Наноелектроніка

  • Home
  • Наноелектроніка

Монографії

Монографія присвячена основам науки наноелектроніки та основним положенням технології отримання наноелектронних елементів. У роботі наявні методи дослідження та аналізу різноманітних наноструктур.
У книзі розглядаються результати досліджень вуглецевих наноструктурованих матеріалів, зокрема: наноструктурованого кремнію і кремнієвих композитів, технології їх отримання, властивості, області застосування; узагальнюються дослідження самоорганізованих нанорозмірних структур, а саме: фулеренів, вуглецевих нанотрубок, алмазоподібних плівок, графена.

Підручники, навчальні й методичні посібники

У підручнику викладено основи сучасних технологій вирощування тонких плівок, квантово-розмірних шарів, квантових ниток, квантових точок, фулеренів і вуглецевих нанотрубок, принципи епітаксії і основні режими гетероепітаксійного росту, можливості використання процесів самоорганізації для формування систем квантових ниток і квантових точок. Розглянуто основні фізичні властивості дво-, одно- і нульвимірних квантових напівпровідникових і вуглецевих структур, питання розмірного квантування і умови спостереження квантово-розмірних явищ, особливості функції густини станів у системах різної вимірності, кінетичні та оптичні характеристики низькорозмірних систем, фізичні явища, які спричиняє зниження вимірності системи – квантовий ефект Холла, квантування провідності балістичних 2D-контактів і вуглецевих нанотрубок, кулонівську блокаду й одноелектронні процеси у резонансо-тунельних структурах, від’ємний диференційний опір надґраток тощо.
Коротко викладені за опублікованими літературними даними основні результати останніх досліджень з нанотехнологій, призначених для створення наноструктурованих матеріалів переважно конструкційного і функціонального призначення. Розглянуто фізико-хімічні особливості наноматеріалів, методи діагностики, причини появи розмірної залежності механічних, кінетичних, термодинамічних і інших властивостей наноматеріалів. Описано основні види наноматеріалів, способи отримання компактних наноматеріалів, їх властивості та застосування. Особливу увагу приділено перспективним нанотехнологій і наноматеріалів для використання в атомній енергетиці. Коротко викладені методи отримання, властивості і перспективи використання низькорозмірних гетероструктур, фулеренів, вуглецевих нанотрубок. Дано визначення деяким, найбільш поширеним термінам нанотехнологій, широко використовуваних в літературі.
Розглянуто елементарні наукові засади та напрями розвитку твердотільної інтегральної електроніки (мікроелектроніки), фізичні основи нового напряму – наноелектроніки, що охоплює нову науково-технічну галузь – магнітоелектроніку (спінтроніку), а також численні біологічні й технологічні аспекти нанотехнологій.
  • Пазуха І. М. Фізичні властивості плівкових матеріалів мікро – і наноелектроніки : навч. посіб : у 2 ч. / І. М. Пазуха. – Суми : Сум. держ. ун-т, 2014. – Ч. 1. – 230 с. ; Ч. 2. – 212 с.
Посібник містить матеріал перекладу з англійської мови з коментарями та доповненнями вибраних розділів монографії відомих французьких вчених К. Тельє і А. Тоссе «Розмірні ефекти в тонких плівках» та додатки у вигляді перекладених українською мовою відомих праць із теми «Електрофізичні властивості тонких плівок».
У виданні розглянуто сучасний стан досліджень у галузі нанофізики, наноматеріалів і наноелектроніки, розмірні ефекти як в ізольованих наночастинках, так і в низько розмірних кристалах та компактних нанокристалічних матеріалах.
Підручник присвячений узагальненому і систематизованому викладенню навчальних та науково-прикладних методів радіофізичної діагностики матеріалів і середовищ при неруйнівному контролі якості матеріалів, що використовуються в промисловості, наноелектроніці, а також при діагностиці різних середовищ і біологічних об’єктів.

Статті, доповіді

Наноструктуровані матеріяли (NsM) представляють собою матеріяли із мікроструктурою, характерні довжини якої складають близько декількох (зазвичай 1–100) нанометрів. Наноструктура є структурою проміжного розміру між мікроскопічними та молекулярними структурами. У цій статті ми вивчаємо властивості системи рідкий кристал (LC)–NsM розміром у 6 нм, яка утворює високостабільні розчини в нематичному рідкому кристалі 4-ціано-4-н-пентілбіфеніла (5CB). Наноструктуру ковалентно функціоналізовано із 4-сульфанілфеніл-4-[4 (октілоксі) феніл] бензоатом (SOPB), який нагадує структуру молекул 5CB. Використання LCs як NsM із антенами з фазованою ґратницею призначається для управління жмутом електронним способом, із високою ефективністю уможливлюючи одержати мінімальні рівні бічних пелюсток і вузькі ширини променя. Зазвичай фазообертачі являють собою пристрої у фазованій антенній ґратниці, що уможливлює керувати випромінюваним променем за напрямком. Метою цієї роботи є дослідження фазового зсуву в лінійній антенній ґратниці для сканування кута. Використовується мікросмужкова антенна ґратниця, оскільки вона є простою у проєктуванні та виготовленні. Ansoft Designer Software використовується для моделювання фазового зсуву задля застосувань в антенній ґратниці із синтезою NsM, спрямованою LC. У нашій статті ми представляємо нову зовнішню команду з новим впливом статичного підмагнетувального поля рідкого кристалу задля зміщення діяграми спрямованости.
Було встановлено, що в межах ширини забороненої зони квантової точки з селеніду цинку з’являється зона екситонних станів, розташована в нижній частині зони провідности. Було показано, що зменшення ширини забороненої зони цієї наносистеми зумовлене переходом електрона з квантово-розмірного рівня у валентній зоні квантової точки до рівнів зони екситонних станів. Залежність енергії основного стану екситона від радіюса квантової точки було одержано з використанням модифікованої методи ефективної маси.
