному реакторі відбувається осадження потрібної речовини з газової фазив результаті хім. реакції). Рис. 11 Схема газофазної епітаксії: 1 - реактор (кварцева трубка); 2 - котушка ВЧ генератора, що використовується для нагріву тримача зразків; 3 - тримача зразків, що нагрівається; 4 - зразки; 5 - потік газів прекурсоров; 6 - вихідний потік газів з реактора.
Спонтанно впорядковані наноструктури можна поділити на 4 класи: а) структури з періодичною модуляцією складу в епітаксійних плівках твердих розчинів напівпровідників; б) періодично фасетові поверхні; в) періодичні структури плоских доменів; г) впорядковані масиви тривимірних когерентно-напружених острівців у гетероепітаксійних системах.
5. Дослідження наноструктур методами високороздільної Х-променевої дифрактометрії Методи високороздільної Х-променевої дифрактометрії дають можливість отримувати інформацію про багатошарові структури і надгратки. Вони бувають дво- та трикристальні. Двокристальна Хпроменева дифрактометрія дозволяє проводити різні записи кривої дифракційного відбиття (КДВ). Виділяють 3 основні способи запису КДВ: - метод кривих гойдання ( - сканування). Запис КДВ здійснюється при одночасному обертанні зразка і детектора, який розташований відносно падаючого пучка під кутом ; - метод - сканування. Запис КДВ здійснюється при одночасному обертанні зразка і детектора; - метод - сканування. Запис КДВ здійснюється при обертанні і нерухомому зразку. Унікальним методом є дифракція за умов ковзного падіння.
Рис. 12 Еволюція спектрів дифркції для двошарової структури Al. As(10 нм) – Ga. As(20 нм) при зростанні кількості подвійних шарів, п: а – 1; б – 4; в – 10; г – 20. Відбиття 002, - випромінювання.
Інтенсивність Рис. 13 Еволюція спектрів дифракції для двошарової структури Al. As(10 нм) – Ga. As(20 нм) ( 20 подвійних шарів) при зростанні товщини шарів: а – 5 -10; б – 10 -20; в – 20 -40; г – 40 -80 нм. Відбиття 004, - випромінювання.
Трикристальна дифрактометрія (використ. кристал-аналізатор) дозволяє детально досліджувати розподіл інтенсивності Х-променів поблизу бреггівського максимума. Рис. 14 Карти розподілу дифрагованої інтенсивності в оберненому просторі поблизу вузлів 440 (а) і 224 (б) для структури In. Ga. As/Ga. As. Випромінювання ; Н – дифракційний вектор; k. T- розсіяння від квантових точок.
Високороздільна Х-променева дифрактометрія є ефективною для дослідження поверхневих наноструктур. Розглянемо наноструктури (анізотропні острівці) у вигляді зрізаних квадратних острівців висотою h і довжинoю d, в яких кристалічні площини бічних граней мають напрям (111).
Висновок 1. 2 З Фундаментальні дослідження нанорозмірних багатошарових структур і наноматеріалів у даний час активно проводяться в провідних інститутах Національної Академії наук України (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова, Інститут фізики напівпровідників імені В. Є. Лашкарьова, Інститут фізики і т. д. ). Виконуються не тільки комплексні дослідження структурних і електрофізичних властивостей наносистем з використанням сучасних методів діагностики поверхні (Х-променевих, атомносилової та електронно-растрової мікроскопії та ін. ), але й велика увага приділяється розвитку технологій створення наноматеріалів із заданими властивостями. 2004 року в рамках комплексної Програми фундаментальних досліджень Національної академії наук України видається збірник наукових праць «Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології» (під загальною редакцією академіка НАН України А. П. Шпака), в якому основну увагу приділено розгляду проблемних питань нанофізики і наноелектроніки
Дякую за увагу !!!
Скачать презентацию Презентація на тему Нанорозмірні поверхневі об єкти Виконав студент
Руснак.ppt