Антропов, Илья Михайлович. Влияние адсорбции молекул на электрофизические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе пористого кремния

Краткое описание

Антропов, Илья Михайлович. Влияние адсорбции молекул на электрофизические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе пористого кремния : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.10 / Антропов Илья Михайлович; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова].- Москва, 2013.- 139 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-1/578

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени М.В. ЛОМОНОСОВА
Физический факультет
Кафедра общей физики и молекулярной электроники
04201 356S52 На правах рукописи
Антропов Илья Михайлович
Влияние адсорбции молекул на электрофизические
и магнитные свойства нанокомпозитов на основе
пористого кремния.
Специальность 01.04.10 «Физика полупроводников»
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
Научный руководитель:
доктор физико-математических наук, профессор Козлов С.Н.
Москва - 2013
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
§1.1. Формирование пористого кремния 12
§1.2. Факторы, влияющие на процессы формирования пористого кремния 17 §1.3. Электрические свойства пористого кремния 22
§ 1.4. Транспортные свойства структур металл/ПК/c-Si 26
§1.5. Чувствительность пористого кремния к молекулам различных газов 33 § 1.6. Использование металлов-катализаторов и фильтров для улучшения селективности газовых датчиков 45
§1.7. Магнитные свойства структур на основе пористого кремния 51
Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 57
§ 2.1. Получение экспериментальных структур 57
§ 2.2. Вакуумно-адсорбционная установка. Получение адсорбатов 60
§ 2.3. Методика измерения статических вольт-амперных характеристик экспериментальных структур 65
§ 2.4. Методика магнитных измерений 67
§ 2.5. Методика обработки результатов магнитометрии 69
§ 2.6. Регистрация ЭПР спектров 70
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 71
§ 3.1. Особенности транспорта носителей заряда в структурах Me/TLK-Ni(Co)/c-Si при разных температурах 71
§ 3.2. Чувствительность структуры Ме/ПК-Ni/c-Si к молекулам метана 77 § 3.3. Влияние металла-катализатора на чувствительность экспериментальных структур к молекулам углеводородов 85
§ 3.4. Влияние адсорбции кислорода на чувствительность структур Ме/ПК-Ni/c-Si к молекулам метана 93
§ 3.5. Влияние адсорбции молекул водорода на ВАХ структуры
Ме/ПК-Ni/c-Si 99
§ 3.6. Чувствительность структуры Ме/ПК-Ni/c-Si к молекулам осушенного бытового газа 103
§ 3.7. Влияние адсорбции метана на проводимость структуры Ме/ПК-Ni/c-Si на фоне атмосферного воздуха 107
§3.8. Влияние адсорбции паров воды на ВАХ структуры Ме/ПК-Ni/c-Si 110 §3.9. Влияние адсорбции парабензохинона на магнитные свойства
пористого кремния 114
ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 124
Благодарности 125
Литература 126

Список литературы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
1) Обнаружено значительное увеличение чувствительности структур на основе ПК к молекулам метана и бытового газа при внедрении в пористый слой металла-катализатора (Ni, Со). Внедрение нанокластеров Ni приводит к большему возрастанию чувствительности к углеводородам, чем внедрение нанокластеров Со.
2) Установлено, что гетероструктуры Me/IIK-Ni(Co)/c-Si обладают высокой адсорбционной чувствительностью к различным газовым средам, в первую очередь к таким взрывоопасным газам как: метан, бытовой газ, водород.
3) Показано, что минимальная температура детектирования метана и бытового газа значительно ниже рабочих температур существующих полупроводниковых (металлооксидных) сенсоров.
4) Установлено, что механизм чувствительности исследованных гетероструктур к молекулам углеводородов не связан с влиянием адсорбированного на поверхности ПК кислорода.
5) Предложена модель, объясняющая влияние адсорбции углеводородов на проводимость исследованных структур, которая основывается на каталитической диссоциации молекул углеводородов на нанокластерах металла с образованием атомарного водорода.
6) Установлено, что экспериментальные структуры способны обнаруживать метан на фоне атмосферного воздуха.
7) Установлено, что адсорбция молекул ПБХ на поверхности пористого кремния приводит к формированию нового нанокомпозитного материала: пористой кремниевой матрицы, заполненной кластерами обменно-связанных между собой молекул, характеризующимся суперпарамагнитным поведением в интервале температур от 100 К до 360 К