Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Оценка степени кристаллографического упорядочения магнитоактивных ионов в Sr2FeMoO6-δ с помощью интенсивности рентгеновского пика (101)
Get PDFStrontium ferromolybdate (Sr2FeMoO6-δ, SFMO) having a double Perovskite structure shows good promise as a basic material for spintronics. However SFMO has not yet found wide application due to the low reproducibility of its magnetic properties which partially originates from their strong dependence on the ordering degree of Fe and Mo ions in the B´ and B² sublattices of double perovskite A2B´B²O6. We have considered a rapid method of determining strontium ferromolybdate disorder degree. Sublattice population with Fe and Mo ions has been estimated for stoichiometric and nonstoichiometric Sr2FeMoO6-δ with a 5% Fe and Mo excess, respectively. We have calculated the intensity ratio between the superstructural ordering (101) peak and the most intense (112 + 200) peak. The calculated curves have been fitted to the analytical expression for similar cases known from literature. The calculation results obtained using this method are in agreement with the results of experimental data processing using the Rietveld method accurate to within ±25 %. Thus this method can be used instead of the Rietveld method if the exposure time set in an X-ray diffraction experiment is insufficient. We have discussed the dependence of the I(101)/I(112 + 200) peak intensity ratio on various factors including diffraction peak instrumental broadening, peak twinning due to grain size reduction, thin film lattice parameter variation due to substrate lattice mismatch and lattice parameter variation due to oxygen vacancies. The method is useful as it allows evaluating the superlattice ordering degree in Sr2FeMoO6-d without large time consumption for X-ray diffraction pattern recording and processing with the Rietveld method which may be essential when dealing with large amounts of experimental dataФерромолибдат стронция (Sr2FeMoO6-d, SFMO), обладающий структурой двойного перовскита, является многообещающим кандидатом для использования в качестве основного материала в спинтронике. Однако на данный момент SFMO не нашел широкого применения из-за низкой воспроизводимости его магнитных свойств, вызванной, в том числе, их сильной зависимостью от степени упорядочения катионов Fe и Mo в подрешетках B´ и B² двойного перовскита A2B´B²O6. Рассмотрен экспресс-метод определения степени разупорядочения ферромолибдата стронция. Степень заселения подрешеток катионами Fe и Mo определена как для стехиометрического, так и для нестехиометрического Sr2FeMoO6-δ с 5%-ным избытком Fe и Mo соответственно. Рассчитано соотношение интенсивности пикa сверхструктурного упорядочения (101) к наиболее интенсивному пику (112 + 200). Проведена подгонка расчетных кривых под известное для аналогичных случаев аналитическое выражение. Результаты расчетов предложенным авторами методом совпадают с результатами обработки экспериментальных данных методом Ритвельда в пределах ±25 %, что позволяет использовать этот метод в качестве альтернативы методу Ритвельда в том случае, когда время выдержки для рентгеноструктурного анализа установлено недостаточно большим. Обсуждено влияние таких факторов, как приборное уширение дифракционных пиков, уширение пиков вследствие уменьшения размера кристаллитов, изменение параметров решетки тонких пленок за счет их несоответствия с подложкой и изменение параметров решетки за счет появления кислородных вакансий на соотношение интенсивности пиков I(101)/I(112 + 200). Актуальность метода состоит в том, что он позволяет оценить степень сверхструктурного упорядочения Sr2FeMoO6-d не требуя больших затрат времени съемки и обработки данных дифрактограмм методом Ритвельда, что может быть полезно в случае, когда предстоит обработать большое количество результатов измерений
Термостимулированная десорбция кислорода в Sr2FeMoO6-δ