Використовуючи Рітвелдову методу повнопрофільної аналізи структури, ми аналізували структурну еволюцію стопу Nі50Tі50, підготовленого методою механічного леґування. Елементні порошки титану та ніклю мелються протягом різних часів здрібнювання (0, 1, 3, 6, 24 і 72 години) у високоенергетичному внутрішньошліфувальному планетарному кульовому млині тонкого млива (Pulverіsette 7 преміяльної лінії). Намолочені порошкові зразки для випробування були охарактеризовані рентґенівським дифрактометром Phіlіps X,Pert, обладнаним джерелом випромінення CuKα (ƛCu = 0,15418 нм).
Вивчено вплив механізмів поверхневого відбивання електронів на експериментальне електроперенесення та термоелектричні властивості плівок n-PbTe на різних підкладинках на основі моделів Фукса–Сондхаймера та Маєра. Досліджено залежність від товщини провідности, Голлового коефіцієнта і Зеєбекового коефіцієнта плівок на основі PbTe. Показано, що для плівок на ситалових підкладинках реалізується механізм повністю дифузного розсіяння носіїв заряду (p ̴ 0), а для плівок, одержаних на свіжоприготовлених лоснякових кристаликах, — мішаний дзеркально-дифузний механізм розсіяння носіїв (коефіцієнт розсіяння p ̴ 0,4).
Методами функціоналу електронної густини та псевдопотенціялу із перших принципів одержано розподіли густини валентних електронів і потенціяльні рельєфи міґрації молекул води вздовж пласкої поверхні графену та всередині вуглецевої нанотрубки. Було встановлено, що масоперенесення води всередині нанотрубки стимулюється додатковими рушійними силами, пов’язаними з кривиною її поверхні, які проявляються у зменшені на два порядки енергії дифузії при повздовжньому русі молекул у нанотрубці (на порядок — при поперечному русі) порівняно з рухом молекул вздовж пласкої поверхні графену.
В роботі з використанням стандартних метод гальваностатичного заряду–розряду (ГЗР) та електрохемічної імпедансної спектроскопії (ЕІС) вперше досліджено вплив густини струмового навантаження (i) в межах від 0,86 Аг-1 до 6,86 Аг -1 на питомі енергію, ємність, потужність, а також кількості циклів — на питому ємність і кулонівську ефективність мікропористого активованого вуглецевого матеріялу (АВМ) в системі гібридного суперконденсатора (ГС) у 25 %-водному розчині ZnI2. З використанням даних гальваностатичного розряду (ГР) побудовано залежності питомої розрядної псевдоємности (Сп) від фракційного покриття (θ) поверхні АВМ атомами йоду й ізотерми десорбції йоду (ІДІ). Порівняння експериментальних і теоретичних залежностей Сп від θ та ІДІ з теоретичними ізотермами адсорбції йоду (ТІАІ) показує, що процес електросорбції йоду на нанопористій поверхні АВМ відповідає Фрумкіновому моделю. Цей процес характеризується високим θ атомів йоду (від 0,8 до 0,97) і відносно невеликими значеннями параметра міжатомової взаємодії g в адсорбційному шарі (від 0,25 до 1,6). Одержано високий вихід питомих розрядних ємности (Ср = 1020 Кл г -1 ) та енергії (W ≤ 1072 Дж г -1) від теоретичних значень при зміні питомої потужности від 1,1 Вт г -1до 7,3 Вт г -1 та Ср ≈ 1064 Кл г -1 протягом досліджених 1000 гальваностатичних циклів. Дані ЕІС показують, що ГЗР протягом 1000 циклів приводить до більшої ефективности нанопористої структури АВМ щодо високоємнісного заряду. Показано зв’язок високої електрохемічної ефективности роботи електроди з механізмом процесу електросорбції йоду на нанопористій поверхні АВМ.
У системі (Sm1–yGdy)0,55Sr0,45MnO3 встановлено неперервний перехід від 3D-феромагнетного стану спінів Манґану в первинному зразку з у = 0 до зиґзаґоподібного АФМ-впорядкування спінів СЕ-типу в ab-площинах для у = 0,5, яке співіснує у зразках у = 0,5, 0,6 і 0,7  при температурах нижче TN 48,5 К з невпорядкованою фазою типу Ґриффітсової квантової фази. При подальшому зростанні концентрації Ґадолінію відбувається топлення зиґзаґоподібної АФМ-структури СЕ-типу, що приводить до появи у Gd0,55Sr0,45MnO3 в області температур, близькій до абсолютного нуля, незвичайної фази з характерними ознаками безщілинної Z2 – -квантової спінової рідини в нульовому зовнішньому магнетному полі. Стрибкоподібні зміни ізотерм магнетування, виміряних при 4,2 К в інтервалі полів 75 кЕ, пояснено квантовими фазовими переходами Z2-спінової рідини у фазу з топологічним порядком у слабких магнетних полях і поляризовану фазу в сильних полях. Істотна ріжниця критичних полів і величини стрибків намагнетованости в ізотермах свідчить про виникнення гістерезних явищ у процесах магнетування–знемагнетування квантової спінової рідини, викликаних ріжницею процесів локалізації–делокалізації 2D-вихрових пар, індукованих магнетним полем у квантовій спіновій рідині зі структурним безладом.
В роботі досліджено вплив магнетного поля при відпалі на магнетні та механічні властивості стопу Cu–Mn–Al. За допомогою методик низько-польової магнетної сприйнятливости, питомої намагнетованости та мікротвердости проведено порівняльну аналізу орієнтаційної дії магнетного поля на процеси розпаду твердого розчину за фіксованої процедури відпалу. Відмічено зміну магнетних і механічних властивостей стопу Cu–Al–Mn, яка пов’язана зі зміною критичного розміру при утворенні феромагнетної фази виділення. Встановлено кореляцію в поведінці магнетних і механічних властивостей стопу, яка залежить від величини критичного зародку утворення феромагнетної фази виділення.
