Получение методом импульсного лазерного напыления и исследование гибридных структур на основе полупроводниковых нанокристаллов и плёнок

Кайдашев, Владимир Евгеньевич

Получение методом импульсного лазерного напыления и исследование гибридных структур на основе полупроводниковых нанокристаллов и плёнок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Кайдашев, Владимир Евгеньевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ростов-на-Дону МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Получение методом импульсного лазерного напыления и исследование гибридных структур на основе полупроводниковых нанокристаллов и плёнок»

Автореферат диссертации на тему "Получение методом импульсного лазерного напыления и исследование гибридных структур на основе полупроводниковых нанокристаллов и плёнок"

I ;ГГ)

004687243

На правах рукописи

Кайдашев Владимир Евгеньевич

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО НАПЫЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИБРИДНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОКРИСТАЛЛОВ И ПЛЁНОК

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 2 ИЮЛ ?П10

Ростов-на-Дону 2010

004607243

Работа выполнена на кафедре квантовой радиофизики физического факультета Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет», лаборатории «Наноматериалов» НИИ механики и прикладной математики имени И.И.Воровича ЮФУ.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Латуш Евгений Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Безуглов Дмитрий Анатольевич

кандидат физико-математических наук, Пруцаков Олег Олегович

Ведущая организация: Институт радиотехники и электроники

им. В.А.Котельникова РАН

Защита состоится «17» сентября 2010 г. в 1400 часов, на заседании диссертационного совета Д212.208.10 в Южном федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 5, Южный федеральный университет, физический факультет, ауд. 318.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан » июня 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 212.208.10 доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена исследованию вопросов получения методом импульсного лазерного напыления (ИЛН) нитевидных нанокристаллов, плёнок и гибридных структур на основе 2п0, исследованию свойств и параметров плазмы, главным образом определяющей свойства формирующихся пленок и наноструктур, исследованию оптических и структурных свойств синтезированных объектов как основы для создания новых устройств наноэлектроники и нанофотоники. Исследован переход от фотолюминесценции к сверхлюминесценции при высоких уровнях оптической накачки высокоориентированных массивов ZnO наностержней. Основные результаты этих исследований представлены в публикациях[ А1 - А18].

Актуальность темы.

В настоящее время значительный интерес представляет разработка методов самоорганизованного роста полупроводниковых нитевидных нанокристаллов и гибридных структур на их основе, а также исследование их оптических, электрических и структурных свойств.

Сочетание высоких оптических, механических и пьезоэлектрических свойств 2п0 определяет перспективность данного материала при разработке новых устройств наноэлектроники, нанофотоники и наномеханики. Гибридные структуры на основе высокоориентированных наностержней 2пО и пленок перспективны как базовые элементы УФ ТпО нанолазеров, светоизлучающих диодов, УФ фотоприемников, нанотранзисторов, эмиттеров электронов, преобразователей солнечной энергии, наносенсоров химических веществ, а также в качестве элементов устройств наномеханики и наноспинтроники.

Перспективным методом получения многослойных пленочных структур и нанокристаллов на основе оксида цинка является метод импульсного лазерного напыления (ИЛН), позволяющий сохранять стехиометрию состава, создавать гетеропереходы и сверхрешетки внутри нанокристаллов в осевом или радиальном направлениях. Основу метода составляет механизм пар-жидкость-кристалл, впервые разработанный в работах [2,3]. Впервые метод ИЛН был использован для роста наностержней на основе оксида цинка в работе [1]. Возможность осуществлять напыление пленок и нанокристаллов как в высоком вакууме, так и при больших давлениях рабочих газов позволяет развивать новые методы синтеза гибридных структур пленка-наностержень. Гибкость метода позволяет использовать его при проведении поисковых исследований по синтезу новых наноматериалов и элементов устройств нанофотоники и наноэлектроники.

Актуальным направлением исследований является изучение взаимосвязи процессов протекающих в плазме при лазерном испарении

материалов на основе оксида цинка, процессов самоорганизованного роста нитевидных нанокристаллов при высоком давлении аргона, процессов эпитаксиального роста при низком давлении кислорода, структурных и оптических свойств нитевидных нанокристаллов и пленок, получаемых методом ИЛН. На сегодняшний день в физике лазерной плазмы наиболее полно изучены теоретические [4] и экспериментальные [5] аспекты расширения плазмы металлов и некоторых полупроводников (81, ве) в вакуум. В литературе также имеется ряд работ по экспериментальному [6] и теоретическому[7,8] исследованию процессов разлёта металлов и сложных оксидов в газы. Однако данная область до сих пор остаётся малоизученной из-за большого количества факторов, влияющих на процесс расширения плазмы различных веществ в различные газы. В литературе имеется небольшое количество работ по экспериментальному исследованию плазмы ZnO в условиях синтеза плёнок [9]. Следует заметить, что большинство экспериментальных исследований проведено в условиях далёких от технологических условий получения оксидных плёнок, для синтеза которых используется давление кислорода 10"3-10"' мБар и значение плотности энергии в пятне испарения немного выше порогового 2-5 Дж/см2. Так, к одному из наиболее полных теоретических и экспериментальных исследований динамики Си в Не, Ые и Аг можно отнести работы [6,8]. Однако динамика плазмы в отмеченных работах исследовалась при давлении 1атм. и развитая теоретическая модель построена на основе наблюдений динамики плазмы при данном давлении. Сила ударной волны, а значит и динамика в целом сильно изменяется при уменьшении давления газа до 100 мБар. А при снижении давления газа до 10~2 мБар меняется сам механизм расширения плазмы от ударной волны к почти свободному разлёту. Исследования динамики плазмы ХпО при давлениях роста наностержней (давление аргона 50-100 мБар) в литературе не отмечены.