Get PDFPolycrystalline Sr2FeMoO6-δ specimens have been obtained by solid state synthesis from partially reduced SrFeO2.52 and SrMoO4 precursors. It has been shown that during oxygen desorption from the Sr2FeMoO6-δ compound in polythermal mode in a 5%H2/Ar gas flow at different heating rates, the oxygen index 6–δ depends on the heating rate and does not achieve saturation at T = 1420 K. Oxygen diffusion activation energy calculation using the Merzhanov method has shown that at an early stage of oxygen desorption from the Sr2FeMoO6-δ compound the oxygen diffusion activation energy is the lowest Еа = 76.7 kJ/mole at δ = 0.005. With an increase in the concentration of oxygen vacancies, the oxygen diffusion activation energy grows to Еа = 156.3 kJ/mole at δ = 0.06. It has been found that the dδ/dt = f(Т) AND dδ/dt = f(δ) functions have a typical break which allows one to divide oxygen desorption in two process stages. It is hypothesized that an increase in the concentration of oxygen vacancies V ·· leads to their mutual interaction followed by ordering in the Fe/Mo–O1 crystallographic planes with the formation of various types of associations.Методом твердофазного синтеза из частично восстановленных прекурсоров SrFeO2,52 и SrMoO4 получали поликристаллические образцы Sr2FeMoO6-δ. Установлено, что в процессе выделения кислорода из соединения Sr2FeMoO6-δ в политермическом режиме в потоке газовой смеси 5%Н2/Ar при различных скоростях нагрева величина кислородного индекса «6-δ» зависит от скорости нагрева и при Т = 1420 К не выходит на насыщение. При расчете энергии активации диффузии кислорода методом Мержанова обнаружено, что на начальном этапе десорбции кислорода из Sr2FeMoO6-d энергия активации имеет минимальное значение Еа = 76,7 кДж/моль при δ = 0,005. По мере увеличения концентрации кислородных вакансий она увеличивается до значения Еа = 156,3 кДж/моль при δ = 0,06. Замечено, что зависимости dδ/dt = f(Т) и dδ/dt = f(δ) претерпевают характерный излом, который позволяет условно разделить процесс десорбции кислорода на две стадии развития. Сделано предположение, что с увеличением концентрации кислородных вакансий V ·· происходит взаимодействие между ними с последующим протеканием процессов их упорядочения в кристаллографических плоскостях Fe/Mo-O1 с образованием ассоциатов различного типа
Расчет теплопереноса в наноразмерных гетероструктурах
Get PDFAbstract. The article discusses the calculation of the temperature regime in nanoscale AlAs/GaAs binary heterostructures. When modeling heat transfer in nanocomposites, it is important to take into account that heat dissipation in multilayer structures with layer sizes of the order of the mean free path of energy carriers (phonons and electrons) occurs not at the lattice, but at the layer boundaries (interfaces). In this regard, the use of classical numerical models based on the Fourier law is limited, because it gives significant errors. To obtain more accurate results, we used a model in which the heat distribution was assumed to be constant inside the layer, while the temperature was stepwise changed at the interfaces of the layers. A hybrid approach was used for the calculation: a finite−difference method with an implicit scheme for time approximation and a mesh−free model based on a set of radial basis functions for spatial approximation. The calculation of the parameters of the bases was carried out through the solution of the systems of linear algebraic equations. In this case, only weights of neuroelements were selected, and the centers and «widths» were fixed. As an approximator, a set of frequently used basic functions was considered. To increase the speed of calculations, the algorithm was parallelized. Calculation times were measured to estimate the performance gains using the parallel implementation of the method.Аннотация. Проведен расчет температурного режима в наноразмерных бинарных гетероструктурах AlAs/ GaAs. При моделировании теплопереноса в нанокомпозитах важно учитывать, что рассеивание тепла в многослойных структурах при размерах слоев порядка длины свободного пробега носителей энергии (фононов и электронов) происходит не на кристаллической решетке, а на границах слоев (интерфейсах). Поэтому использование классических численных моделей, основанных на законе Фурье, сильно ограничено, так как дает существенные погрешности. Для получения более точных результатов. Использована модель, в которой распределение тепла предполагалось постоянным внутри слоя, при этом температура ступенчато изменялась на интерфейсах слоев. Для вычисления использован гибридный подход: конечно−разностный метод с неявной схемой для временной аппроксимации и бессеточная модель на основе набора радиально− базисных функций для пространственной аппроксимации. Расчет параметров базисов проведен через решение системы линейных алгебраических уравнений. При этом подбирали только весовые коэффициенты нейроэлементов, а центры и «ширины» были фиксированы. В качестве аппроксиматоров рассмотрен набор часто используемых базисных функций. Для увеличения скорости вычислений выполнена параллелизация алгоритма. Проведены замеры времени счета для оценки прироста производительности при использовании параллельной реализации метода
О перспективе создания элементов памяти на основе наночастиц кремния