В умовах надвисокого вакууму досліджено електропровідність плівок срібла, нанесених на поверхню скла та поверхню скла, попередньо покриту підшарами ґерманію різної товщини. Ультратонкі плівки ґерманію (масовою товщиною у 0,5–5 нм) пришвидшують металізацію плівок срібла та зменшують порогову товщину перколяційного переходу. Показано, що найбільші зміни кінетичних коефіцієнтів досліджуваних плівок срібла спостерігаються в діяпазоні товщин підшару ґерманію до 2 нм. Розмірні залежності питомого опору плівок пояснено у рамках сучасних модельних уявлень про розмірні ефекти.
В умовах надвисокого вакууму при тиску залишкових газів, не вищому за 10-7 Па, досліджено структуру плівок хрому, сформованих на поверхні скла, та поверхні ультратонких підшарів германію, попередньо нанесених на поверхню скла. Показано, що зміною товщини підшарів германію в межах 0–4 нм можна керувати лінійними розмірами кристалітів у плівці металу і тим самим змінювати ступінь заповнення поверхні підложжя атомами хрому в шарах металу масовою товщиною 1–2 нм.
В мегагерцовому діяпазоні частот проведено дослідження в’язкопружніх модулів зсуву, об’ємної деформації, відповідних коефіцієнтів дисипації енергії ультразвукового поля, а також внутрішнього тиску та часу життя структурних елементів ПВХ-систем в залежності від температури. Встановлено, що нанодисперсні металеві наповнювачі (Cu, NiCr), одержані методом електричного вибуху провідника (ЕВП) і/або хіміко-електрофізичного дисперґування, виступають ефективним модифікатором в’язкопружніх властивостей ПВХ-систем. З’ясовано кількісний взаємозв’язок між об’ємною густиною енергії матеріялу та внутрішнім тиском. Показано, що у випадку об’ємної деформації композиту в області ультразвукових частот виникає девіяційний модуль стисливости, величина якого залежить від частоти дії ультразвукового поля, часу релаксації елементів структури та динамічної в’язкости й модуля зсуву матеріялу. Показано, що найбільш істотні змінив’язкопружніх властивостей гетерогенних полімерних систем (ГПС) мають місце при введенні в полімерну матрицю понад 0,05 об.% наповнювача, активність якого залежить від методу одержання. В діяпазоні ся в ряду NiCr, Cu (Е/Х), Сu (ЕВП). Одержані співвідношення взаємозв’язку між внутрішнім тиском і модулем пружности матеріялу показують, що при деформуванні ГПС динамічним механічним полем слід врахувати додаткову складову до величини об’ємного модуля стиску у вигляді девіяційного модуля. Одержані результати вказують на можливість використання такого композиту в якості демпферів акустичних ліній затримки та звукоізоляторів в ультразвуковому діяпазоні частот. Запропоновано способи напрямленого реґулювання специфіки поведінки і використання ПВХ-систем при динамічних і теплових навантаженнях. 0,15≤ φ≤0,50 об.% наповнювач впливає не лише на флюктуаційну структуру матриці, але й визначає величину внутрішнього тиску матеріялу за рахунок енергетичної взаємодії на межі поділу фаз полімер-нанодисперсний метал. В дослідженій області вмісту наповнювача й дії температурного поля нелінійно змінюється величина девіяційного модуля стисливости ГПС по відношенню до модуля об’ємного стиску матеріялу в залежності від типу інґредієнтів, активність яких зменшується в ряду NiCr, Cu (Е/Х), Сu (ЕВП). Одержані співвідношення взаємозв’язку між внутрішнім тиском і модулем пружности матеріялу показують, що при деформуванні ГПС динамічним механічним полем слід врахувати додаткову складову до величини об’ємного модуля стиску у вигляді девіяційного модуля. Одержані результати вказують на можливість використання такого композиту в якості демпферів акустичних ліній затримки та звукоізоляторів в ультразвуковому діяпазоні частот. Запропоновано способи напрямленого реґулювання специфіки поведінки і використання ПВХ-систем при динамічних і теплових навантаженнях.
В роботі методою переривчастого ґальваностатичного титрування проведено дослідження процесів електростимульованої дифузії йонів Літію в структуру нанорозмірної шпінелі, модифікованої Ферумом. Показано, що з використанням золь–ґель-методи синтези за температури відпалу у 800ºС утворюється однофазна шпінельна структура з розміщенням синтезою введених катіонів Феруму в обох підґратницях шпінелі, що сприяє підвищенню електропровідности та коефіцієнта електростимульованої дифузії Літію. При цьому розміри неаґломерованих частинок складають близько 50–70 нм, що забезпечує високу швидкість перебігу електрохемічних реакцій на межі електрода–електроліт. Встановлено залежність коефіцієнта дифузії Літію від напруги для різних водних електролітів і показано, що, незалежно від вибору водних розчинів електроліту на основі Li2SO4 та LiNO3 -електроліту, максимально інтенсивно інтеркаляція Літію проходить за напруги у 1,1–1 В відносно електроди порівняння.
У роботі одержано плівки ZnO:Al на поруватих напівпровідникових підкладинках CdTe методою золь–ґель із наступним центрифуґуванням. Одержані структури n-ZnO:Al/porous-CdTe/p-CdTe та безпосередньо плівки досліджувалися за допомогою сканувальної електронної мікроскопії та рентґенівської дифракції. За допомогою рентґеноспектральної мікроаналізи було визначено хемічний склад і проведено фазову аналізу одержаних гетероструктур. Розглянуто можливість застосування гетероструктур n-ZnO:Al/porous-CdTe/p-CdTe в якості фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії.
За допомогою квантово-хемічних розрахунків вивчено особливості електронної будови та її спектральні прояви для молекулярної системи фуллерену С60 із індопентаметинцианіновим барвником при стековій і ковалентній взаємодіях. Досліджено розподіл зарядів у таких системах, встановлено природу електронних переходів у спектрах поглинання зазначених об’єктів. Показано, що у випадку ковалентного зв’язку барвника з фуллереном смугу поглинання з максимальною інтенсивністю зумовлено поглинанням хромофора барвника, а при стековій взаємодії спектер характеризується наявністю смуг поглинання в інфрачервоній області.
