Научная статья на тему 'Фотоактивность металл-углеродных пленок'

Фотоактивность металл-углеродных пленок Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
158
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТАЛЛ-УГЛЕРОДНЫЕ ПЛЕНКИ / КАДМИЙ / УГЛЕРОД В СОСТОЯНИИ SP 1 / METAL-CARBON FILMS / CADMIUM / CARBON IN THE STATE SP 1

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Кокшина Анна Владимировна, Кочаков Валерий Данилович, Краснова Алиса Геннадьевна

Представлены результаты исследования фотоактивных пленочных систем металл–углерод на примере системы кадмий – линейно-цепочечный углерод (Cd–ЛЦУ). Приведены РФЭ-спектры и вольт-амперные характеристики систем. Определена ширина запрещенной зоны данных систем

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Кокшина Анна Владимировна, Кочаков Валерий Данилович, Краснова Алиса Геннадьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHOTOAKTIVITY THE METALL-CARBON FILMS

The article presents results of study photoactivity film systems of metal-carbon, for the example – cadmium-linear chain carbon (Cd–LCC). We defined the band gap of this system.

Текст научной работы на тему «Фотоактивность металл-углеродных пленок»

Литература

1. Закируллин Р.С. Селективное регулирование направленного светопропускания по углам падения лучей // ЖТФ. 2012. Т. 82, вып. 10. С. 134-136.

2. Способ регулирования направленного светопропускания: заявка 2012130148 РФ МПК7 G 02 B 5/20 / Закируллин Р.С. (РФ); заявитель Закируллин Р.С. № 2012130148/28; заявл. 17.07.12; опубл. 10.11.12. Бюл. № 31; приоритет 11.05.10, № 2010/000234 (РСТ).

3. Andersen M., Rubin M., Powles R., Scartezzini J.-L. Bi-directional transmission properties of Venetian blinds: experimental assessment compared to ray-tracing calculations // Solar Energy. 2005. № 78(2). P. 187-198.

4. Andersson A.M., Granqvist C.G., Stevens J.R. Electrochromic LixWO3/poymer lamina-te/LiyV2O5 device: toward an all-solid-state smart window // Appl. Opt. 1989. Vol. 28. P. 3295-3302.

5. Crow J.D., Borrelli N.F., SewardIII T.P., Chodak J. Lightguiding in Photochromic Glasses // Appl. Opt. 1975. Vol. 14. P. 580-585.

6. Expedient of regulation of the directional gear transmission of light: application 13/138,812 US: IPC7 G 02 B 5/22 / U.S. Cl. 359/359; 359/613 / Zakirullin R.S. (Russian Federation); applicant Zakirullin R.S. № 2012/0057225; fil. 29.09.11; publ. 08.03.12; priority 11.05.10, № 2010/000234 (РСТ).

7. Horowitz F., Pereira M.B., de Azambuja G.B. Glass window coatings for sunlight heat reflection and co-utilization // Appl. Opt. 2011. Vol. 50. P. С250-С252.

8. Mazilu M., Miller A., Donchev V. T. Modular Method for Calculation of Transmission and Reflection in Multilayered Structures // Appl. Opt. 2001. Vol. 40. P. 6670-6676.

9. Sueda K., Tsubakimoto K., Miyanaga N., NakatsukaM. Control of spatial polarization by use of a liquid crystal with an optically treated alignment layer and its application to beam apodization // Appl. Opt. 2005. Vol. 44. P. 3752-3758.

ЗАКИРУЛЛИН РУСТАМ САБИРОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Россия, Оренбург (rustam.zakirullin@gmail.com).

ZAKIRULLIN RUSTAM SABIROVICH - candidate of technical sciences, associate professor of Heat and Gas Supply, Ventilation and Hydromechanics Chair, Orenburg State University, Russia, Orenburg.

УДК 546.26.538.97 ББК Г124.1

А.В. КОКШИНА, В.Д. КОЧАКОВ, А.Г. КРАСНОВА

ФОТОАКТИВНОСТЬ МЕТАЛЛ-УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК

Ключевые слова: металл-углеродные пленки, кадмий, углерод в состоянии Sp1. Представлены результаты исследования фотоактивных пленочных систем металл-углерод на примере системы кадмий - линейно-цепочечный углерод (Cd-ЛЦУ). Приведены РФЭ-спектры и вольт-амперные характеристики систем. Определена ширина запрещенной зоны данных систем.