пространственного распределения отдельных спектральных компонент плазмы. Сопоставление этих данных с более традиционными зондовыми измерениями позволяет связать процессы динамики плазмы с её энергетическими характеристиками и лучше понять физику протекающих процессов.

Вопрос исследования плазмы при испарении мишеней ZnO, допированных различными примесями практически полностью не изучен в литературе. В то же время для получения необходимых свойств в материалах на основе ZnO необходимо чётко контролировать процесс переноса примеси из мишени в подложку. Для создания новых полупроводниковых светоизлучающих и лазерных структур на основе 2пО актуальными задачами также являются исследование и усовершенствование оптических, электрических и структурных свойств синтезируемых плёнок и наностержней. Актуальной задачей является исследование допирования ZnO йа, Ег. С ростом содержания (00.52) край поглощения пленок 2п|_х1у^хО возрастает с 3.37 до 3.8 эВ[Ю]. Это позволяет использовать гибридные структуры на основе в

фотоприемниках УФ диапазона (200-400 нм), в лазерах на основе сверхрешеток 2п0/2п1^0, для мониторинга солнечной УФ радиации, устройствах записи информации на СЭ диски, для регистрации ультравысокой температуры. Высокая проводимость пленок 2п0:ва и прозрачность до 80 % во всем видимом диапазоне длин волн позволяют использовать их как прозрачные электроды в светоизлучающих и фотоприемных устройствах видимого и УФ диапазонов. Допирование наностержней оксида цинка галлием увеличивая их проводимость, повышает электронную эмиссию из наностержней, позволяя получать плотность тока эмиттеров электронов на их основе сравнимую с электронной эмиссией из углеродных нанотрубок. Допирование 2пО эрбием приводит к появлению в спектре люминесценции интенсивных линий в диапазоне длин волн около 1.54 мкм, имеющих минимум потерь в оптических волноводах и делает гпО:Ег перспективным материалом в волоконно-оптических устройствах.

Новым направлением исследований является разработка полностью лазерных методик синтеза наностержней ZnO, покрытых пленками 2пО допированных другими элементами, например Мп,]У^,Са, с целью создания гетеропереходов в радиальном направлении.

Актуальным направлением исследований является разработка процессов самоорганизованного роста полупроводниковых нанокристаллов с использованием низкотемпературных катализаторов (№,№0,Си), а также методов роста без использования катализаторов, позволяющих получать наностержни диаметром менее 10 нм. Таким образом, вопросы, связанные с исследованием новых методик лазерного напыления гибридных наноструктур на основе ХпО, исследование процессов в плазме для создания контролируемого синтеза, а также исследование светоизлучающих свойств новых наноструктур составляют одно из направлений развития радиофизики и являются актуальными.

Объектом исследования являются лазерные методы роста наностержней, плёнок и гибридных структур на основе 2пО, изучение их

оптических и структурных свойств, а также изучение процессов в лазерной плазме при реальных условиях синтеза плёнок и наностержней.

Предметом исследований являются: пространственная динамика плазмы чистого ХпО и допированного Оа,1У^,Ег,Мп в атмосфере аргона при давлениях роста наностержней и атмосфере кислорода при давлении роста плёнок; эффективность использования различных катализаторов роста нанострержней (Аи, N¡0, Си, без катализатора) и влияние на их свойства; оптические и структурные свойства структур 2пО/2пМпО вида сердцевина-оболочка; вопросы сверхлюминисценции в наностержнях при высоких уровнях оптической накачки.

Цель диссертационной работы состояла: в разработке и исследовании новых методик импульсного лазерного напыления наностержней при высоком давлении аргона; в сравнении эффективности использования различных катализаторов роста и их влияния на оптические и структурные свойства наностержней ZnO; в исследовании лазерной плазмы чистого ZnO и допированного Оа,]^,Ег,Мп методами время-разрешённой пространственной спектроскопии и зондовой диагностики в атмосфере аргона и кислорода для оптимизации условий роста плёнок и наностержней; в исследовании оптических и структурных свойств гибридных структур 2пО/7пМпО вида сердцевина-оболочка для определения возможности их использования в устройствах нанофотоники и наноспинтроники; в исследовании сверхлюминесценции в высокоориентированных массивах наностержней оксида цинка при высоких уровнях оптической накачки.