Досліджено властивості композитів на основі поліаміду 1212 з вмістом графенових нанопластин (ГН) до 0,06 об’ємної частки. ГН одержано методом електрохімічної дисперґації графітових електрод у лужному електроліті (KOH) низької концентрації при пропусканні струму від 6,0 до 60 мА/см2. Розмір частинок – від 33 до 800 нм (найбільш ймовірний розмір – 41,6 нм); частинки утворювали стійку суспензію. Композити пресували з розтопу полімеру за температури у 460 К і тиску у 5 МПа. Методою ДТА показано, що збільшення вмісту ГН призводить до зміщення температури топлення полімеру в бік низьких температур і до підвищення деструкції полімеру. Концентраційні залежності електропровідности на низьких частотах і дійсної й уявної складових комплексної діелектричної проникности композитів на частоті у 9 ГГц нелінійно змінюються у концентраційному діяпазоні 0,005–0,03, що свідчить про наявність порогу протікання при вмісті ГН у 0,011. Для системи розраховано критичні індекси теорії перколяції. Методою імпедансної спектроскопії показано, що провідність вихідних ГН зумовлено переважно електронною складовою.
Досліджено вплив спільної дії нанонаповнювача і компатибілізатора на реологічні властивості, міжфазні явища та морфологію сумішей поліпропілен/співполіамід (ПП/СПА), а також механічні характеристики сформованих із них монониток. Встановлено, що попереднє введення добавок вуглецевих нанотрубок (ВНТ) і поліпропілену зі щепленим малеїновим ангідридом (ППgМА) у розтоп ПП змінює співвідношення в’язкостей та еластичностей волокноутворювального та матричного полімерів у суміші, наближаючи його до одиниці. Це сприяє підвищенню ступеня дисперґування ПП в матриці співполіаміду. Встановлено, що ВНТ і ППgМА у суміші ПП/СПА впливають на закономірності розпаду рідких струменів (мікроволокон) ПП у матриці СПА. Максимальний ефект досягається за одночасної дії нанодобавки та компатибілізатора — поверхневий натяг ɣαβ падає від 2,36 мН/м для вихідної суміші до 0,99 мН/м для модифікованої. Показано можливість реґулювання матрично-фібрилярної структури екструдатів три- і чотирокомпонентних композицій за рахунок зниження величини ɣαβ та підвищення стабільности ПП-мікроволокон. В нанонаповнених компатибілізованих сумішах процес волокноутворення ПП у матриці СПА поліпшується — середній діяметер мікроволокон зменшується від 2,6 мкм (для вихідної суміші) до 1,5 мкм, збільшується їхня масова доля, різко знижується число плівок. Модифіковані суміші характеризуються підвищеною здатністю до поздовжньої деформації, порівняно з вихідною, що забезпечує стабільну переробку їх у волокна та плівки на чинному обладнанні. Максимальну міцність і стійкість до деформації мають мононитки, сформовані із чотирокомпонентних систем, що зумовлено утворенням найбільш досконалої морфології, наповненням вуглецевими нанотрубками, ростом адгезії між компонентами на межі їх поділу.
В роботі вивчається вплив сильних магнетних полів (В = 9,4 Тл) на наноструктуру та мікропластичність кристалів кремнію. Встановлені магнетостимульовані ефекти вказують на наявність залежности між еволюцією наноструктури та типом леґувальних домішок (Фосфор, Бор). При цьому виявлено, що сильні магнетні поля здійснюють діяметрально протилежний вплив на зміну наноструктури в кристалах Si n- та р-типу провідности. Виявлено, що сильні магнетні поля викликають довготривалі процеси структурної релаксації, які позначаються на характері зміни мікропластичних характеристик. Встановлено, що в кристалах Si з різним типом провідности залежність між рухливістю дислокацій і домішкою, яка визначає природу мікропластичности в кремнії (Оксиґен), носить ідентичний характер.
Представлено огляд застосування пристроїв індукційного нагріву в технології мікро- і нанодисперсних матеріялів. Технологія в основному ґрунтується на процесах індукційного випаровування в газовому середовищі й індукційного розтоплення вихідного матеріялу, а також на електромагнетному утриманні розтопу. Індукційний нагрів є достатньо універсальною і перспективною методою; він уможливлює створювати сильно нерівноважні умови в робочій камері і може застосовуватися як у лабораторній практиці, так і в промисловому виробництві.
Квантово-механічними методами моделювання виявлено два види різних ізоморфних форм дво- і триатомових кластерів парової фази матеріялів системи As–S: ланцюгові та трикутні. Проаналізовано характер їхньої структури у межах перших двох координаційних сфер, як для центральних атомів Сульфуру, так і для центральних атомів Арсену. Показано можливість реалізації у кластерах значно ширшого спектру різних атомових конфіґурацій близького порядку у порівнянні із конденсованими фазами матеріялів As–S. Розраховані довжини різних хемічних зв’язків, їхні енергії та кути між зв’язками для кластерів непогано узгоджуються із експериментальними даними.
Досліджено вплив умов одержання на морфологію і електрохемічні властивості об’ємного й стрічкового аморфного Fe55Ni20,8Cr7,04Mo1,61V1,07B6,56C2,67P4,7Si1,07  – стопу у аґресивних середовищах з різним рН. Виявлено вищу корозійну тривкість стрічкового зразка у 0,5М-водних розчинах NaCl, KОН та НCl порівняно з об’ємним зразком аналогічного складу шихти. Показано, що як стрічковий, так і об’ємний зразки даного складу є тривкішими у 0,5 М-водному розчині НCl.
Досліджено оптичні властивості застиглих розтопів EuSe и EuIn2Se4 в системі NaCl–KCl еквімолярного складу. Сформовані в застиглих розтопах наноструктури проявляють інтенсивну люмінесценцію в блакитній області спектру (400–450 нм) завдяки 5d–4f-переходам в ионах Eu(II). Слабо выраженная люминесценция, обусловленная элек- тронными 4f–4f-переходами в ионах Eu(III), указывает на процессы окисления при термообработке в воздушной среде. Наличие продуктов окисления оказывает влияние на оптические свойства, в частности, спектры диффузного отражения и ИК-спектры пропускания застывших плавов EuSe и EuIn2Se4 в NaCl–KCl.
