Книга Г. Цао и Ин Ван «Наноструктуры и наноматериалы: синтез, свойства и применение» является обобщением фундаментальных принципов и технологических подходов к синтезу, изготовлению и обработке наноструктур и наноматериалов. Она предоставляет читателям систематический, всеобъемлющий обзор материала по нанотехнологии - бурно развивающемуся симбиозу фундаментальных научных исследований и технологии проектирования и изготовления наноструктур и наноматериалов и применению наноматериалов и наноструктур. Подробность подачи материала и сочетание изложения фундаментальных физическо-химических основ процессов с рассмотрением конкретных технологий и технических приложений делает книгу привлекательной как для специалистов, так и для новичков в данном предмете.
В данной обзорной статье рассматриваются методы измерения основных механических свойств тонких пленок: испытание на растяжение, индентирование, оценка запаса механической прочности по кривизне системы пластина-тонкая плёнка, контроль выдуванием за счёт подачи избыточного давления, исследование с использованием деформированного и резонансного кантилевера. В процессе критического анализа отечественных и зарубежных литературных источников выявлены преимущества и недостатки методов, объяснена мотивация авторов для проведения подобных исследований. В дополнении к существующим широко используемым методам приведена оригинальная и относительно новая методика — использование электрического тока в качестве контролируемого средства приложения термомеханических напряжений к электрическим проводникам для характеристики их усталостного поведения. Также указаны подходы для повышения механической прочности тонких плёнок.
С каждым годом в мире количество цифровой информации нелинейно возрастает. Эта тенденция делает необходимым поиск новых современных элементов памяти, для чего требуется решение задач материаловедения, в частности отработки технологии осаждения тонких пленок диэлектриков, обладающих принципиально новыми свойствами, обусловленными электромиграцией в них кислородных вакансий или атомов металла. В статье представлены результаты разработки процесса осаждения и исследования пленок диоксида титана модифицированного (легированного) медью для создания на этой базе запоминающих устройств (мемристоров). Построены вольт-амперные зависимости. Показан эффект резистивного переключения. Обнаружено, что из предложенных способов получения диоксида титана приводит к существенному улучшению основных мемристивных характеристик в сравнении запоминающими устройствами на основе диоксида титана без модификации медью. В частности, показано, что использование данных пленок в структуре мемристора позволяет увеличить отношение состояния с высоким электрическим сопротивлением к состоянию с низким электрическим сопротивлением более чем в 102 раз.
Исследованы электрофизические характеристики и их термическая стабильность тонкопленочных резисторов на основе нитрида тантала (TaN), полученных методом реактивного магнетронного распыления. Определены оптимальные режимы процесса магнетронного распыления, обеспечивающие получение пленок фазового состава Ta2N со значением удельного электрического сопротивления 250 мкОм см и высокой термической стабильностью параметров. При использовании полученных результатов были изготовлены согласующие тонкопленочные резисторы для электрооптического модулятора Маха-Цендера на основе InP.
Методом импульсного лазерного напыления получены поликристаллические тонкие полупроводниковые плёнки смешанного состава In2O3–Ga2O3 с различным соотношением компонент. Исследованы морфология поверхности, электрофизические и газочувствительные свойства полученных плёнок. По температурным зависимостям сопротивления данных плёнок определены энергии активации их проводимости. Исследованы температурные зависимости отклика сопротивления плёнок на ацетон, этанол, аммиак и смесь пропан-бутан. Объяснено наличие на температурных зависимостях газового отклика сопротивления плёнок в диапазоне температур 300–500 оC участка со значениями меньше единицы в случае наличия в газовой фазе аммиака. По температурным зависимостям отклика сопротивления плёнок определены энергии активации отклика в низкотемпературной и высокотемпературной областях. Изучены зависимости отклика сопротивления плёнок от концентрации исследуемых газов. Установлено, что в качестве перспективного материала чувствительных слоев газовых сенсоров могут рассматриваться плёнки состава 50%In2O3–50%Ga2O3.
Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих вакуумную технику и технологию полупроводниковых приборов.
Представлен результат анализа, на основе литературного обзора: структуры, оптических и электронных свойств Mg2Si в объемном и низкоразмерном состояниях. Проведено сравнение свойств силицида магния в низкоразмерном состоянии со свойствами материалов, широко используемых в оптоэлектронике: GaAs, Si и Ge. Проанализированы современные методы формирования тонких пленок Mg2Si.