Основные задачи состояли в:

- изучении процессов протекающих в плазме при лазерном испарении материалов на основе оксида в реальных условиях синтеза наностержней и пленок ZnO допированных Оа,М§,Ег,Мп;

- исследовании влияния процессов импульсного лазерного испарения при высоком давлении аргона на самоорганизованный рост высокоориентированных решеток 2пО наностержней с использованием Аи, N¡0, Си катализаторов;

- разработке методики импульсного лазерного напыления при высоком давлении аргона наностержней ZnO без использования катализатора;

- разработке методики лазерного синтеза наностержней ZnO, покрытых пленками ZnM^^O, исследовании их оптических и структурных свойств;

- исследовании сверхлюминесценции в высокоориентированных массивах ZnO наностержней при высоких уровнях оптической накачки;

Научная новизна диссертационной работы определяется поставленными задачами, разработанными методами их решения и впервые полученными результатами:

- впервые поставлена и решена задача о влиянии параметров плазменного факела ZnO (расстояния остановки факела и его изменении при введении примесей) на оптимальные расстояния мишень-подложка для реальных условий синтеза наностержней методом ИЛН в потоке аргона. Методом время-разрешённой пространственной спектроскопии, а также методом электрического зонда исследована динамика и проведена спектроскопия лазерной плазмы ZnO, 2пО:Са(0.4%), гп0:1^(20%), 2пО:Ег(1.75%), при расширении в аргон при давлениях синтеза наностержней;

- впервые на основе анализа электронных зондовых характеристик предложен метод исследования внутренних процессов в ударных волнах при ИЛН в газах. Посредством сравнения пространственных профилей линий излучения плазмы и максимумов электронных зондовых характеристик изучена картина динамики внешней ударной волны в газе и внутренней ударной волны в плазме, возникающих при лазерном испарении вещества в газе;

- впервые на основе зондовой диагностики лазерной плазмы найден диапазон давлений перехода от свободного разлёта к формированию ударной волны в газе;

- разработан и исследован метод импульсного лазерного напыления наностержней ХпО без использования катализатора. Получены высокоориентированные перпендикулярно подложке решетки наностержней оксида цинка, имеющих диаметр менее 10 нм; Изучены их оптические и структурные свойства.

- впервые проведён анализ связи структурных и оптических свойств наностержней, полученных методом ИЛН при различных температурах роста, выбор которых определяется используемым катализатором;

- разработана методика импульсного лазерного напыления наноструктур типа нитевидный нанокристалл-эпитаксиальная пленка. 2пО нитевидный нанокристалл и эпитаксиальная пленка парамагнитного полупроводника гпМпО получены с использованием единой технологии ИЛН нитевидных нанокристаллов при высоком давлении аргона и ИЛН пленок при низком давлении кислорода.

- исследован переход от фотолюминесценции к сверхлюминесценции массивов наностержней оксида цинка при высоких уровнях оптической накачки.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

сравнения пространственных профилей линий излучения плазмы и максимумов электронных зондовых характеристик.

2. Установлено, что допирование мишени ZnO более тяжёлыми по сравнению с Ъп атомами увеличивает, а более лёгкими -сокращает расстояние полной остановки лазерного факела при давлениях аргона в диапазоне синтеза наностержней.

3. Снижение температуры роста наностержней ЪпО на подложках АЬОз( 11-20) посредством использования более низкотемпературных по сравнению с Аи катализаторов приводит к уменьшению внутренних напряжений в решётке и улучшению оптических свойств. Разработан новый метод низкотемпературного синтеза - импульсное лазерное напыление наностержней ХпО без использования катализатора.

4. Разработанная методика импульсного лазерного напыления гибридных структур ЪпО/ЪъМпО наностержень-эпитаксиальная пленка. Увеличение структурного беспорядка и дополнительных напряжений решётки при допировании 7пО марганцем приводит к усилению фрёлиховского электрон-фононного взаимодействия и появлению множественных обертонов фонона А1-ЬО при резонансном возбуждении.

Таким образом, данную диссертационную работу можно квалифицировать как научно-квалификационную работу, в которой содержится решение задачи, имеющей существенное значение в области радиофизики - разработка новых методик получения методом лазерного напыления гибридных наноструктур на основе 2п0, а также разработка новых спектроскопических и зондовых методик контроля их синтеза.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные данные по исследованию процессов, протекающих в лазерной плазме ZnO допированного ва, Ег, Мп во время роста наностержней и плёнок в атмосфере аргона и кислорода, могут быть использованы для оптимизации условий получения элементов новых устройств наноэлектроники и нанофотоники. Разработанный новый метод анализа внутренних процессов в ударных волнах при ИЛИ в газах посредством сравнения пространственных профилей линий излучения плазмы и максимумов электронных зондовых характеристик является мощным средством оптимизации условий роста наностержней и оксидных плёнок. Анализ влияния температуры синтеза и типа катализатора на оптические и структурные свойства наностержней позволил разработать новые методики синтеза наностержней ZnO с высокими структурными и оптическими свойствами. Разработанная методика импульсного лазерного напыления гибридных структур вида наностержень-

эпитаксиальная пленка на примере ZnO/ZnMnO может быть использована для широкого круга материалов при создании будущих устройств наноэлектроники и нанофотоники. Исследование перехода от фотолюминисценции к сверхлюминисценции массивов наностержней при высоких уровнях оптической накачки позволило наметить пути к созданию нанонолазера на основе наностержней ZnO.