В рамках концепції «знизу-вгору» сучасної наноелектроніки розглядаються загальні питання електронної провідності, причини виникнення струму і роль електрохімічних потенціалів і фермієвської функцій, модель пружного резистора, балістичний та дифузний транспорт, моди провідності, провідники n- і p-типу, а також графен і дається нове узагальнене формулювання закону Ома. Далі розглядаються термоелектричні явища Зеєбека і Пельтьє, показники якості та оптимізація термоелектриків, балістичний та дифузний транспорт фононів і його роль в теплопровідності.
Явище кулоновської блокади в одноелектроніці розглянуто в концепції «знизу-вгору» наноелектроніки. Діаграма зарядної стабільності одноелектронного польового транзистора на молекулі бензолу в якості провідного каналу в режимі кулоновської блокади розрахована за першими принципами. Енергії заряджання молекули обчислювалися квантовомеханічно за теорією функціонала щільності, взаємодія молекули з навколишнім середовищем в реалістичній моделі транзистора враховувалася самоузгоджено.
В рамках концепції «знизу-вгору» наноелектроніки розглядається метод нерівноважних функцій Гріна (НРФГ) в матричному формулюванні і застосування його до модельних транспортних завдання 1D і 2D провідників в хюккелевском наближенні. Сформульовано загальний метод обліку електричних контактів в рівнянні Шредінгера. Розглядаються моделі пружної дефазіровки і спінової дефазіровки, облік некогерентних процесів з використанням зонда Бюттекера.
В рамках концепції «знизу-вгору» наноелектроніки розглядаються ключові питання спинтроніки – спіновий вентиль, граничний опір при розбіжності мод провідності, спінові потенціали і різниця нелокальних спін-потенціалів, спіновий момент і його транспорт, рівняння Ландау-Ліфшиця-Гільберта стосовно виділеної осі магніту, обговорюються звернення намагніченості спіновим струмом, поляризатори і аналізатори спинового струму, а також обговорюються рівняння дифузії для балістичного транспорту і струми в режимі нерівні вісних потенціалів.
В рамках концепції «знизу-вгору» наноелектроніки розглядається дифузійно-дрейфова модель струму на основі транспортного рівняння Больцмана. Роль зовнішнього електричного поля при виході за межі режиму лінійного відгуку, польовий транзистор і струм насичення, роль заряджання провідника, точкова і розширена моделі провідника, роль контактів, моделі p-n переходів, генерація струму в провіднику з асиметричними контактами.
У концепції «знизу-вгору» наноелектроніки будується рівноважна термодинаміка провідника зі струмом, обговорюється накопичення інформації в нерівноважному стані і аналізується модель інформаційно-керованого акумулятора і зв’язок її з принципом Ландауера про мінімальну енергії, необхідної для стирання одного біта інформації. Вводиться поняття квантової ентропії, підкреслюється актуальність інтегрування спінтроніки та магнетронік в зв’язку з майбутнім переходом до спінової архітектурі обчислювальних пристроїв.
У концепції «знизу-вгору» наноелектроніки розглядаються ефекти Холла, методи вимірювання електрохімічних потенціалів, підходи Ландауера і Бюттекера, облік магнітного поля в методі нерівноважних функцій Гріна (НРФГ), спіновий транспорт в формалізмі НРФГ в спінорному поданні, обговорюються обертання магнітних контактів і спинів, роль спінових гамільтоніані Зеемана і Рашбам, квантовий спіновий ефект Холла, обчислення спинового потенціалу, чотирьохкомпонентний формат опису спинового транспорту.
В рамках концепції «знизу-вгору» наноелектроніки розглядаються термоелектричні явища Зеєбека і Пельтьє, показники якості і оптимізації термоелектриків, балістичний та дифузійний транспорт фононів і його роль в теплопровідності.
В рамках концепції «знизу-догори» наноелектроніки розглядається спіновий транспорт формалізмі нерівноважних функцій Гріна (НРФГ) у спінорному поданні, зокрема, обговорюються спіновий вентиль, обертання магнітних контактів, прецесія спіна і обертання спінів, роль спінових гамильтонианів Зеємана і Рашба, квантовий спіновий ефект Холла, обчислення спинового потенціалу, чотирьохкомпонентний формат опису транспорту.
В рамках концепції «знизу-вгору» сучасної наноелектроніки розглядаються класичний і квантовий ефекти Хола, методи вимірювання електрохімічних потенціалів, формули Ландауера і Бютекера, вимірювання холівського потенціала, врахування магнітного поля в методі НРФГ, квантовий ефект Хола, рівні Ландау і крайові стани в графені.
При описі транспорту електронів по провіднику в дифузійному режимі важливу роль відіграє середня довжина вільного зворотнього розсіяння λ, яка визначає коефіцієнт проходження T. Для більш глибокого розуміння того, як середня швидкість електронів і середній час розсіяння визначають величину λ, якісно розглядається розсіяння носіїв струму та тепла у транспортному моделю Ландауера—Датти—Лундстрома (ЛДЛ) по ходу зміни часів розсіяння в процесі зіткнень. На прикладі 1D-провідника виводиться базове співвідношення між коефіцієнтом проходження і середньою довжиною вільного пробігу λ. Встановлюється зв’язок між λ і часом τm імпульсної релаксації для провідників різної вимірності. Дається оцінка усередненого значення довжини вільного пробігу з експериментальних мірянь через коефіцієнт дифузії і встановлюється зв’язок довжини вільного пробігу з рухливістю. В якості прикладу аналізуються експериментальні дані для польового транзистора Si MOSFET в різних наближеннях у рамках транспортної теорії ЛДЛ із залученням моделів різної вірогідности. В ході аналізи шукається відповідь на два питання: 1) скільки мод провідности забезпечують струм? і 2) наскільки виміряний опір близький до балістичної границі? Відповісти на сформульовані запитання можна з різним ступенем вірогідности. Для спрощення обчислень спочатку користуємося простим модельом при T = 0 К, що, звичайно, є недостатньо задовільним, особливо для кімнатної температури. Далі, припустимо Максвелл—Больцманнову статистику для носіїв струму (невироджені провідники); розрахунки в цьому випадку не викликають труднощів, однак, вище порогової напруги припущення невироджености також є незадовільним. Нарешті, відмовимося від будь-яких припущень і сумлінно прорахуємо інтеґрали Фермі—Дірака і для λ одержимо значення у 15 нм, яке є найкращим з можливих оцінок для розглянутого резистора завдовжки у 60 нм. Довжина цього резистора не може вважатися надто великою порівняно з довжиною вільного пробігу, так що фізично коректно вважати, що цей резистор працює в квазибалістичному режимі.
