Фізико-технологічні критерії модифікації нанорозмірних плівок систем {Sc, La, Y, Hf}-{Fe, Co, Ni}-Ge для сенсорних пристроїв

Abstract

Basic methodological approaches to definition and appreciate properties and characteristics amorphous and crystallized nano-dimensional thin films in the thesis are formulated. Classification nano-dimensional materials and systems is offered. Influence of technology factors of condensation process on formation of structure and electric properties nano-dimensional materials is established. Transport phenomena, questions of appearances thermo-power in massive samples and thin amorphous and crystallized {Sc, La, Y, Hf} - {Fe, Co, Ni}-Ge films are taken up, and also is spent comparisons with characteristics of binary rare-earth metals alloys and granulated films on the basis of aluminium. The results of complex structure and physical properties researches of amorphous and nanocrystalline materials generalized. Character of components influence on temporary characteristics, changes of structure and electric properties of thin-film materials is defined. The changes of conductivity are theoretically proved. Influence of technology factors (the concentration and the nature of components, thermodynamic conditions of condensation, temperature of formation) on physical and structure characteristics nano-dimensional material that allows using them for creation high-sensitivity and stable sensory devices is investigated. В диссертации сформулированы основные методологические подходы к определению и оцениванию свойств и характеристик аморфных и закристаллизированных наноразмерных пленок. Предложена классификация наноразмерных материалов и систем. Установлено влияние технологических факторов процесса напыления на формирование структуры и электрофизические и термоэлектрические свойства наноразмерных материалов. Освещаются вопросы электропроводности, явлений возникновения термоэлектродвижущей силы в массивных образцах и наноразмерных материалах аморфных сплавов и кристаллических соединений систем {Sc, La, Y, Hf}-{Fe, Co, Ni}-Ge, а также проводится сравнение с характеристиками бинарных сплавов редкоземельных металлов и грануллированными пленками на основе алюминия. Обобщены результаты комплексных исследований структуры и физических свойств аморфных и нанокристаллических материалов, определен характер влияния компонентов на временные характеристики, изменения структуры и электрических свойств тонкопленочных материалов, проведены исследования и теоретически обосновано изменение электропроводных свойств. Разработана методика определения параметров процессов переноса (длины прыжков R носителей заряда при низких температурах, энергии переноса W и плотности локализованных состояний N(EF) на уровне Ферми) по расчетному графику низкотемпературной зависимости электропроводности пленок, выполненного в координатах ln(T1/2) и T-1/4, что дало возможность установить изменение зонной структуры конденсатов. По результатам исследований установлена весомость физико-технологических факторов на эволюции энергетических зон, определена концентрационная зависимость изменения удельного электросопротивления и коэффициента термоэлектродвижущей силы аморфных пленок тернарных соединений систем Sc-Fe-Ge, Sc-Со-Ge и La-Ni-Ge, что упрощает подбор соответствующих материалов для сенсорных устройств. Разработана модель электропроводности сложных многокомпонентных аморфных и нанокристаллических систем, определены зависимости электропроводности матрицы, которая содержит два типа каналов протекание с разными эффективными перколяционными радиусами rс, что дало возможность оценить влияние разных термодинамических условий напыления на электропроводные характеристики и установить изменения в процессах переноса носителей заряда при переходе материала с аморфного в кристаллическое состояние. Рассчитанная величина электропроводности аморфных наноразмерных материалов в соответствии с предложенной моделью хорошо согласовывается с результатами измерений для конденсатов с высокой концентрацией полупроводника, которые характеризуются высокой степенью неупорядоченности. Исследовано влияние технологических факторов (содержания и природы компонентов, термодинамических условий конденсации, температурных режимов формирования) на электрофизические и структурные характеристики наноразмерных материалов, что позволяет их использовать для создания высокочувствительных и стабильных сенсорных устройств.У дисертації сформульовані основні методологічні підходи до визначення та оцінювання властивостей і характеристик аморфних та закристалізованих нанорозмірних плівок. Запропоновано класифікацію нанорозмірних матеріалів та систем. Встановлено вплив технологічних чинників процесу напилення на формування структури та електрофізичні та термоелектричні властивості нанорозмірних матеріалів. Висвітлюються питання електропровідності, явищ виникнення термоелектрорушійної сили у масивних зразках та тонких плівках аморфних сплавів та кристалічних сполук систем {Sc, La, Y, Hf}-{Fe, Co, Ni}-Ge, а також проводиться порівняння з характеристиками бінарних сплавів рідкісноземельних металів та гранульованими плівками на основі алюмінію. Узагальнені результати комплексних досліджень структури та фізичних властивостей аморфних та нанокристалічних матеріалів, визначено характер впливу компонентів на часові характеристики, зміни структури та електричні властивості нанорозмірних плівкових матеріалів, проведено дослідження та теоретично обґрунтовано зміни їх електропровідних властивостей. Встановлено на основі електрофізичних досліджень еволюцію зонної структури нанорозмірних аморфних та закристалізованих тонкоплівкових композицій, а також на технології отримання наноструктур, перспективах отримання матеріалів з унікальними властивостями. Дослідженно вплив технологічних чинників (вмісту та природи компонентів, термодинамічних умов конденсації, температурних режимів формування) на електрофізичні і структурні характеристики нанорозмірних матеріалів, що дозволило їх використати для створення високочутливих та стабільних сенсорів.