Результаты проведенных исследований были использованы в проектах:

1. Проект № 2.1.1.6758 «Исследование процессов роста и свойств наноструктур на основе оксида цинка» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009- 2010 годы)»

2. Проект РФФИ № 09-02-13530 «Исследование возможности применения массивов углеродных нанотрубок и полупроводниковых наностержней с высокой проводимостью в качестве антенн СВЧ- и миллиметрового диапазона»

Достоверность и обоснованность полученных в диссертации результатов, научных положений и выводов обеспечивается комплексностью исследований, соответствием полученных экспериментальных результатов основным положениям теоретических моделей, изложенных в научной литературе. Согласованностью экспериментальных результатов исследования плазмы полученных с помощью двух различных независимых методик. Использованием комплексной диагностики морфологии поверхности, оптических и структурных свойств методами электронной микроскопии, фотолюминесценции и рамановской спектроскопии.

Апробация диссертационной работы. Результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на: VIII, X, XI, XII Международных конференциях «Order, Disorder and Properties of Oxides» (Лоо, 2005, 2007, 2008, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий» (Ростов-на-Дону, 2006); Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных «ВНКСФ-12» (Новосибирск, 2006); Международной конференции «5th bilateral Russian-french workshop on Nanosciences and

Nanotechnologies» (Москва,2008); Международной конференции «European Materials Research Society Spring Meeting» (Страсбург, 2009); IX Международной научной конференции «Химия твердого тела: монокристаллы, наноматериалы, нанотехнологии» (Кисловодск, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 7 статей в рецензируемых научных журналах из списка ВАК для опубликования основных научных результатов на соискание ученой степени кандидата наук, а также 11 статьей и тезисов докладов в сборниках трудов Всероссийских, Международных научных конференций и симпозиумов.

В диссертации лично автором получены результаты работ [A3]; в публикации [Al6] автором разработана методика импульсного лазерного напыления наностержней оксида цинка без катализатора, а также исследованы их оптические и структурные свойства; в работе [All] автором установлено влияние температуры синтеза и катализатора на оптические и структурные свойства наностержней ZnO; в статьях [А12, А15, А17, А18] автором разработана методика импульсного лазерного напыления наноструктур ZnO/ZnMnO вида наностержень-эпитаксиальная пленка, а также проведены исследования оптических и структурных свойств. В остальных совместных работах результаты получены на паритетных началах.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложения общим объемом 169 страниц, включая 12 таблиц, 70 рисунков и список цитируемой литературы из 121 наименований, из них 18 - работ автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, определены ее цели и задачи, показана научная новизна, практическая значимость полученных в работе результатов, сформулированы основные положения и результаты, выносимые на защиту, представлено краткое содержание работы.

В главе 1 Рассмотрены физические процессы, происходящие при ИЛН полупроводниковых плёнок и нитевидных нанокристаллов и сделан обзор литературы. Обозначены основные стадии процесса синтеза наностержней в потоке аргона и приведено обсуждение основных параметров, влияющих на процесс роста. Рассмотрены основные положения и соотношения теории ударных волн, возникающих в газе и плазме при лазерном испарении вещества в газ. Приведены зависимости скорости звука и плотности аргона и кислорода от температуры при давлениях роста наностержней и плёнок ZnO. Рассмотрены основные математические модели расширения лазерной плазмы в газ. Отмечены

диапазоны давлений газа, для которых произведено сравнение данных моделей с экспериментальными данными и обсуждаются вопросы применимости различных моделей к лазерной плазме в условиях роста наностержней и плёнок ЪпО. Приведены основные положения модели Арнольда[7], наиболее правильно качественно описывающей динамику лазерной плазмы в изучаемых условиях. Проведены количественные оценки на предмет соответствия данной модели с полученными нами экспериментальными данными при высоком давлении аргона. Глава 2 посвящена экспериментальному исследованию динамики, энергетики и спектроскопии лазерной плазмы при ИЛН наностержней и плёнок ХпО при давлениях синтеза. Приведены результаты исследования методом время-разрешённой пространственной спектроскопии и методом зондовой диагностики динамики лазерной плазмы в аргоне при испарении мишеней ZnO, 2пС):М§(20%), 2п0:0а(0.4%), 2пО:Ег(1.75%). Приведены результаты исследований методом зондовой диагностики испарения всех перечисленных мишеней, а также мишени 2пО:Мп(Ю%), в кислороде при давлениях роста плёнок. Помимо того, что такие допирования представляют реальный интерес для практических применений и концентрации максимально приближены к широко применяемым на практике, данные допанты представляют отдельный интерес для ХпО, так как являются модельными для изучения процессов лазерной плазмы ZnO. Соотношение атомных масс данных примесей по сравнению с массой атома позволило модельно рассматривать различные варианты допирований (относительно лёгкими и тяжёлыми элементами) и изучить общие тенденции изменения плазмы ZnO.