Із використанням методи оптичної мікроскопії проведено дослідження особливостей мікроструктури систем на основі поліетерів і вуглецевих нанотрубок (ВНТ). Встановлено, що структурі систем поліетер–ВНТ притаманна масштабна інваріянтність, а їхні властивості можна описати у рамках фрактального або скейлінґового підходу. Показано, що у системах поліетер–ВНТ перебігають подібні процеси аґреґації. Виявлено, що введення модифікаторів і функціоналізація ВНТ значно змінюють фрактальну вимірність і ступінь аґреґації досліджуваних систем.
Розглянуто питання змістової сутності професійно-прикладної фізичної підготовки студентів технічного ВНЗ, які навчаються за напрямом «Мікро- та наноелектроніка», у системі їх фізичного виховання. Завдання роботи – теоретико-емпіричним дослідженням визначити концептуальні засади формування фракції професійно-прикладної фізичної підготовки студентів технічного ВНЗ за напрямом «Мікро- та наноелектроніка». Визначено загальну спрямованість, завдання й зміст процесу спеціалізованої фізичної підготовки, результатом і наслідком цілеспрямованого використання котрого є збереження здоров’я, підтримка професійної працездатності, якості й надійності праці при оптимальному функціонуванні систем організму. Окреслено базові підходи до організації професійно-прикладної фізичної підготовки студентів визначених спеціальностей у ракурсі сучасних тенденцій трансформації галузі, реалізація котрих забезпечує досягнення належного педагогічного ефекту.
Визначено, що на сьогоднішній день проблема ППФП вивчена фрагментарно, оскільки кожен з науковців досліджує окрему спеціалізацію, або окрему групу спеціальностей. Виявлено, відсутність наукових даних щодо вимог, які висуваються до соматичних вікових параметрів означеної спеціальності. Наведено результати тестування показників фізичного розвитку фахівців з мікро та наноелектроніки різних вікових категорій.
Проведено дослідження кристалічної структури, морфології, електропровідности та магнеторезистивних властивостей надтонких плівок кобальту з ефективними товщинами в інтервалі d = 3–30 нм. Показано, що всі одержані зразки мають острівцеву структуру з розмірами окремих острівців у 3–5 нм для свіжосконденсованих плівок і до 30 нм для відпалених за температури 700 К. Електропровідність і магнетоопір плівок визначаються їх товщиною та морфологією. Для плівок з d = 3–10 нм електропровідність є термічно активованою, і реалізується тунельний магнетоопір. Відпалювання плівок з d = 20–30 нм приводить до появи анізотропії магнетоопору. Максимальне значення тунельного магнетоопору складає 0,5 % для свіжосконденсованих плівок при перпендикулярній геометрії.
Вивчено вплив концентрації цупких сеґментів у поліуретансечовинах (ПУМ) на міжмолекулярні взаємодії з неорганічною сіллю LiCl і полівінілхлоридом (ПВХ), морфологію та механічні властивості композитів. Еластомери з концентрацією цупких сеґментів у12,5% (ПУМ-1), 34% (ПУМ-2) і 48% (ПУМ-3) синтезували на основі поліоксипропіленгліколю, суміші 2,4 і 2,6 ізомерів толуїлендіізоціанату (65/35) та подовжувача ланцюга 4,4’-диамінодифенілметану двостадійною методою в розчині диметилформаміду (ДМФА). Композити ПУМ/LiCl і ПУМ/ПВХ із вмістом 5 % LiCl або  10–90% ПВХ одержували з розчинів у ДМФА. Внутрішньо- та міжмолекулярні водневі зв’язки (ВЗ) в еластомерах і композитах досліджували методою ІЧФ-спектроскопії. Встановлено, що підвищення концентрації протонодонорних NHb-групп у макроланцюзі еластомеру приводить до посилення енергії міжмолекулярних ВЗ з аніоном Хлору неорганічної солі та полімеру, причому інтеґральна інтенсивність смуги валентних коливань NHb-групп у системах ПУМ/LiCl вища, аніж у сумішах ПУМ/ПВХ. Енергія міжфазних взаємодій у композитах знижується в ряду еластомерів: ПУМ-3>ПУМ-2>ПУМ-1. Наявність сильних міжфазних взаємодій у полімерній системі з вмістом 30 % ПВХ приводить до дисперґування полімерів на наногетерогенному рівні. В еластомерній матриці наночастинки фази ПВХ є вузлами фізичного зшивання, і максимальне зміцнення нанокомпозиту досягається у сумішах ПУМ-3/ПВХ. В композитах із вмістом 30–50% ПВХ відхилення міцности на розрив від адитивних значень складає 23–25%. При збільшенні концентрації термопласту в суміші міжфазна адгезія та міцнісні властивості композитів понижуються.
У статті проаналізовані практичні результати в галузі електроніки та інформаційних технологій. Окремий наголос зроблено на основних сегментах ринку нанотехнологій. Наведений ряд прикладів використання нанотехнологій в електроніці за перше десятиліття ХХІ ст.
