Вопросы (стр. 7 )

Зонные структуры полупроводниковых сверхрешеток делятся на три различных типа, названные типом I, типом II и типом III.

В I типе гетероструктуры основание зоны проводимости и вершина валентной зоны формируются в том же самом слое полупроводника.

Во II типе зона проводимости и валентная зона расположены в шахматном порядке, так, чтобы электроны и дырки были заключены в различных слоях.

Сверхрешетка типа III включает в себя полуметаллический материал, например - сверхрешетка HgTe/CdTe. Хотя основание зоны проводимости и вершина валентной зоны сформированы в том же самом слое полупроводника в сверхрешетке Типа III, которая подобна сверхрешетке Типа I, ширина запрещенной зоны сверхрешетки Типа III может корректироваться от полупроводника до нулевой ширины запрещенной зоны и к полуметаллу с отрицательной шириной запрещенной зоны

Также существует класс квазипериодических сверхрешеток, названных в честь Фибоначчи. Сверхрешетка Фибоначчи может быть рассмотрена как одномерный квазикристалл, где или электронный переход или локальная энергия берут две длительности в последовательности Фибоначчи.

Квазикристалл — твёрдое тело, характеризующееся симметрией, запрещённой в классической кристаллографии, и наличием дальнего порядка. Обладает наряду скристаллами дискретной картиной дифракции.

Свойства

Первоначально экспериментаторам удалось попасть в очень узкую «температурную щель» и получить квазикристаллические материалы с необычными новыми свойствами. Однако позже обнаружены квазикристаллы в системе Al-Cu-Li и других системах, которые могут быть устойчивыми вплоть до температуры плавления и расти практически при равновесных условиях, как и обычные кристаллы. Электрическое сопротивление в квазикристаллах, в отличие от металлов, при низких температурах аномально велико, а с ростом температуры уменьшается. В слоистых квазикристаллах, вдоль оси упаковки электросопротивление ведет себя как в нормальном металле, а в квазикристаллических слоях — описанным выше образом. Магнитные свойства. Большинство квазикристаллических сплавов — диамагнетики, однако сплавы с марганцем — парамагнетики. Механические свойства. Упругие свойства квазикристаллов ближе к упругим свойствам аморфных веществ, чем кристаллических. Они характеризуются пониженными по сравнению с кристаллами значениями упругих модулей. Однако квазикристаллы менее пластичны, чем сходные по составу кристаллы и, вероятно, они смогут играть роль упрочнителей в металлических сплавах.

22 вопрос

Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов, которые могут происходить в термодинамических системах.

Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не может равняться абсолютному нулю (невозможно построить замкнутый цикл, проходящий через точку с нулевой температурой).

Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках классической термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго закона термодинамики:

Постулат Клаузиуса: «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому»[1] (такой процесс называется процессом Клаузиуса).

Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счёт охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).

24 вопрос

В последние десятилетия сильно возрос интерес к исследованию и технологии наноматериалов и структур на их основе. В известной степени, это связано с обнаружением в таких системах широкого спектра квантово-размерных эффектов, имеющих важный прикладной характер в изделиях интегральной и функциональной электроники.

На сегодня существует достаточно много методов формирования квантово-размерных структур. Несмотря на значительные достижения по использованию этих методов в нанотехнологии, многие вопросы, касающиеся технологии формирования квантово-размерных структур с заданным набором свойств являются проблемными. В частности, ряд таких проблемных задач связан с формированием квантово-размерных структур на основе промежуточных фаз, образующихся в системах, которые характеризуются высокой упругостью паров и инконгруэнтным испарением.

В настоящей работе предлагается метод получения квантово-размерных структур на основе соединений, учитывающий особенности фазовых равновесий систем с легколетучим компонентом. В основе метода лежит процесс контролируемого вхождения в область первичной кристаллизации промежуточной фазы, посредством инконгруэнтного испарения пленки заданного состава в условиях гетероазеотропности.

Рассмотрены физико-химические основы метода. Получены аналитические выражения, которые позволяют оценить исходные параметры пленочной структуры для получения на подложке устойчивых зародышевых образований, характеристические размеры которых позволяют выйти на заданный уровень размерного квантования спектра электронных состояний.

Аппаратно метод был реализован на установке вакуумного напыления типа УВН с совершенствованным узлом нагревателя испарителя. Конструктивно в состав испарителя входит ячейка Кнудсена.