Электронная температура и плотность плазмы для случая свободного разлёта в вакуум рассчитывалась в ряде работ (например [11]) для единственного пика электронной и ионной характеристик. Однако такой подход не применялся ранее для случая разлёта плазмы в газы, так как до конца было неясно, с какими процессами связаны пики, наблюдаемые в случае плазмы в газах. В данной главе проведено сравнение данных, полученных из различных методик измерений (время-разрешённой пространственной спектроскопии и зондовой диагностики). Комплексное рассмотрение одних и тех же явлений с помощью двух независимых методик и сопоставление результатов с существующими теоретическими моделями [7, 8] позволило построить действительную физическую картину расширения плазмы в газ для данного диапазона давлений.

Время, не Время, с

Рис.1 Электронные зондовые характеристики (а), пространственные профили излучения (2п1 481,0нм) (Ь) плазмы 2п0 в аргоне, динамика максимумов пространственного распределения линии 2п1 (481,0нм) в случае различных мишеней (с) и переход от свободного разлёта к ударной волне в кислороде (с!).

Сопоставление пространственных профилей спектральных компонент плазмы (Рис.1Ь) в моменты времени наблюдения пиков электрических характеристик (Рис. 1а), полученных из зондовых измерений, позволило связать пространственную динамику плазмы с её энергетикой (электронной температурой) и состоянием (электронной плотностью).

Установлено, что динамика ударных волн хорошо согласуется с электронными зондовыми характеристиками и имеет довольно слабую корреляцию с ионными.

Таблица 1 Электронные температуры и концентрации плазмы 2пО, гпС):1У^(20%), 2п0:0а(0.4%), гпО:Ег(1.75%) при давлении аргона 50 мБар. ___

II пик III пик

Те, эВ Не.СМ"3 Те, ЭВ см"3

ХпО 1.8 3.45хЮ9 2.63 1.73х109

гпО:М§(20%) 5 0.57х109

2п0:0а(0.4%) 3.02 2.8х109 4.76 0.98х109

гпО:Ег(1.75%) 2.97 2.46х109 3.74 0.84хЮ9

Введение в мишень ЪпО более лёгких или более тяжёлых допирующих атомов приводит к общему разогреву лазерной плазмы (Таблица 1). Особенно сильный разогрев наблюдается для лёгких примесей (Гу^), подчёркивая факт более интенсивного преобразования кинетической энергии частиц плазмы в тепловую энергию движения электронов.

Введение в мишень ХпО атомов с развитой системой энергетических уровней, лежащих ниже энергии уровня (38] 4з5з), приводит к уменьшению электронной концентрации плазмы за счёт заселения уровней введённого допирующего элемента. Наиболее сильный эффект наблюдается в случае допирования

Допирование мишени ZnO даже незначительным количеством (0а(0.4%), Ег(1.75%)) более тяжёлых чем Ъп атомов увеличивает размер плазменного факела на (5-10)%. Допирование мишени более лёгкими по сравнению с Хп атомами (]У^(20%)) сокращает расстояние полной остановки плазменного факела на (10-15)% (Рис. 1с). Данные поправки существенны при поиске оптимального расстояния мишень-подложка при напылении наностержней с рассмотренными допированиями в геометрии, когда подложка располагается перпендикулярно потоку аргона. Из экспериментально установленного соответствия пространственного распределения нейтральных компонент допирующих атомов и нейтрального Ъп следует соблюдение стехиометрии при переносе примесей из мишени в подложку, что является одним из основных требований при изготовлении гибридных структур с контролируемыми параметрами.

Полученные зависимости скоростей разлёта от времени позволили вычислить зависимость числа Маха для ударной волны в газе от времени. Из числа Маха и термодинамических величин газа (температуры, давления, плотности) вычислены значения термодинамических величин во фронте ударной волны.

Впервые на основе зондовой диагностики плазмы найден диапазон давлений перехода от свободного разлёта к формированию ударной волны в газе (Рис.Ы). Для плазмы гпО с различными примесями в атмосфере кислорода давление перехода от свободного разлёта к формированию ударной волны в газе лежит в диапазоне 0.04-0.06 мБар и слабо зависит от атомного веса допирующих атомов. Давление перехода лежит в диапазоне, широко используемом для роста плёнок.

Методом зондовой диагностики исследована динамика и энергетика ударных волн в плазме гпО, гп0^(20%), гпО:Мп(Ю%), гп0:Ег(1.75%)

при давлении килорода 0,1 мБар, используемого для роста плёнок. Как и в случае расширения плазмы в аргон при давлении 50 мБар при расширении плазмы в кислород при давлении 0.1 мБар электронная температура в момент наблюдения 3 пика выше температуры для 2. Это подчёркивает тот факт, что после остановки кинетическая энергия нейтралов и ионов переходит в энергию теплового движения электронов.