Обговорено шляхи формування освітньої програми підготовки магістра педагогічної освіти (профіль «фізична освіта»). Особливу увагу приділено методологічному аналізу становлення і розвитку тріади «нанофізика – нанотехнологія – наноелектроніка».
В даній роботі було створено нанокомпозит — шаруватий кристал-сеґнетоелектрик. В якості йонної солі використовувався нітрат рубідію. Нітрат рубідію має найвищу йонну провідність серед нітратів. Тому, використовуючи цей матеріял з відносно невисокою температурою топлення, можна виготовити нанокомпозитні матеріяли при різних температурах і, досліджуючи їхні електричні властивості, встановити внесок йонної провідности нанорозмірних включень із вертикальними розмірами порядку ширини Ван-дер-Ваальсової щілини у загальну провідність структури. Дослідження морфології поверхні зразків нанокомпозитних матеріялів здійснювалося за допомогою атомного силового мікроскопа (АСМ) Nanoscope III a DimensionTM 3000 (Digital Instruments).
Створено фоточутливі сандвіч-структури на основі поруватого кремнію. Вивчено вплив леґування поруватого шару йонами Паладію на електричні та фотоелектричні властивості одержаних структур. Виявлено збільшення електропровідности та фото-ерс експериментальних структур внаслідок інкорпорації Паладію в матрицю поруватого кремнію. Досліджено температурні, енергетичні та часові залежності фотовідгуку бар’єрних структур та їх спектральні характеристики в діяпазоні довжин хвиль 450–1100 нм. Одержані результати розширюють перспективу застосування структур на основі поруватого кремнію у фотоелектроніці.
В роботі проведено комплексне дослідження структури, її релаксаційної поведінки, теплофізичних і термомеханічних властивостей зварних з’єднань поліетиленів ПE-80/ПE-100, одержаних традиційною методою зварювання пластмас нагрітим інструментом у стик. Результати досліджень підтверджують, що в процесі зварювання двох різнотипних поліетиленів формується зварне з’єднання, структура якого зазнає рекристалізації кристалічної фази полімерів під час зварювання. З часом у зварному з’єднанні відбувається релаксація кристалічної структури – перехід кристалічної модифікації α-форми до змішаної αβ-форми, що проявляється у їхніх властивостях.
В рамках нерівноважної еволюційної термодинаміки описано процес фраґментації металів за інтенсивної пластичної деформації (ІПД), який вивчається в наближенні дводефектного моделю з урахуванням густин меж зерен і дислокацій. Побудовано фазові портрети кінетики нерівноважних змінних у процесі формування стаціонарних субмікрокристалічних або нанокристалічних структур. Вивчено вплив часів релаксації на фазову динаміку нерівноважних змінних системи. Показано, що з наближенням як до прямого, так і до зворотнього адіабатичного наближення система демонструє універсальну кінетичну поведінку. Виявлено формування особливих ділянок, які мають притягальний характер і визначаються як «русло великої річки». Виявлено, що процес фраґментації металу або стопу під час ІПД здійснюється у два етапи,  що представляють швидку релаксацію до особливих ділянок і повільний рух по них.
У роботі наведено результати стосовно одержання та вивчення властивостей наночастинок золота у формі «зірок» і плівкових структур на їх основі. Методою колоїдної синтези одержано наночастинки Au (НЧ Au) із середнім розміром у 53 нм і дисперсією за розмірами ≤20 %. Методою самоскладання з водних розчинів одержано стабільні плівкові структури на основі нанозірок Au різної товщини. Методами просвітлювальної та сканувальної електронних мікроскопій, фотоелектронної рентґенівської спектроскопії досліджено морфологію, склад і структуру одержаних НЧ Au та сформованих на їх основі плівок на скляних підкладинках. Вивчено оптичні властивості колоїдних розчинів НЧ Au та плівкових структур.
Проведено теоретичні дослідження взаємодії електромагнетного поля з електронними квантововимірними станами, які виникають у квазинульвимірних наногетеросистемах, що містять напівпровідникові квантові точки. Показано, що сили осциляторів переходів, а також дипольні моменти переходів для електронних станів у квазинульвимірних наносистемах набувають гігантських значень, істотно перевищуючих типові значення відповідних величин для об’ємних матеріялів. У рамках дипольного наближення встановлено, що гігантські значення перерізів поглинання електромагнетної хвилі в досліджуваних квазинульвимірних наносистемах уможливлюють використовувати такі наносистеми в якості нових сильно поглинальних наноматеріялів в широкому діяпазоні довжин хвиль (від радіо- до видимого діяпазону спектру).
При термойонному реакційному випаровуванні алюмінію в середовищі кисню за допомогою термокатодної електронної гармати були одержані структури з розгалуженою поверхнею. Товщина покриття Al–O складала 3–16 мкм. Одержані покриття досліджувалися методами растрової електронної мікроскопії, рентґенівського емісійного аналізу з електронним збудженням та шляхом вимірювання питомої ємності зразків в електроліті. Питома ємність поверхні в порівнянні з гладкою алюмінієвою фолією зросла не менше ніж у 2–10 разів, а в окремих випадках – у 250 разів.
Наведено огляд досліджень, виконаних упродовж останніх двох років у Інституті хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, в напряму синтезу та вивчення властивостей наноструктур, перспективних для створення на їх основі композиційних матеріалів широкого функціонального призначення, ефективно поглинаючих електромагнітне випромінення заданого діапазону спектра та нейтронну радіацію.
Розроблено і реалізовано практично на основі використання виявлених ефектів асиметрії азимутальної залежности повної інтеґральної інтенсивности динамічної дифракції підхід для неруйнівної діягностики профілю неоднорідного розподілу мікродефектів у монокристалах. Зокрема, вперше одержано профіль розподілу мікродефектів (преципітатів і дислокаційних петель без обмежень на їхні розміри) за глибиною динамічного розсіювального шару монокристалу, а також показано принципову можливість і фактично визначено кінетику зміни його складної структури після оброблення високоенергетичними електронами.