Get PDFPhase-change memory is based on a change in the optical, electrical, or other properties of a substance during a phase transition, for example, transition from the amorphous to the crystalline state. Already realized and potential applications of such memory are associated with the use for this purpose of multicomponent alloys based on metals, semiconductors. However, single-component nanoparticles, including Si ones, are also of interest in view of the prospects for their use as nanoscale memory units. In particular, possibility of creating such memory units is confirmed by the fact that the bulk phase of the amorphous silicon has an optical absorption coefficient which is by an order of magnitude greater than that of the crystalline, although, it is difficult to release this effect for an individual nanoparticle whose size does not exceed the wavelength of light. In this work, using molecular dynamics (MD) and the Stillinger-Weber potential, we studied the laws of melting and conditions of crystallization for silicon nanoparticles containing up to 100,000 atoms. It has been shown that upon cooling a silicon nanodroplet at a rate of 0.2 TK/s and higher rates, its transition into the amorphous state takes place, whereas single-component metal nanodroplets crystallize even at cooling rates of 1 TK/s. Upon subsequent heating of amorphous silicon nanoparticles containing more than 50,000 atoms, they crystallize in the definite temperature range 1300—1400 K. It is concluded that it is principally possible to create memory units based on the above phase transitions. The transition of a nanoparticle to the amorphous state is achieved by its melting and subsequent cooling to the room temperature at a rate of 0.2 TK/s, and switching to the crystalline state is achieved by heating it to 1300—1400 K at a rate of 0.2 TK/s and subsequent cooling. On the basis of results of MD experiments, a conclusion is made that there exist a minimal size of silicon nanoparticles, for which producing memory units based on the change of the phase state, is not possible. It was found that for the temperature change rate of 0.2 TK/s, the minimal size in question 12.4 nm that corresponds to 50,000 atoms.Память, связанная с изменением фазового состояния (phase–change memory), основана на изменении оптических, электрических или иных свойств вещества при фазовом переходе, например переходе из аморфного состояния в кристаллическое. На сегодняшний день уже реализованные и потенциальные применения такой памяти связаны в первую очередь с использованием многокомпонентных сплавов на основе химических элементов, относящихся к металлам и полупроводникам. Однако однокомпонентные наночастицы, включая наночастицы Si, также представляют интерес в качестве перспективных наноразмерных элементов памяти. В частности, возможность создания таких элементов памяти подтверждается тем, что у объемной фазы аморфного кремния значение коэффициента оптического поглощения на порядок больше, чем у кристаллического. Разумеется, этот эффект затруднительно реализовать для отдельной наночастицы, размер которой не превышает длину волны света. В данной работе с использованием молекулярной динамики (МД) и потенциала Стиллинджера—Вебера исследованы закономерности плавления и условия кристаллизации наночастиц кремния, содержащих до 105 атомов. Показано, что при охлаждении нанокапель кремния со скоростью 0,2 ТК/с и выше имеет место их переход в аморфное состояние, тогда как однокомпонентные металлические нанокапли кристаллизуются в МД-экспериментах даже при скоростях охлаждения 1 ТК/с. При последующем нагреве аморфных наночастиц кремния, содержащих более 5 ∙ 104 атомов, происходит их кристаллизация в определенном температурном интервале от 1300 до 1400 К. Сделан вывод о принципиальной возможности создания элементов памяти, основанных на данных фазовых переходах. Переход наночастицы в аморфное состояние достигается путем ее плавления и последующего охлаждения до комнатной температуры со скоростью 0,2 ТК/с, а переключение в кристаллическое состояние — путем ее нагрева до 1300—1400 К со скоростью 0,2 ТК/с и последующего охлаждения. На основе результатов МД-экспериментов сделан вывод о существовании минимального размера наночастиц кремния, ниже которого при заданной скорости изменения температуры создание элементов памяти, основанных на изменении фазового состояния, становится принципиально невозможным. Установлено, что для скорости изменения температуры 0,2 ТК/с такой минимальный размер составляет 12,4 нм (число атомов — порядка 5 ∙ 104 атомов)
Контактные и бесконтактные методы измерения параметров пористого кремния
