Введение 5
1 Общие сведения о металлооксидах 7
1.1 Свойства газочувствительных слоев металлооксидов 7
1.2 Механизмы чувствительности в поликристаллических
оксидах металлов 9
1.3 Исследование наноструктурированных пленок на основе металлооксидов 13
1.4 Чувствительные датчики на основе металлооксидов 16
1.5 Режим работы датчиков на основе диоксида олова 18
1.6 Факторы, влияющие на чувствительность полупроводниковых газовых
датчиков 19
2 Квантование энергетического спектра носителей заряда в квантовых точках 21
2.1 Модель прямоугольной потенциальной ямы с бесконечно высокими
стенками 21
2.2 Модель цилиндрической квантовой ямы 23
2.3 Модель сферической потенциальной ямы 25
2.4 Модель полусферической квантовой точки с полубесконечным
ограничивающим потенциалом 28
3 Нананоструктуры на основе ZnO 31
3.1 Наноспирали и нанокольца 31
3.2 Выровненные нанопропеллеры 33
3.3 Мезопористые монокристаллические нанонити 35
3.4 Синтез тонких пленок ZnO с иерархической структурой 36
3.5 Исследование тонких пленок ZnO с иерархической структурой 37
3.6 Квантовые точки на основе ZnO 38
3.7 Результаты исследования свойств наночастиц на основе ZnO 38
3.8 Управление электронным транспортом в квази-2О-слоистых ZnO-
наночешуйках с позиции их эффективного применения в твердотельных сенсорах 42
3.9 Теоретическое сравнение энергетических спектров квантовых точек 49
3.10 Выводы 55
4 Анализ влияния освещенности научно-исследовательской лаборатории на
работу инженера-исследователя 56
Заключение 66
Список использованных источников 67
Приложение А. Задание на магистерскую диссертацию 71
Приложение Б. Форма отчета о поиске патентов 77
Приложение В. Опубликованные статьи за 2022/2024 учебные года 79
Приложение Г. Заявление и протокол о проверке на антиплагиат 81
Приложение Е. Материал, иллюстрирующий результаты магистерской диссертации 85
Свойства материалов в нано масштабе могут значительно отличаться от свойств материалов макроразмера. Когда размер материала уменьшается, изначально его свойства не меняются, затем при уменьшении размера возникают небольшие изменения свойств и, наконец, когда размер становятся меньше 100 нм возникают значительные изменения свойств материала.
Если материал пространственно ограничен в одном, двух или трех измерениях, то возникает квантовая яма, нить или точка (нанокристалл). Определение «квантовая» в терминах квантовая яма, нить и точка показывает, что в этих объектах проявляется эффект размерного квантования. Эффект размерного квантования связан с тем, что пространственное ограничение движения электронов, дырок, экситонов, колебаний решетки и других волн и частиц приводит к сильной перестройке их энергетического спектра и модификации взаимодействия волн и внешними полями и частиц друг с другом. В результате физические свойства наноструктур существенно отличаются от свойств объемных материалов
Объект исследования: нанокомпозиты на основе оксидов ZnO, SnO2.
Цель проведенной работы: комплексное исследование энергетического спектра квантовых точек на основе металлооксидов различной геометрии.
Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки фундаментальных основ математического моделирования электрофизических свойств нанокомпозитов на основе металлооксидовс одной стороны, а с другой стороны перспективами использования наноструктурированных материалов для создания устройств нано- и микроэлектроники нового поколения с заранее заданными параметрами.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Теоретический анализ литературных источников с целью изучения физико-химических свойств выбранных в качестве объектов исследования материалов на основе нанокомпозитов различной формы.
2. Теоретический анализ математических моделей квантовых точек.
3. Определение влияния состава материала, размеров и формы нанокомпозитов на основе металлооксидов на энергетический спектр и, тем самым, на электрофизические свойства материала.
Проведенные исследования могут найти применение при разработке технологии получения наноструктурированных материалов с заранее заданными свойствами, и чувствительных элементов газовых сенсоров на их основе.
Таким образом, в настоящей работе на основе литературных источников для моделирования электрофизических свойств были выбраны нанокомпозиты на основе металлооксидов2п0, SnO2кубической, сферической, полусферической и цилиндрической формы.
В ходе работы было проведено исследование влияния формы нанокомпозитов на основе металлооксидов2п0, SnO2различной геометрии.
Показано, что реальная форма нанокомпозитов (сферическая, полусферическая, кубическая, цилиндрические модели в предельном случае) при одном и том же характерном размере будет заметно влиять на электронный спектр рассматриваемых объектов и, скорее всего, на электрофизические и оптические свойства, что наряду с материалом и размером может рассматриваться как эффективный фактор управления.
Показано, что энергетический спектр нанокомпозитов на основе различных оксидов одинаковой геометрии будет заметно отличаться и, скорее всего, оказывать заметное влияние на электрофизические и оптические свойства.
Теоретическое исследование трехмерного кристалла в модели квази-2И- слоистой структуры с определенным числом слоев N показало, что наблюдается характерная энергетическая структура, аналогичная SD-кристаллу, при определенных условиях. Например, для одного слоя ширина запрещенной зоны составляет 4.6 эВ, что значительно больше, чем у SD-кристалла. При четырех слоях ширина запрещенной зоны снижается до 3.6 эВ, и это минимальное количество слоев, при котором двумерная структура приобретает свойства, сходные с трехмерным случаем.