Досліджено спектральні та нелінійно-оптичні властивості моно- і багатошарових плівок на основі золотих багатопроменевих нанозірок. Показано, що положення максимуму локалізованого плазмонного резонансу (ЛПР) змінюється в інтервалі 530–570 нм, залежно від кількости циклів нарощування моношарових плівок. Виявлено, що для багатошарових плівок смуга ЛПР є розширеною і зміщеною у довгохвильовий бік, порівняно з моношаровими плівками. Досліджено кубічні нелінійно-оптичні властивості моношарових плівок. Одержано достатньо високі значення коефіцієнтів оптичної кубічної сприйнятливости, що свідчить про перспективність використання таких структур у приладах сучасної оптоелектроніки.
Досліджено структуру поверхні тонких плівок Y2O3:Eu, одержаних методою ВЧ-йонно-плазмового напорошення, при зміні концентрації активатора в межах 1,0–7,5 мол. %. Виміряно спектри ІЧ-відбивання одержаних систем тонка плівка Y2O3:Eu–підкладинка з топленого кварцу υ-SiO2 у спектральній області 400–1600 см–1 при Т = 295 К. Проведено інтерпретацію смуг, пов’язаних з коливними процесами у плівках Y2O3:Eu. Встановлено, що смуги ІЧ-відбивання з максимумами в області 1218 і 1253 см–1 є достатньо чутливими до зміни концентрації активатора Eu3+, розміру кристалітів, які формують плівку, та структурної досконалості одержаних плівок.
Методом рентґенівської дифракції вивчено залежність структури політетрафторетилену (ПТФЕ) від вмісту багатостінних вуглецевих нанотрубок (БСВНТ) (0,05–5 ваг.%). Спостерігаються складні зміни ступеня кристалічности та розмірів кристалітів, зумовлені спряженням нанотрубок з макромолекулярними ланцюгами.
Досліджено структуру, фазовий склад і морфологію поверхні тонких плівок β-Ga2O3, одержаних методом високочастотного йонно-плазмового розпорошення. Встановлено, що свіжонапорошені плівки формуються з кристалітів, середній діяметер яких становить 30 нм. Відпал у атмосфері кисню, арґону та водню приводить до зростання середнього діяметра кристалітів до 47, 42 та 35 нм відповідно. Досліджено провідність одержаних плівок, залежно від атмосфери термооброблення. Показано, що після відпалу у відновній атмосфері водню відбувається значне зменшення питомого опору плівок від 1011 Ом см для свіжонанесених плівок до 106 Ом см.
Розглянуто питання професійно-прикладної фізичної підготовки студентів ВНЗ технічного профілю, які спеціалізуються за напрямком мікро- та наноелектроніки. Установлено, що такий вид фізичної підготовки студентів інтегрує формування професійних важливих фізичних якостей та психофізіологічних функцій. Представлено розробку професіограми студентів технічної групи спеціальностей, що навчається за напрямом мікро- та наноелектроніка, яка є модельно-цільовою характеристикою у програмуванні занять з фізичного виховання. Результати дослідження можуть бути використані у якості теоретичної та емпіричної основ оптимізації педагогічного процесу професійно-прикладної фізичної підготовки студентів у відповідності до вимог освітньо-кваліфікаційних характеристик спеціалістів технічного профілю.
Методами сканувальної зондової тунельної мікроскопії та спектроскопії атомового розріжнення досліджено вплив процесів температурного відпалу на морфологічні особливості поверхні й електронну будову металевого стопу Fe82Si4B14 у діяпазоні температур від 200ºC до 700ºC. В процесі релаксації невпорядкованого стопу виявлено області з пониженою провідністю, що характерно для утворення нанофаз Fe–Si и Fe–B. Спостерігаються істотні неоднорідності густини електронних станів на міжкластерних межах, що свідчить про їх складну організацію. Одержано розподіл густини електронних станів в околі рівня Фермі. Спостерігається коаґуляція кластерних утворень, в результаті чого формуються нано- та мезочастинки.
Методами зондової мікроскопії та спектроскопії атомової роздільчої здатности проведено дослідження фізичних, фізико-хемічних властивостей і морфології нанодротів на основі вірусів тютюнової мозаїки (ВТМ) та наночастинок шляхетних металів. Генетична програмованість оболонки ВТМ уможливлює виготовлення похідних ВТМ із підвищеною селективністю до неорганічних матеріялів або поверхні підкладинок. Останній факт уможливлює одержувати ефективні самоскладання нанорозмірних біоструктур у функціональних мікроприладах. Досліджено оптичні властивості нанокомплексів ВТМ–наночастинки золота. Встановлено оптичну активність комплексу ВТМ–Au із максимумом на 540 нм. Спостерігається залежність інтенсивности спектрів оптичного поглинання від орієнтації вектора поляризації. Наявність циркулярного дихроїзму відкриває можливість використання комплексів ВТМ–Au для створення метаматеріялів. Методою зондової тунельної спектроскопії досліджено електронну будову та властивості нанокомпозитів. Встановлено, що в інтервалі від 0 до 6 вольт виникають спонтанні й індуковані переходи у стан з відносно високою електропровідністю. Показано, що взаємодія досліджуваних рослинних вірусів з антитілами приводить до відсутності аґреґації та кластеризації наночастинок композиту. Показано поверхневу хемічну руйнацію золота після видалення наночастинок ВТМ з поверхні золота. Запропонована методика синтези нанодротів надає перспективи розробки вітчизняних технологій одержання наноматеріялів на основі рослинних вірусів.

Пошук по сайту

Календар

Січень 2025
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Нд
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

Категорії

Вход

Lost your password?
Пошук по сайту
Меню
Контактна інформація
  • Матеріали  для репозитарія: dspace@onu.edu.ua
  • УДК та бібліографічні довідки: lib_bibliograf@onu.edu.ua
  • Перевірка на ознаки плагіату: antiplagiat@onu.edu.ua
  • Консультації з питань наукометрії: lib_analitic@onu.edu.ua

© 2024 Наукова бібліотека Одеського національного університету імені І.І. Мечникова