Метод апробирован на получении квантово-размерных структур на основе диселенида олова. В качестве подложек использовались полированные пластины из стекла марки К-8, которые широко используются в изделиях вакуумной электроники.

Полученные структуры исследовались методами световой и атомно-силовой микроскопии. Анализ полученных результатов показал, что на поверхности подложек, после конечной стадии инконгруэнтного испарения, формируются зародышевые образования трех групп, отличающиеся характеристическими размерами, формой и поверхностной плотностью. По результатам рентгенофазового анализа полученных структур проведенного на рентгеновском дифрактометре ДРОН-6.0 (Kα (Cu) с длиной волны λ = 1,54051 Ǻ) островковые образования на поверхности идентифицированы, как кристаллические образования на основе соединения SnSe2. При идентификации использовалась картотека эталонных образцов (PDWIN).

Исследование спектральных зависимостей коэффициента поглощения полученных экспериментальных структур на спектрометре Specord–М80 показали, что край фундаментального поглощения смещен в коротковолновую область спектра, в сравнении с аналогичными спектрами, снятыми для поликристаллических пленок GeSe2 и SnSe2. В частности, для SnSe2 среднее значение оптической ширины запрещенной зоны определенное из экспериментальных спектров поглощения составило 1,37 ± 0,1 эВ. Соответствующие значения для объемного образца SnSe2, приводимые различными авторами, лежат в пределах 0,9 – 1,03 эВ. В известной степени, это косвенно указывает на проявление эффектов размерного квантования.

25 вопрос

Способы получения наноматериалов

Существующие способы получения наноматериалов включают в себя использование дугового электрического разряда в плазме между графитовыми электродами для получения фуллеренов, углеродных нанотрубок, газофазный метод для получения фуллеренов при высоких температурах, разложение углеводородов при высоких температурах и участии катализатора, порошковая технология, методы прессования и деформации, методы физического и химического осаждения плёночных покрытий[9].

Методы исследования[править | править вики-текст]

В силу того, что нанотехнология — междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы, что и «классические» биология,химия, физика. Одним из относительно новых методов исследований в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия. В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только «классические» зондовые микроскопы, но и СЗМ в комплексе с оптическими и электронными микроскопами,спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трёхмерной структуры материалов).

Сканирующая зондовая микроскопия

Одним из методов, используемых для изучения нанообъектов, является сканирующая зондовая микроскопия. В рамках сканирующей зондовой микроскопии реализованы оптические методики.

Исследования свойств поверхности с помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) проводятся на воздухе при атмосферном давлении, в вакууме и даже в жидкости. Различные СЗМ методики позволяют изучать как проводящие, так и не проводящие объекты. Кроме того, СЗМ поддерживает совмещение с другими методами исследования, например, с классической оптической микроскопией и спектральными методами.

С помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) можно не только увидеть отдельные атомы, но и также избирательно воздействовать на них, в частности, перемещать атомы по поверхности. Учёным уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности, используя данный метод. Например, в исследовательском центре компании IBM, последовательно перемещая атомы ксенонa на поверхности монокристалла никеля, сотрудники смогли выложить три буквы логотипа компании, используя 35 атомов ксенона[10].

При выполнении подобных манипуляций возникает ряд технических трудностей. В частности, требуется создание условий сверхвысокого вакуума (10—11 тор), необходимо охлаждать подложку и микроскоп до сверхнизких температур (4—10 K), поверхность подложки должна быть атомарно чистой и атомарно гладкой, для чего применяются специальные методы её приготовления. Охлаждение подложки производится с целью уменьшения поверхностной диффузии осаждаемых атомов, охлаждение микроскопа позволяет избавиться от термодрейфа.

Для решения задач, связанных с точным измерением топографии, свойств поверхности и с манипуляцией нанообъектами посредством зонда сканирующего атомно-силового микроскопа, была предложена методология особенность-ориентированного сканирования (ООС).[11][12] ООС-подход позволяет в автоматическом режиме реализовать нанотехнологию «снизу-вверх», то есть технологию поэлементной сборки наноустройств. При этом работа производится при комнатной температуре, поскольку ООС в реальном масштабе времени определяет скорость дрейфа и выполняет компенсацию вызываемого дрейфом смещения. На многозондовых инструментах ООС позволяет последовательно применить к нанообъекту любое количество аналитических и технологических зондов, что даёт возможность создавать сложные нанотехнологические процессы, состоящие из большого числа измерительных, технологических и контрольных операций.