Get PDFIn this work we have used contact and contactless techniques to measure the electrical resistivity of single crystal silicon wafers with porous layers of variable thickness synthesized on the surface. The porous layers have been synthesized on the surfaces of single crystal wafers with well pronounced microroughness pattern, either textured or grinded. We have used the classic four-probe method with a linear probe arrangement as the contact measurement technique, and the resonance microwave method based on microwave absorption by free carriers as the contactless measurement technique. Electrical resistivity distribution over the specimen surface has been mapped based on the measurement results. We have demonstrated a general agreement between the electrical resistivity distribution patterns as measured using the contact and contactless measurement techniques. To analyze the electrical resistivity scatter over the specimen surface area we have simulated the field distribution in the electrolyte during porous layer formation in a non-planar anode cell. The regularities of the electrical resistivity spatial distribution in different types of specimens are accounted for by specific porosity formation mechanisms which in turn are controlled by the initial microroughness pattern and the field distribution pattern in the electrolyte for each specific case.Бесконтактные методы измерения параметров представляют особый интерес для наноматериалов, к которым относится и пористый кремний, так как при измерении их параметров контактными методами наноструктура может быть необратимо нарушена. Актуальным вопросом является интерпретация результатов измерений параметров наноматериалов бесконтактными методами и сопоставление их с результатами, полученные с помощью традиционных контактных методов. Контактным и бесконтактным методами проведены измерения удельного электросопротивления (УЭС) образцов монокристаллических пластин кремния с созданным на их поверхности пористым слоем различной толщины. Пористый слой создавали на поверхностях монокристаллических пластин с хорошо выраженным микрорельефом: текстурированных и шлифованных. В качестве контактного был выбран классический четырехзондовый метод с линейным расположением зондов, в качестве бесконтактного — резонаторный СВЧ-метод, основанный на явлении поглощения СВЧ-излучения свободными носителями заряда. По результатам измерений построены карты распределения УЭС по площади образцов. Показано качественное совпадение картин распределения УЭС, полученных контактным и бесконтактным методом. Для анализа картины разброса значений удельного сопротивления по площади образцов проведено моделирование распределения поля в электролите при формировании пористого слоя в ячейке с непланарным анодом. Особенности пространственного распределения УЭС для каждого типа образцов объясняются особенностями механизма порообразования, которые, в свою очередь, задаются исходным микрорельефом поверхности и картиной распределения поля в электролите в данном конкретном случае
Влияние фазового состава и локальной кристаллической структуры на транспортные свойства твердых растворов ZrO2—Y2O3 и ZrO2—Gd2O3
Get PDFAbstract. The results of investigation of crystal structure, ion conductivity and local structure of solid solutions (ZrO2)1−x(Gd2O3)x and (ZrO2)1−x(Y2O3)x (x = 0.04, 0.08, 0.10, 0.12, 0.14). The crystals were grown by directional crystallization of the melt in a cold container. The phase composition of the crystals was studied by X−ray diffractometry and transmission electron microscopy. Transport characteristics were studied by impedance spectroscopy in the temperature range 400—900 °C. The local crystal structure was studied by optical spectroscopy. Eu3+ ions were used as a spectroscopic probe. The results of the study of the local structure of solid solutions of ZrO2—Y2O3 and ZrO2—Gd2O3 systems revealed the peculiarities of the formation of optical centers, which reflect the nature of the localization of oxygen vacancies in the crystal lattice depending on the stabilizing oxide concentration. It is established that the local crystal environment of Eu3+ Ions in solid solutions (ZrO2)1−x(Y2O3)x and (ZrO2)1−x(Gd2O3)x is determined by the stabilizing oxide concentration and practically does not depend on the type of stabilizing oxide (Y2O3 or Gd2O3). The maximum conductivity at 900 °C was observed in crystals containing 10 mol.% Gd2O3 and 8 mol.