Из литературных данных установлено, что в условиях термодинамического равновесия объемный Mg2Si имеет гранецентрированную кубическую решетку, а низко-размерный – 2/3 -R30о. Благодаря своим оптическим и электронным свойствам тонкопленочный Mg2Si является перспективным материалом для оптоэлектронных устройств. Так, он обладает коэффициентом поглощения падающего света, максимальное значение которого по современным данным составляет 96 %. Диапазон фоточувствительности Mg2Si лежит в диапазоне от 200 до 2100 нм. Также из обзора было определено, что данный силицид является непрямозонным полупроводником: ширина запрещенной зоны которого находится в диапазоне от 0,6 до 0,8 эВ. В то же время наблюдаются прямые переходы, соответствующие энергии от 0,83 до 2,17 эВ. Подвижность электронов Mg2Si в низкоразмерном состоянии составляет от 400 до 550 см2В−1с−1, а дырок – от 65 до 70 см2В−1с−1. Из рассмотренных данных установлено, что эффективность фотоэлектрического преобразования, для соединений на основе кремния с магнием, с оптимальной толщиной и примесным легированием, может достигать 10–12 % для p–n и n–p (Si/Mg2Si) и 22 % для p–n–p (Si/Mg2Si/Si) структур. По таким параметрам, как диапазон фоточувствительности и ширина запрещенной зоны, значения которых приведены выше, Mg2Si в низко-размерном состоянии превосходит GaAs, Si и Ge, а поэтому может считаться перспективным материалом для оптоэлектроники.
Приводятся результаты исследования влияния подслоя хрома на магнитные свойства (эффективную намагниченность насыщения) магнито-диэлектрических покрытий, состоящих из тонких (1,2–1,8 мкм) слоев магнитных металлов (никеля, железа) и алюмооксидной керамики, и получаемых при испарении мишеней электронным пучком в форвакуумном диапазоне (5–8 Па) давлений гелия. Обнаружено, что добавление подслоя хрома ухудшает магнитные свойства пленок, поэтому синтез магнито-диэлектрических покрытий в описанных условиях целесообразно осуществлять без такого подслоя.
Пленки оксида гафния HfOx толщиной около 40 нм получены методом электронно-лучевого напыления при различных значениях потока кислорода в камере. Изучены электрофизические свойства пленок на воздухе и в вакууме. Показано, что температурные зависимости проводимости пленок, измеренные в вакууме в диапазоне температур от 20 до 180◦ C, имеют активационный характер с энергией активации 0.82±0.02 эВ. Сделано предположение, что в полученных пленках перенос заряда определяется активацией электронов в зону проводимости с донорного уровня, связанного с кислородными вакансиями. Обнаружено, что проводимость пленок на воздухе сильно изменяется при варьировании потока кислорода, в то время как в вакууме проводимость практически не зависит от потока кислорода. Это свидетельствует о существенных отличиях в свойствах поверхности пленок, полученных при разных потоках кислорода в камере в процессе напыления.
Для изучения электронного состояния атомов железа при их легировании в германии, в условиях сверхвысокого вакуума формировалась двойная пленочная система Fe-Ge, получаемая отжигом пленки Fe, нанесенной на пленку Ge, осажденной на поверхности кристалла Мо(110). Полученные результаты на основе использования сочетания методов спектроскопии обратного рассеяния ионов низкой энергии (СОРИНЭ), электронной Оже-спектроскопии (ЭОС), дифракции медленных электронов (ДМЭ), измерения работы выхода в варианте Андерсона указывают на то, что сформированная таким образом двойная пленка Fe-Ge характеризуется равномерным распределением атомов Fe и Ge по объему пленки. Показано, что изменение относительного содержания атомов Fe приводит к существенному изменению их электронного состояния. Впервые проведенные измерения величины абсолютного заряда атомов Fe, приобретаемого ими при их легировании в германии, свидетельствуют о том, что по мере роста содержания Fe величина заряда планомерно уменьшается от значения 0.34е для одиночного атома до 0.07е для одинакового соотношения Fe и Ge. Это сопровождается изменением длины межатомной связи Fe^+-Ge- в пределах от 0.141 nm до 0.118 nm. Последнее, являясь свидетельством структурных превращений Ge, характеризуемых изменением длин и углов связей решетки, может быть использовано для идентификации структурных единиц легированного германия при различных концентрациях легирующего компонента.