Пошук академічних текстів

Реєстраційний номер

0825U003358, Дисертація доктора філософії

На здобуття

Доктор філософії, 105, Прикладна фізика та наноматеріали

Дата захисту

15-08-2025

Статус

Запланована

Назва роботи

Оптимізація характеристик наночастинок та плівок ZnO:In, Zn2SnO4, Cu2MgxZn1-xSnS4 для формування функціональних шарів електронних приладів

Здобувач

Єрмаков Максим Сергійович,

Керівник Опанасюк Анатолій Сергійович
Опонент Юхимчук Володимир Олександрович
Опонент Зайцев Роман Валентинович
Рецензент Шабельник Юрій Михайлович
Рецензент Гончаров Олександр Андрійович

Опис

Дисертаційна робота присвячена розвитку матеріалознавчих аспектів контролю за структурно-залежними характеристиками наночастинок (НЧ) і плівок функціональних матеріалів, зокрема оксидних і кестеритних сполук — ZnO:In, Zn2SnO4, Cu2MgxZn1-xSnS4, отриманих методами розпилення наночорнил та пульсуючого спрей-піролізу. Особлива увага приділялася модифікації властивостей матеріалів шляхом легування, контролю складу, а також термічної обробки. У ході дослідження також були створені прототипи приладових структур на основі гетероструктури ITO/ZnO:In/ZnO/NiО Такі структури демонструють потенціал для використання в галузях сонячної енергетики, фоточутливих пристроїв (фотодетекторів) і газочутливих сенсорів. Результати дисертаційного дослідження сприяють удосконаленню технологій осадження плівок оксидних і кістеритних сполук, поглиблюють розуміння структурно-функціональних залежностей у наноматеріалах, а також розширюють спектр можливого використання таких матеріалів у сучасних електронних приладах та пристроях. Поліольно-колоідним методом отримано НЧ ZnO, леговані In (0–10 ат.%). Вивчено вплив легування на їх хімічний склад, морфологічні, структурні і субструктурні характеристики. Встановлено, що до концентрації In 2 ат.% частинки мають однофазну структуру та містять тільки оксид цинку з вюрцитною структурою. Збільшення концентрації домішки в прекурсорі від 0 до 10 ат.% вело до зміни вмісту In в НЧ від 0 до 6,42 ат.% та зростання їх розміру від 15 до 24 нм. Встановлено вплив легування індієм на структурні, субструктурні, оптичні і електричні характеристики плівок ZnO, нанесених методом спрей-піролізу. Зразки отримані з використанням молекулярних розчинів з вмістом Індію по відношенню до Цинку 1, 3, 5, 7, 10 ат. %. Структурний аналіз підтвердив, що плівки мають гексагональну структуру з текстурою росту [110], якість якої погіршується при збільшенні рівня легування матеріалу. Дослідження свідчать про ефективне вбудовування атомів індію в кристалічну гратку оксиду. При цьому введення цієї домішки приводить до зростання ширини забороненої зони сполуки. Найкращі електричні характеристики плівок IZO (n = 3,41018 см-3,  = 0,007 Омсм2,  = 253 см / Вс) одержані у випадку використання прекурсору з концентрацією домішки 3 ат. %, що, очевидно, обумовлено їх кращою структурною якістю. Проведено дослідження структурних, субструктурних і оптичних характеристик НЧ та плівок Zn2SnO4. НЧ синтезовані гідротермальним методом протягом часу (16-32) годин з інтервалом 4 години. На основі частинок з оптимальними параметрами (28 год.) створені чорнила, розпиленням яких одержані плівки оксиду. Після нанесення, з метою оптимізації структурних характеристик, зразки відпалювалися в атмосфері аргону при температурах (523-773) К протягом 30 хвилин. Розміри областей когерентного розсіювання плівок зростають при збільшенні температури відпалу від (3,85-5,56) нм (523 К) до (6,44-7,99) нм (773 К). Результати рентгенівських досліджень підтверджені даними Раманівського розсіювання світла, де на спектрах спостерігаються моди F2g(2), F2g(3) та A1g, що відповідають структурі інверсної шпінелі Zn2SnO4. Визначення, що підвищення температури відпалу веде до зміни Eg плівок від 4,04 до 3,63 еВ. Вперше методом пульсуючого спрей-піролізу отримано плівки твердих розчинів Cu2MgхZn1-хSnS4. Встановлено вплив співвідношення Mg/Zn у прекурсорі (0 ≤ y ≤ 0,5) на структурні, субструктурні, оптичні характеристики та хімічний склад тонких плівок Cu₂MgₓZn₁₋ₓSnS₄. Дані рентгеноструктурного аналізу свідчать про формування однофазних плівок зі структурою кестеріту. Однофазна структура також підтверджується результатами дослідження Раманівських спектрів для зразків, отриманих при y ≤ 0,3. Таким чином, заміщення цинку магнієм покращує якість твердого розчину при концентраціях y < 0,3. Встановлено, що ширина забороненої зони нелегованої сполуки становить 1,47 еВ, а для легованих зразків зменшується від 1,28 еВ (y = 0,1) до 1,22 еВ (y = 0,5). Отже, твердий розчин Cu2MgхZn1-хSnS4 є перспективним і доступним матеріалом для створення поглинальних шарів сонячних елементів третього покоління. Встановлено залежність структурних, субструктурних, оптичних і електричних характеристики гетероструктури ITO/ZnO:In/ZnO/NiО від термічному відпалу у вакуумі в діапазоні температур (573–773) К. Гетероструктури була повністю виготовлені методом спрей-піролізу. Встановлено, що оптимальною температурою відпалу, що забезпечує найкращі електрофізичні та оптичні характеристики гетероструктури n-ZnO/p-NiO є 723 К.

Дата реєстрації

2025-08-08

Додано в НРАТ

2025-08-08