Все вычисленные из электронных характеристик значения электронной плотности гораздо ниже плотностей электронов в плазме в состоянии локального термодинамического равновесия при данных температурах[12]. Так как электронная температура в рассмотренных состояниях плазмы имеет порядок нескольких эВ, а электронная плотность порядка 1010-10псм"3, то рассматриваемая плазма находится в состоянии захватно-излучательного каскада (capture-radiative-cascade (CRC)) [12].

Произведён расчёт скорости переноса испарённого вещества в экспериментальных условиях синтеза наностержней на основе уравнения Навье-Стокса для радиального распределения скоростей потока газа через трубу круглого сечения. Расчёт вязкости аргона произведён на основе теории разработанной в работе [13]. Для условий проводимого синтеза (потока газа через трубу Q=50 sccm=0.8(3) м3/с, радиуса трубы R=1.5x 10"2 м, и рассчитанной вязкости аргона Т]=59.45х10"6 Пахе при давлении Р=100 мБар и температуре Т=830°С) рассчитана скорость газа на оси трубы, которая составила 0.235 см/с. Таким образом, гидродинамический разлёт плазмы в газ (происходящий примерно за 10 мке до полной остановки) и перенос вещества потоком аргона можно считать независимыми сверхбыстрым и медленным процессами соответственно. Хорошим приближением можно считать почти мгновенное расширение плазмы в газ (не учитывая поток вообще) и дальнейший перенос вещества остановившейся плазмы потоком аргона со скоростью его течения по трубе.

На оси трубы газ проходит расстояние 2 см к области подложки за время около 8.5с. Количество вещества при данном потоке регулируется частотой следования лазерных импульсов. Связь проведённых расчётов с кинетикой химических реакций позволит моделировать процесс ИЛН наностержней.

Глава 3 посвящена исследованию режимов синтеза наностержней с использованием различных катализаторов роста (Аи,№0,без катализатора) на подложках а-А1203 (11-20) и GaN/Si(l 11). Представлен сравнительный анализ оптических и структурных свойств наностержней, полученных с использованием различных катализаторов роста, с температурами роста, близкими к оптимальным для каждого типа катализатора. Изображения во вторичных электронах наностержней,

полученных с использованием различных катализаторов роста, представлены на Рис.2.

Рис.2 Изображения во вторичных электронах ZnO наностержней ZnO/Au(lHM)/GaN/Si(lll) (a), ZnO/NiO(4HM)/GaN/Si(l 11) (b), ZnO/Au colloid 10nm/Al203 (11-20) (с), Zn0/Al203(0001) без катализатора.

Проведено сравнение фотолюминесцентных и структурных свойств наностержней, полученных с использованием следующих катализаторов роста: сверхтонкой плёнки золота (толщиной 1-3 нм) на подложках GaN/Si(lll), золотого коллоида (с диаметром наночастиц 10 нм) на полдожках я-сапфира А1203 (11-20), сверхтонкой плёнки №0 (толщиной 1-2 нм) на подложках GaN/Si(l 11).

Исследование фотолюминесценции образцов

ZnO/Au(lHM)/GaN/Si(lll), ZnO/NiO(4HM) /GaN/Si(l 11) и ZnO/Au colloid 10 nm/Al203 (11-20) показало, что снижение температуры синтеза уменьшает дефектность наностержней ZnO и позволяет улучшить их оптические свойства для УФ приложений.

Исследования комбинационного рассеяния при возбуждении Аг+ лазером (514 нм) показали, что образце, полученном без катализатора, при 550°С на подложке А120з(11-20), неполярный продольный фонон Al(LO) наблюдался при 576 см"1 , что соответствует ненапряжённому состоянию для объёмного монокристалла ZnO. В образце ZnO/Au(colloid)/Al203 (11-20), полученном при 830°С, фонон Al(LO) смещён на 6 см"1 в область больших волновых чисел, что говорит об увеличении напряжений в решётке при повышении температуры роста. Таким образом, при снижении температуры роста при использовании подложек А120з (11-20) уменьшаются внутренние напряжения в наностержнях, что приводит к улучшению структуры и оптических свойств [А10, All, А16]. При использовании подложек GaN/Si, такой эффект не наблюдается из-за сильных напряжений, вносимых разностью параметров решёток. Резонансное рамановское рассеяние наностержней (возбуждение HeCd лазером) также показало, что повышение температуры синтеза приводит к увеличению напряжений решётки. Это видно из наблюдаемой релаксации правил отбора и появления обертонов фонона Al(LO). Усиление многофононного рассеяния также свидетельствует об увеличении фрёлиховского электрон-фононного взаимодействия в ZnO. Аналогичный эффект многофононного рассеяния наблюдался нами для резонансного рамановского рассеяния в ZnO, допированного переходными металлами [А15,А17].

Проведен тщательный анализ низкотемпературных фотолюминесцентных свойств наностержней ZnO, полученных с использованием разработанной методики роста без катализатора.