% Y2O3. These compositions correspond to the t′′−phase and are close to the boundary between the regions of the cubic and tetragonal phases. It was found that in the system ZrO2—Y2O3 stabilization of the highly symmetric phase occurs at a lower stabilizing oxide concentration than in the system ZrO2—Gd2O3. Analysis of the data obtained allows us to conclude that in this range of compositions the main influence on the concentration dependence of the ion conductivity has a phase composition, rather than the nature of the localization of oxygen vacancies in the crystal lattice.Аннотация. Приведены результаты исследования кристаллической структуры, ионной проводимости и локальной структуры твердых растворов (ZrO2)1−х(Gd2O3)х и (ZrO2)1−х(Y2O3)х при (x = 0,04, 0,08, 0,10, 0,12, 0,14). Кристаллы выращивали методом направленной кристаллизации расплава в холодном контейнере. Исследования фазового состава кристаллов проводили методом рентгеновской дифрактометрии и просвечивающей электронной микроскопии. Транспортные характеристики изучали методом импедансной спектроскопии в температурном диапазоне 400—900 °С. Исследование локальной структуры кристаллов выполняли методом оптической спектроскопии. В качестве спектроскопического зонда использовали ионы Eu3+. В результате исследования локальной структуры твердых растворов систем ZrO2—Y2O3 и ZrO2—Gd2O3 выявлены особенности формирования оптических центров, которые отражают характер локализации кислородных вакансий в кристаллической решетке в зависимости от концентрации стабилизирующего оксида. Установлено, что локальное кристаллическое окружение ионов Eu3+ в твердых растворах (ZrO2)1−х(Y2O3)х и (ZrO2)1−х(Gd2O3)х определяется концентрацией стабилизирующего оксида и практически не зависит в рассмотренном случае от вида стабилизирующего оксида (Y2O3 или Gd2O3). Максимальная проводимость при температуре 900 °С выявлена в кристаллах, содержащих 10 % (мол.) Gd2O3 и 8 % (мол.) Y2O3. Эти составы соответствуют t′′−фазе и близки к границе между областями кубической и тетрагональной фаз. Установлено, что в системе ZrO2—Y2O3 стабилизация высокосимметричной фазы происходит при меньшей концентрации стабилизирующего оксида, чем в системе ZrO2—Gd2O3. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что в этом диапазоне составов основное влияние на концентрационную зависимость ионной проводимости оказывает фазовый состав, а не характер локализации кислородных вакансий в кристаллической решетке
Развитие рынка и технологии производства поликристаллического кремния
Get PDFThe article is devoted to the current state and prospects of production development of main material — polycrystalline silicon (polysilicon) which is used in the manufacture of products for micro and power electronics and photovoltaics. The article includes polycrystalline silicon market dynamics analysis. It is noted that the increase in polysilicon output is primarily connected to the growing needs of photovoltaics and the global trend of transition to renewable, alternative energy. It is assumed that the annual increase in the output of polysilicon will reach a level of 10−15 % or more. There are several facts that are important for the intensive development of photovoltaics. They include level of polycrystalline silicon technology and the availability of this material for large−scale production of highly efficient solar cells. According to forecasts, the main technology used in the industry based on «Siemens Process» will remain dominant in the foreseeable period of time. LLC «Kremniytehnoprom» is developing a modern polysilicon production project based on the original designs and modernization of «Siemens Process». It is planned to be created in Russia with the involvement of leading German specialists and enterprises (SPSC GmbH, GEC GmbH). The project provides maximum safety of production, despite the potential risks inherent in technology. First of all it is ensured by guarantees of hardware−technological schemes performance, reliability of the equipment and design solutions in general, as well as by a set of emergency protections. Toxic production waste will be processed into safe substances — targeted products for sale. The created enterprise will ensure the optimization of key indicators for competitive production: the price of polysilicon, production volumes, specific capital investments and current unit costs.