Registration Number
0525U000414, Doctoral dissertation
Status
Доктор фізико-математичних наук
Date
24-09-2025
popup.evolution
.
Title
Electronic processes in nanocomposite films with silicon and metal nanoparticles
Author
Oleh Bratus, Кандидат фізико-математичних наук
popup.advisor Anatoliy A. Evtukh
popup.opponent Igor T. Kohut
popup.opponent Valeriy Lozovski
popup.opponent Volodymyr Poroshin
popup.review Leonid L. Fedorenko
popup.review Oleksandr Stronski
popup.review Viktor A. Danko
popup.rada
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертацію присвячено дослідженню впливу температурної обробки на структурні, електрофізичні та оптичні властивості нанокомпозитних плівок SiOх (х<1), SiOx(Si)&FeyOz(Fe), SiOx(Si)&CuyOz(Cu), SiOx(Si)&AlyOz(Al), отриманих методом іонно-плазмового розпилення. Основна увага приділена з’ясуванню механізмів електропровідності, фазових перетворень і морфологічних змін у нанокомпозитних системах, які містять наночастинки кремнію, металів та їх оксидів, інкапсульовані в кремнієво-оксидну діелектричну матрицю.
Розроблено технологію керованого формування складу та структури плівок шляхом варіювання площі металевих компонентів у мішені (Fe, Cu, Al) та співвідношенням Ar/O2 у робочому середовищі. Досліджено структурні властивості нанокомпозитних плівок, встановлено вплив відпалу на фазовий склад і морфологію плівок.
Вперше встановлено зміну механізмів провідності зі стрибкової (Мотта, Ефроса–Шкловського) до струму обмеженого просторовим зарядом (СОПЗ), Пула–Френкеля та тунелювання, залежно від температури та електричного поля. Показано, що термічний відпал може викликати перехід діелектрик–метал і навпаки, зумовлений перерозподілом густини станів та пасток поблизу рівня Фермі.
Описано явище негативної диференціальної ємності на C–V характеристиках нанокомпозитних плівок SiOx із нанокластерами кремнію, що відкриває можливості спектроскопії пасток і діагностики наноструктур. Виявлено температурно-залежну поведінку воль-амперних характеристик, що вказує на придатність таких структур до сенсорних застосувань.
Вперше показано формування пористих, острівцевих і стрижнеподібних морфологій у плівках SiOx(Si)&CuyOz(Cu) залежно від температури відпалу, а також їхній вплив на оптичні властивості, зокрема плазмонне поглинання наночастинками Cu. Ідентифіковано фазові перетворення Cu → CuO → CuхSi, підтверджені методами XRD, FTIR та RAMAN.
Плівки SiOx(Si)&FeyOz(Fe) демонструють переходи провідності та ефективне поглинання електромагнітного випромінювання в СВЧ-діапазоні (до RL = –37,65 dB при 5,55 ГГц), що підтверджує їхню перспективність для застосування як екрануючих матеріалів.
Для плівок SiOx(Si)&AlyOz(Al) виявлено зміну механізмів провідності після відпалу та наявність інверсії вольт-амперної характеристики. Структурні дослідження підтвердили формування фаз Al3Si, які суттєво змінюють електропровідність у залежності від температури та напруги.
Доведено, що нанокомпозитні структури p-Si/SiOx(Si)&AlyOz(Al), інтегровані з металевими антенами, можуть бути використані як широкосмугові сенсори ІЧ і ТГц випромінювання, що демонструють високе співвідношення сигнал/шум, термостабільність та сумісність із мікроелектронними технологіями. Отримані результати є основою для створення новітніх багатофункціональних пристроїв сенсорної та оптоелектронної техніки.
Registration Date
2025-09-24
popup.nrat_date
2025-09-24 / 2026-07-01