В методике роста наностержней ZnO без катализатора, атомы Zn, осаждаясь на подложку, нагретую выше температуры плавления Zn (429°С), предположительно образовывали жидкую фазу в виде нанокапель и сами служили центрами зародышеобразования по механизму ПЖК[А 16]. Данная схема имеет ряд преимуществ перед схемами каталитического типа. Отсутствие катализатора (обычно Аи или Ni), а также низкие температуры роста позволяют получать наностержни ZnO малого диаметра, очень высокого структурного качества и улучшить их эмиссионные оптические свойства. Рост наностержней без использования специальных катализаторов происходит при давлении аргона 100 мм рт. ст. только на расстояниях, не превышающих 2 см от поверхности мишени. По-видимому, это совпадает с расстоянием разлета нанокластеров и субоксидов цинка при лазерном испарении ZnO в атмосфере аргона. Именно нанокластеры и субоксиды цинка, имея низкие температуры плавления (около 419°С), являются центрами трехмерного зарождения ZnO нанокристаллов по механизму Странского-Крастанова. При температуре роста 550 С получены вертикальные наностержни диаметром 8-15 нм и длиной 250-300 нм.

Исследования низкотемпературной фотолюминесции наностержней ZnO (без катализатора) показали, что наиболее интенсивный пик 3.370 эВ (Г6) в спектре ФЛ при температуре 10 К относится к вращательному уровню нейтрального донора и А-экситона (3.359 эВ). В спектре также наблюдались линия свободного экситона FXAn=1 (Г6) 3.375 эВ и линия 3.385 эВ, близкая к FXb"=1. Широкая линия 3.323 эВ близка к линии двухэлектронного комплекса. Линия вблизи 3.342 эВ также определена нами как двухэлектронный комплекс. Подробно изучена температурная зависимость положения наблюдаемых экситонных пиков в диапазоне 10-280К. При комнатной температуре интенсивность люминесценции наностержней ZnO в экситонной области превышала зелёную люминесценцию в 7.8 раза [А 16].

В главе 4 рассматривается импульсное лазерное напыление плёнок ZnO:Mn, а также создание структур вида сердцевина-оболочка ZnO/ZnMnO на подложках а-АЬОз и GaN/Si(lll). Исследованы их низкотемпературные оптические и структурные свойства. Две мишени с содержанием Мп 10% были синтезированы смешиванием и прессованием соответствующих количеств порошков ZnO и МпОг и дальнейшим спеканием в течении 12 часов на воздухе при температуре 1150 °С и 550 "С соответственно. Две различные температуры синтеза были выбраны для изготовления мишеней с преимущественным содержанием фазы парамагнитного Мп02 (1150°С) и ферромагнитного Мп203 (550°С). Рассматривалась возможность кластерного испарения мишени и дальнейшего встраивания вторичных фаз из мишени в оболочку наностержней аналогично теории развитой в работе[14].

Установлено, что допирование ZnO атомами Мп приводит к увеличению структурного беспорядка, который проявляется в появлении связанного с Мп плеча вблизи фонона A1-LO в спектре KP, а также сдвиге этого фонона в область меньших волновых чисел. Беспорядок структуры ZnO, вызванный Мп смягчает правила отбора. В результате активируются фононы вне центра зоны Бриллюэна, приводя к многофононному рассеянию при резонансном возбуждении [AI 5, А17] (Рис. За).

Ь) 9000 H 8000

1000 2000 3000 4000 500Q 6000 Волновые числа, 1/см

21 22 2,3 2-4 2.5 26 2.7 2.6 2.9 3.0 Энергия, эВ

Рис.3 Спектр резонансного рамановского рассеяния плёнки Zn0.93Mn0.07O/Al2O3 (а), спектры фотолюминесценции массива наностержней вида сердцевина-оболочка Zno.9Mno.1O/ZnO/Al2O3 (Ь)

Исследования фотолюминесценции структур ZnO/Zno.9Mno.iO сердцевина-оболочка показали наиболее интенсивную рекомбинацию на 3.369эВ(Г6) и 3.366эВ(Г6). Данные линии обычно относят к вращательным уровням А-экситонов (3.359эВ и 3.356эВ) связанных с нейтральным донором соответственно. Также наблюдались линии свободных экситонов FXAn=1(r5,r6) 3.377эВ и 3.375эВ и слабая широкая линия около 3.323эВ близкая к двухэлектронному комплексу. Кроме УФ люминесценции, в спектре ФЛ при 5.8К наблюдалась рекомбинация с глубоких уровней запрещённой зоны, причём широкая зелёная полоса эмиссии имела ярко выраженную внутреннюю вибронную структурой связанную с фононом A1-LO (-71 meV) (Рис.ЗЬ). В отдельных спектрах также наблюдались 2 эквидистантных набора пиков, сдвинутых относительно друг друга на ~31 meV, также приведённых в работе Shi et al. [16]. Dingle [15] ранее связвал эту эмиссию с присутствием Си2+ в образцах. Сруктуры сердцевина-оболочка с гладкой оболочкой демонстрировали высокое соотношение экситонной/зелёной фотолюминесценции даже при комнатной температуре [А 15].

