РЕФЕРАТ
Пояснительная записка 79 с., 36 рис., 5 табл., 49 ист., 0 прил.
ШИРОКОЗОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТУБУЛЯРНЫЙ ДИОКСИД ТИТАНА, ГЕКСАГОНАЛЬНЫЙ НИТРИД БОРА, КАНАЛ ЛАЗЕРНОЙ СТИМУЛЯЦИИ, ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ОПТИЧЕСКИ СТИМУЛИРОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, ПОСЛЕСВЕЧЕНИЕ, СЕЧЕНИЕ ФОТОИОНИЗАЦИИ
Объекты разработки и исследования: канал лазерной стимуляции для измерения электрофизических параметров структуры Н/ТЮз-НТ/Ан и канал оптической стимуляции для исследования люминесцентных свойств нанопорошка гексагонального нитрида бора.
Цель работы - разработать измерительные каналы лазерной стимуляции исследуемых образцов на основе контроля и управления параметрами излучения в различных режимах в ходе экспериментальных исследований оптически стимулированных и родственных процессов в широкозонных наноструктурированных материалах.
В результате работы разработан канал лазерной стимуляции для существующего комплекса по измерению вольт-амперных характеристик на базе микрозондовой станции Cascade Microtech MPS 150, а также модернизирован канал оптической стимуляции на базе люминесцентного спектрометра Perkin Elmer LS 55 со встроенной высокотемпературной приставкой.
Реализованные программно-аппаратные измерительные комплексы позволили успешно применить на практике методики исследования широкозонных наноструктур посредством оптически стимулированных процессов. Полученные в ходе работы данные, как для образцов Н/ТЮг-НТ/Аи, так и для наноструктурированного порошка h-BN, отлично согласуются с результатами различных исследовательских работ из независимых научных источников.
В настоящее время активно совершенствуются методики синтеза перспективных наноструктурированных материалов, развиваются инструментальные возможности по исследованию их фундаментальных и прикладных характеристик, а также расширяются уже известные и появляются новые, порой неожиданные, области применения наномасштабированных объектов. Пристальное внимание исследователей привлекают наноструктурированные широкозонные диэлектрические и полупроводниковые структуры SiC, ZnO, TiO2, алмаза, AlN и BN. Функциональные наноразмерные матрицы на их основе находят широкое применение в твердотельной дозиметрии, солнечных ячейках, силовой электронике, различных датчиках, спинтронике и мемристивных элементах. Подобные наноматериалы обладают преимуществами с точки зрения генерации излучения, эффективности преобразования энергии, оптических свойств, а также радиационной и температурной стойкости.
Среди многообразия традиционных методов исследования таких структур в данной области одними из наиболее часто применяемых являются оптические методы, основанные на взаимодействии излучения видимого, УФ- и ИК-излучения с веществом. Поглощение или испускание энергии, ее отражение и рассеяние являются типичными физическими процессами, которые могут многое рассказать о дефектной и энергетической структуре и других особенностях материала, определяющих его применимость в разных областях науки и техники.
Повышение эффективности, качества, точности и достоверности результатов исследования можно добиться за счет оптимизации методик проведения эксперимента. Получение качественных новых научных данных зачастую невозможно без использования современного автоматизированного оборудования. Под термином «автоматизация» нужно понимать совокупность методических, технических и программных средств, обеспечивающих проведение процесса измерения без непосредственного участия человека. Таким образом, автоматизация является одним из основных направлений научно-технического прогресса.
В результате выполненной работы разработан канал лазерной стимуляции для существующего комплекса по измерению вольт-амперных характеристик на базе микрозондовой станции Cascade Microtech MPS 150, а также модернизирован канал оптической стимуляции на базе люминесцентного спектрометра Perkin Elmer LS 55 со встроенной высокотемпературной приставкой.
Реализованные программно-аппаратные измерительные комплексы позволили успешно применить на практике методики исследования механизмов оптически стимулированных процессов в возбужденных широкозонных наноструктурах. Полученные в ходе работы новые данные для электрофизических свойств мемристорных сэндвич-структур Ti/TiO2-HT/Au, а также для оптических и люминесцентных характеристик наноструктурированного порошка гексагонального нитрида бора хорошо согласуются с результатами из независимых научных источников.
В рамках выпускной квалификационной работы реализованы и протестированы два канала лазерной стимуляции для исследования электрофизических свойств и изучения особенностей оптически стимулированных процессов в широкозонных наноструктурированных материалах различной природы. При решении поставленных задач были выполнены следующие работы:
1. Проанализирована научно-техническая литература, посвященная основам визуального программирования в среде ЕaЬVIEW и принципам работы встроенных виртуальных приборов, описанию технических средств системы сбора данных ВАР, способам подключения и настройки драйверов ПЛР-устройств.
2. Изучены физические основы явлений оптически- и термостимулированной люминесценции в широкозонных материалах, а также выполнен обзор известных данных о методах и особенностях оптической стимуляции твердых тел, закономерностях фотостимулированных процессов в твердых телах и фундаментальных параметрах оптически активных центров на основе различных дефектов.
3. Проведено знакомство с измерительным оборудованием, на базе которого реализовывались каналы лазерной стимуляции. Разработаны блок- схемы, алгоритмы и виртуальный прибор «ЕЗ-РЕМ» в среде ЕаЬУГЕ’^ которые были интегрированы в аппаратно-измерительный комплекс для изучения электрофизических параметров широкозонных полупроводников.
4. Выполнены модернизация и обновление функционала программы управления лазерным каналом для исследования люминесцентных свойств в возбужденных широкозонных наноструктурах. Проведена калибровка КЛС для управления плотностью мощности стимулирующего излучения за счет изменения скважности следования импульсов, для повышения точности измерений рассчитаны соответствующие калибровочные коэффициенты.
5. С использованием разработанного канала лазерной стимуляции изучено влияние оптического излучения на параметры проводимости слоистых структур Ti/TiO2-HT/Au в различных резистивных состояниях. Установлено, что для мемристорной нанотубулярных среды толщиной 2.63 мкм соотношение RHRS / RLRS составляет > 3 (режим «ON») и « 1.5 (режим «OFF»).
6. С использованием модернизированного канала лазерной стимуляции исследованы особенности оптически- и термостимулированных процессов в облученном наноструктурированном порошке h-BN. Анализ измеренных спектров послесвечения и ТСЛ показал, что наблюдаемые полосы 2.6, 2.9, 3.3 и 3.7 эВ обусловлены активными центрами на основе примесных кислорода ON и углерода CN, а также вакансиями азота VN и бора VB.
7. Для УФ-облученных образцов порошка h-BN проанализированы кинетические зависимости ОСЛ отклика, которые характеризуются суперпозицией двух экспоненциальных компонент с постоянными затухания Т1 = 25.34 и т2 = 176.09 с. На основе полученных экспериментальных данных рассчитаны сечения фотоионизации для соответствующих центров захвата - 2.34*10-19 см2 и 1.33х10-20 см2, выполнена оценка эффективности высвечивания оптически активных ловушек. Показана высокая вероятность процессов повторного захвата освобожденных носителей заряда при термостимулированном высвечивании ловушек в облученном порошке гексагонального нитрида бора.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
