Синтез и исследование коллоидных нанокристаллов оксида индия, легированного оловом

Синтез и исследование коллоидных нанокристаллов оксида индия, легированного оловом.

,

Московский государственный университет им. , ГСП-1, Ленинские горы, Москва, Россия

Широкое применение полупроводниковых материалов в современной технике напрямую связано с возможностью контроля концентрации носителей заряда, создания p - и n-типов проводимости. Основным подходом является легирование полупроводников гетеровалентной примесью. Данный метод широко применяется в случае объёмных полупроводниковых систем. В настоящее время значительный интерес привлекают полупроводниковые нанокристаллы вследствие размерно-зависимых электронных свойств. Заметное изменение концентрации носителей заряда в нанокристаллах может быть достигнуть путём фотовозбуждения, однако такие носители заряда являются неравновесными. На сегодняшний день практически не изучены нанокристаллы n-типа, методы получения таких нанокристаллов и их свойства, хотя подобные объекты могут представлять существенный интерес для создания различных оптоэлектронных устройств. Оксид индия, легированный оловом (ITO - indium tin oxide), является широкозонным полупроводником n-типа с высокой концентрацией и подвижностью носителей заряда. Характерной особенностью объемного материала является уникальное сочетание низкого удельного сопротивления и высокого оптического пропускания в видимой области спектра, что позволяет использовать его в различных электронных устройствах.

Цель данной работы – разработка методики получения коллоидных нанокристаллов оксида индия, легированного оловом, в неполярном растворителе, исследование оптических свойств нанокристаллов, получение и исследование проводящих плёнок на основе полученных образцов.

Синтез нанокристаллов проводился методом быстрой инжекции додеканола при 270°С в раствор миристата In и миристата Sn (IV) / Sn (II) в неполярном растворителе при постоянном токе аргона. Отжиг образцов после инжектирования прекурсора проводился в течение 1 часа. Полученные нанокристаллы охарактеризованы методами просвечивающей электронной микроскопии, оптической спектроскопии поглощения, РФА, электронной дифракции и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.

Получены хорошо закристаллизованные коллоидные нанокристаллы ITO с различным содержанием легирующей примеси олова (II) (10, 20, 25 ат.%) и олова (IV) (5, 10, 20 ат.%). Методом оптической спектроскопии показано наличие интенсивного пика поглощения в ближней ИК-области, что можно объяснить локальным плазмонным резонансом. Определены плазмонные частоты для полученных наночастиц. Показано окисление нанокристаллов, полученных введением двухвалентного олова в качестве допирующей примеси. Установлен гипсохромный сдвиг полосы собственного поглощения полученных нанокристаллов в УФ-области с повышением доли легирующей примеси, что свидетельствует об увеличении ширины запрещенной зоны. Морфология наночастиц определена по данным ПЭМ, рассчитан средний размер нанокристаллов. Полученные наночастицы хорошо закристаллизованы, наблюдается агломерация частиц. Для получения проводящих плёнок на основе полученных нанокристаллов проведена замена длинноцепочечной миристиновой кислоты на пиридин. Проведено исследование зависимости проводимости полученных плотноупакованных пленок от температуры. Рассчитано количество свободных носителей заряда, приходящихся на один нанокристалл.