A.V. KOKSHINA, V.D. KOCHAKOV, A.G. KRASNOVA PHOTOAKTIVITY THE METALL-CARBON FILMS

Key words: metal-carbon films, cadmium, carbon in the state Sp1.

The article presents results of study photoactivity film systems of metal-carbon, for the example - cadmium-linear chain carbon (Cd-LCC). We defined the band gap of this system.

В настоящее время внимание многих исследователей привлечено к изучению различных фотоактивных соединений. Это обусловлено возможностью практического применения данных соединений в качестве фотосопротивлений, различных датчиков, солнечных элементов. Фотопроводимость - увеличение электропроводности под действием света. Как известно, фотоактивные свойства чаще всего проявляют соединения кадмия, теллура, селена. Бинарные соединения этих элементов довольно хорошо изучены.

В данной работе представлены результаты исследования тонкопленочной системы Cd-ЛЦУ, обладающей фотоактивными свойствами.

Внедрение атомов кадмия в межцепочечное пространство линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) может происходить без химического взаимодействия (интеркалиро-вание) или с разрывом п-связи, которое может закончиться реакцией присоединения. В первом и во втором случае получается металлсодержащая модифицированная углеродная пленка с новыми свойствами [1].

Система Сё-ЛЦУ синтезировалась следующим способом: на покровное стекло термическим испарением в вакууме наносилась пленка кадмия, затем на пленку кадмия ионно-плазменным способом синтезировались пленки ЛЦУ толщиной 100 нм и 200 нм, на 99% состоящие из углерода в 8р: состоянии. Далее пленки отжигалась при температуре 450°С в вакуумной печи МИМП-ВМ с заданной глубиной вакуума

0,95 бар. В результате термической обработки двухслойная система Сё-ЛЦУ превратилась в однородную (на макроуровне) систему.

Исследование оптических свойств и морфологии поверхности данной системы приведены в работе [1].

Рентгенофотоэлектронный спектр (РФЭС) системы Сё-ЛЦУ приведен на рис. 1. Исследование проводили на приборе ЬЛ8-3000 («ШЪеп>), оснащенном полусферическим анализатором с задерживающим потенциалом 0РХ-150. Для возбуждения фотоэлектронов использовали рентгеновское излучение алюминиевого анода (ЛТК, = 1486,6 эВ) при напряжении на трубке 12 кВ и токе эмиссии 20 мА. Калибровку фотоэлектронных пиков проводили по линии углерода С 18 с энергией связи (Есв) 285 эВ.

Стрелкой указан один из максимумов чистого кадмия в состоянии Сё3ё3. Верхний спектр относится к кадмию, находящемуся в пленочной системе Сё-ЛЦУ после термообработки. Наблюдается положительный химический сдвиг, равный 0,8 эВ, который свидетельствует о возможной реакции присоединения атомов кадмия к линейной цепочке углерода через разрыв п-связи при отжиге [1].

В наших исследованиях из всех экспериментально изученных ме-талл-углеродных систем система Сё+ЛЦУ имеет лучшие характеристики по фотоактивности. Данная система была применена для создания нелинейного фотоактивного элемента с диодной характеристикой. С этой целью на подложке кремния с собственной проводимостью формировалась двухслойная пленка кадмий - ЛЦУ. До отжига система имела вольт-амперную характеристику, которая показана на рис. 2.

Как видно из рис. 2, увеличение толщины пленки ЛЦУ улучшает вольт-амперную характеристику полученных диодов. После отжига система приобретает фотоактивность. Иллюстрация фотоактивности представлена на рис. 3.

са+ЛЦУ т-о

415 420 425

Энергия связи, эВ

Рис. 1. РФЭ-спектры системы Сё (а) и углерода (б) в системе Сё-ЛЦУ

U, V

U, V

б

Рис. 2. ВАХ системы Cd-ЛЦУ 100 нм (а) и Cd-ЛЦУ 20 нм (б) на подложке из кремния

I, A 0,00400 1 0,00350 0,00300 0,00250 0,00200 0,00150 0,00100 0,00050 0,00000 -0,00050

-5 -4 -3 -2

Рис. 3. Фотоотклик системы Si-Cd-ЛЦУ после термообработки:

1 - освещенный; 2 - темновой

и, V

Расчет ширины запрещенной зоны систем проводился оптическим методом, описание которого приведено в работе [2]. Была рассчитана ширина запрещенной зоны для систем Сё-ЛЦУ с толщиной слоя ЛЦУ 100 нм и 200 нм (рис. 4). Проведя касательную к наиболее линейному участку графика, мы получаем значение ширины запрещенной зоны. Для системы С^ЛЦУ 100 нм ширина запрещенной зоны составила примерно 2,52 эВ, а для системы Сё-ЛЦУ 200 нм - 2,39 эВ.

hw, эВ

б

Рис. 4. Расчет ширины запрещенной зоны для системы Cd-ЛЦУ 100 нм (а) и Cd-ЛЦУ 200 нм (б)

Как видно из рис. 4, увеличение толщины пленки ЛЦУ также влияет на ширину запрещенной зоны системы, уменьшая её.

Литература

1. Белова А.В., Кокшина А.В., Кочаков В.Д. Особенности взаимодействия углерода в состоянии Sp1 с некарбидообразующими металлами // Вестник Чувашского университета. 2012. № 3. С 41-43.

2. Василевский А.М., Коноплев Г.А., Панов М.Ф. Оптико-физические методы исследований: лабор. практикум по дисциплине «Оптико-физические методы исследований». СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. 96 с.

а

hw, эВ

а

КОКШИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА - магистрант кафедры прикладной физики и нанотехнологий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (annika21@mail.ru).

KOKSHINA ANNA VLADIMIROVNA - master’s program student of Applied Physics and Nanotechnology Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

КОЧАКОВ ВАЛЕРИЙ ДАНИЛОВИЧ - кандидат технических наук, профессор кафедры прикладной физики и нанотехнологий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (kocherishca@mail.ru).

KOCHAKOv VALERIY DANILOVICH - candidate of technical sciences, professor of Applied Physics and Nanotechnology Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

КРАСНОВА АЛИСА ГЕННАДЬЕВНА - аспирант кафедры пркладной физики и нанотехнологий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (aliska816@mail.ru).

KRASNOVA ALISA GENNADEVNA - post-graduate student of Applied Physics and Nanotechnology Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

УДК 535.41: 004.9 ББК 22.3

Д.А. ТРОЕШЕСТОВА, В.С. АБРУКОВ

РЕШЕНИЕ ПРЯМЫХ И ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ОПТИКИ НА ОСНОВЕ НЕПОЛНЫХ ДАННЫХ

Ключевые слова: оптика, интерферометрия, обратные и прямые задачи, искусственные нейронные сети, диагностика, контроль, управление.

Рассмотрены новые методы решения прямых и обратных задач оптики с помощью искусственных нейронных сетей. Показана возможность решения задач на основе неполных данных о функции распределения сигнала в плоскости регистрации, в частности на основе измерения одного ее значения. Предложенный метод может быть использован для создания автоматизированных систем диагностики, контроля и управления в различных областях научных и прикладных исследований, а также в промышленности.

D A. TROESHESTOVA, V S. ABRUKOV SOLUTION OF DIRECT AND INVERSE PROBLEMS OF OPTICS ON INCOMPLETE DATA

Key words: optics, inverse and direct problems, artificial neural networks, diagnostics, control.

New methods of the solution of inverse problems of optics and its direct tasks by means of artificial neural networks are considered. The possibility of the solution of tasks on incomplete data of signal distribution function in the registration plane in particular by means of one-point-measurement is shown. The method can be used for creation of the automated systems for diagnostics, testing and control in various areas of scientific and applied researches, and also in the industry.

Существует много оптических методов диагностики, для которых регистрируемый сигнал (например, интенсивность света) представляет собой значение интеграла вдоль оптического пути луча в объекте. Это так называемые интегральные методы. В некоторых случаях эти методы могут быть использованы для определения как интегральных, так и локальных характеристик объектов [2, 9]. Среди них: методы видеорегистрации излучения или поглощения в различных спектральных диапазонах, теневые методы, интерферометрия, методы малоуглового рассеяния, методы абсорбционной спектроскопии, рентгеновские методы и т. д.

Для того чтобы определить интегральные характеристики объекта, эти методы требуют интегрирования функции распределения интенсивности сигнала в плоскости регистрации. Такой процесс называется прямой задачей. Для определения локальных характеристик объекта необходимо решение обратной задачи оптики, требующей ре-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.