Рассмотрено текущее состояние и перспективы развития производства основного материала — поликристаллического кремния (поликремния), используемого в производстве изделий микро− и силовой электроники и фотоэнергетики. Выполнен анализ динамики рынка поликристаллического кремния. Отмечено, что рост объемов выпуска поликремния связан, прежде всего, с возрастающими потребностями фотоэнергетики, с общемировой тенденцией перехода на возобнавляемую, альтернативную энергетику. Сделано предположение, что ежегодный прирост объемов выпуска поликремния достигнет в ближайшее время уровня 10—15 % и выше. Для интенсивного развития фотоэнергетики существенную роль играет уровень технологии поликристаллического кремния и доступность этого материала для широкомасштабного производства высокоэффективных солнечных элементов. По прогнозам основная применяемая в промышленности технология на базе «Сименс−процесса» останется доминирующей в обозримый период времени. ООО «Кремнийтехнопром» осуществляет разработку современного проекта производства поликремния на основе оригинальных разработок и модернизации «Сименс−процесса», которое планируется создать в России с привлечением ведущих специалистов и предприятий Германии (SPSC GmbH, GEC GmbH). На создаваемом предприятии предусматривается максимально полная безопасность производства, несмотря на потенциальные риски, заложенные в технологии. Это обеспечивается, прежде всего, гарантиями работы современных аппаратурно−технологических схем, надежностью применяемого оборудования и проектных решений в целом, комплексом противоаварийных защит. Токсичные отходы производства будут перерабатываться в безопасные вещества — целевые продукты для реализации. На предприятии будет достигнута оптимизация основных показателей для конкурентоспособного производства: цены поликремния, объемов производства, удельных капитальных инвестиций и текущих удельных затрат
Формирование стабильных индуцированных доменов в области заряженной междоменной границы в ниобате лития с помощью зондовой микроскопии
Get PDFThe influence of a charged domain wall on the formation of the induced domain structures in congruent x-cut lithium niobate crystals (LiNbO3) is studied. By diffusion annealing in air ambient near Curie temperature, as well as infrared annealing in oxygen-free ambient bi- and multidomain ferroelectric structures containing charged domain walls «head-to-head» and «tail-to-tail» were formed. By Kelvin probe mode of atomic force microscopy (AFM) surface potential near the charged domain walls was investigated. We studied surface needle-shaped induced microdomains which were formed in a vicinity of the domain boundary and far from it by applying of voltage to the cantilever being in a contact with the surface of the sample. Dependence of morphology of the induced domain structure on the crystal’s electric conductivity was demonstrated. Screening effect of charged «head-to-head» domain wall on a shape and size of the domain, that was induced near the boundary is shown. We described partition of the single needle-shaped domains formed by AFM cantilever to several microdomains having a shape of several beams based in a common nucleation point. We found an influence of the charged domain wall on the topography of the samples, which consisted in the appearance of a long groove corresponding to the domain boundary after the reducing annealing.Сегнетоэлектрические кристаллы ниобата лития (LiNbO3) c искусственно сформированной доменной структурой находят широкое применение в оптических системах генерации кратных гармоник лазерного излучения, акустооптике, прецизионных актюаторах, датчиках вибрации и магнитного поля, в том числе предназначенных для применения при повышенных температурах, в перспективе — в запоминающих устройствах ЭВМ. Исследовано влияние заряженной междоменной границы на формирование индуцированных доменных структур в конгруэнтных кристаллах ниобата лития (LiNbO3) неполярного x-среза. Методами диффузионного отжига на воздухе вблизи температуры Кюри и инфракрасного отжига в бескислородной среде в образцах были сформированы би- и полидоменные сегнетоэлектрические структуры, содержащие заряженные доменные границы типа «голова-к-голове» и «хвост-к-хвосту». В режиме Кельвин-моды атомно-силового микроскопа (АСМ) исследован поверхностный потенциал в окрестности заряженной междоменной границы. Исследованы приповерхностные клиновидные индуцированные микродомены, сформированные в области заряженной междоменной границы и вдали от нее путем приложения электрического потенциала на кантилевер АСМ, находящийся в контакте с поверхностью кристалла. Продемонстрирована зависимость морфологии индуцированной доменной структуры от электропроводности кристаллов. Показано экранирующее действие заряженной междоменной границы типа «голова-к-голове» на форму и размер домена, индуцированного в непосредственной близости к доменной стенке. Описано разбиение одиночных клиновидных доменов, образующихся при локальной переполяризации кристаллов восстановленного ниобата лития с помощью кантилевера АСМ, на семейства микродоменов, имеющих форму сонаправленных лучей, выходящих из общего центра зарождения. Обнаружено влияние заряженной междоменной границы на топографию образцов, заключающееся в возникновении при восстановительном отжиге протяженного углубления, совпадающего с линией заряженной границы
МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ И РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАССИВОВ СТОЛБИКОВ НИКЕЛЯ В МАТРИЦЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
Get PDFNi rods distributed in silicon dioxide matrix formed on silicon wafers have been characterized by means of scanning electron microscopy and X–ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy. Ni rods have been obtained by electrochemical deposition of the metal onto a silicon dioxide matrix pores formed with the tracking technique. Latent tracks have been obtained by SiO2 film irradiation with heavy gold ions at the Hahn–Meitner–Institute (Berlin, Germany). Scanning electron microscopy has established the peculiarities of pore filling with metal and the specificity of Ni rod formation and their morphology (surface and cleavages). High intensity synchrotron radiation of the Helmholtz Zentrum Berlin has been used in the ultrasoft X–ray range for electron energy structure studies of the Ni rods with the XANES technique. The specific phase composition of the surface layers has been investigated using Si, Ni and O atom local surrounding analysis performed based on synchrotron XANES technique data including the rod/matrix interface. Possible Ni silicide formation has been demonstrated for a certain rod array formation mode in which partial SiO2 matrix destruction occurs and the metal contacts with the silicon wafer. Natural oxidation specificity has also been studied for the Ni rod/SiO2 heterostructure surface.Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) и спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения (X−ray absorption near edge structure — XANES) проведена диагностика массивов столбиков никеля, распределенных в матрице SiO2 на подложке кремния. Столбики Ni получены методом электрохимического осаждения металла в поры матрицы диоксида кремния, сформированные трековым методом. Латентные треки получены путем облучения слоя SiO2 тяжелыми ионами золота на ускорителе Института Хан−Майтнер (Берлин, Германия). Методом РЭМ установлены особенности заполнения пор металлом, показана специфика образования столбиков Ni, их морфология (поверхность и сколы). Электронно−энергетическое строение массивов столбиков Ni исследовано методом XANES с помощью высокоинтенсивного синхротронного излучения ультрамягкого рентгеновского диапазона накопительного кольца BESSY II Гельмгольц−центра г. Берлина. Путем анализа локального окружения атомов кремния, никеля и кислорода по данным синхротронного метода XANES изучена специфика фазового состава поверхностных слоев, включая границу раздела столбик−матрица. Возможное образование фазы силицида никеля показано лишь при определенных режимах формирования массивов столбиков: в случае частичного разрушения матрицы диоксида кремния и при контакте металла с подложкой Si. Изучена специфика естественного окисления поверхности гетероструктуры «столбик никеля — диоксид кремния»
СЕНСОРНЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Get PDFA review of publications over the last years dealing with the development of gas and electrochemical sensors, including biosensors, on the basis of carbon nanotubes is provided. Results of the experimental and theoretical study of their principles and operation mechanisms are provided. The structure of carbon nanotubes has been described. The main regularities of the structure, energetic characteristics and sensor properties of the modified semiconducting systems on the basis of carbon nanotubes have been studied. Analysis of the mechanisms of the interaction between nanotubes and the functional groups (including carboxyl and amino ones), metal nanoparticles and polymers for the formation of chemically active sensors has been reported. The possibility of application of the boundary modified monolayer carbon nanotubes for the identification of metals is discussed. Results of simulation of the interaction between nanotubes boundary modified by —COOH and —NH2 groups with atoms and ions of potassium, sodium and lithium obtained using the molecular cluster model and the MNDO and DFT calculation methods are provided. The sensors synthesized in this way will be used for establishment of the existence and identification of metal atoms and their ions included in salts and alkalis