В 5 главе исследована люминесценция полученных наностержней (Zn0/Au/a-Al203 методом ИЛИ и ZnO/Cu/a-АЬОз карботермическим

методом) при оптической накачке третьей гармоникой УАО:Шг3 лазера (355 нм). Все образцы демонстрировали полное отсутствие зелёной полосы люминесценции, что свидетельствует об их высоком оптическом качестве. При повышении мощности накачки до 250-280 кВт/см2 интенсивность люминесценции начинала экспоненциально расти, из чего можно сделать вывод о начале сверхлюминесценции наностержней. Экситонный пик не имел внутренней узких линий (продольных мод Фабри-Перо) при повышении уровня накачки, однако с началом экспоненциального роста интенсивности полуширина также резко уменьшалась. Мы связываем отсутствие отдельных линий мод Фабри-Перо с большим межмодовым расстоянием для данных длин резонаторов (оцененное межмодовое расстояние мод Фабри-Перо для данных наностержней имело одинаковый порядок с шириной экситона, который в данном случае выступал в роли кривой усиления резонатора) Люминесценция на отдельных модах массива резонаторов с различной длиной может сливаться в единый непрерывный контур. Положение экситонного пика при увеличении плотности мощности накачки в диапазоне 30-500кВт/см2 смещалось на ~ 30 А в длинноволновую область.

В приложении 1 приведены особенности обсуждаемых в работе атомных переходов Znl, ZnП , MgI, М§И,Са1.

В заключении приведены основные результаты и выводы по всей диссертации.

Основные выводы диссертационной работы:

1. Разработанный метод исследования внутренних процессов в ударных волнах при импульсном лазерном напылении в газах при давлениях синтеза плёнок и наностержней посредством сравнения пространственных профилей линий излучения плазмы и максимумов электронных зондовых характеристик позволяет анализировать динамику и энергетику лазерной плазмы в газах при разработке новых методик напыления гибридных наноструктур.

2. Изученное влияние допирования мишени 2пО более тяжёлыми или лёгкими по сравнению с 2п атомами на расстояние полной остановки лазерного факела при давлениях аргона в диапазоне синтеза наностержней позволяет оптимизировать расстояние мишень-подложка при синтезе наностержней на основе ХпО.

3. Для плазмы 2пО с различными примесями в атмосфере кислорода в диапазоне давлений широко используемом для роста плёнок давление перехода от свободного разлёта к формированию ударной волны в газе лежит в диапазоне 0.04-0.06 мБар и слабо зависит от атомного веса допирующих атомов.

4. Исследования структурных и фотолюминесцентных свойств наностержней гпО подложках А120з(11-20), полученных при различных

температурах роста показали, что снижение температуры роста посредством использования более низкотемпературных по сравнению с Аи катализаторов приводит к уменьшению внутренних напряжений в решётке и улучшению оптических свойств. Разработанный метод низкотемпературного синтеза, импульсное лазерное напыление наностержней ZnO без использования катализатора, позволяет получать наностержни диаметром менее менее Юнм с высокими оптическими и структурными свойствами.

5. Разработана методика импульсного лазерного напыления гибридных структур ZnO/ZnMnO наностержень-эпитаксиальная пленка. Установлено, что допировании ZnO марганцем приводит к увеличению структурного беспорядка и дополнительных напряжений решётки. Это ведёт к релаксации правил отбора, усилению фрёлиховского электрон-фононного взаимодействия и появлению множественных обертонов фонона Al-LO при резонансном возбуждении.

6. При повышении плотности мощности оптической накачки высокоориентированных массивов наностержней до 250-280 кВт/см2 интенсивность люминесценции растёт, а полуширина экситонного пика уменьшается по экспоненциальному закону. Это свидетельствует о начале сверхлюминесценции в наностержнях.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Al. Кайдашев Е.М., Lorenz М., Lenzer J., Ramm A., Nobis Т., Grundmann М., Казаков А.Т., Шевцова С.И., Абдулвахидов К.Г., Кайдашев В.Е. Лазерное напыление ZnO нанокристаллов на а-сапфире при низких температурах // Order, Disorder and Properties of Oxides. Proceeding of the 8-th International meeting. Loo. Russia. 2005. p. 158-160 A2. Кайдашев B.E., Кайдашев E.M. Получение нанокристаллов ZnO методом импульсного лазерного напыления //Материалы всероссийской научной конференции «ВНКСФ-12». Новосибирск. Россия. 2006. с.216-218 A3. Кайдашев В.Е. Исследование процессов зарождения и

формирования нанокристаллов ZnO из эрозионной лазерной плазмы // Сборник трудов РГУ. 2006. с.66-70 A4. Кайдашев Е.М., Lorenz М., Lenzner J., Ramm A., Nobis Т., Grundmann М., Казаков А.Т., Шевцова С.И., Абдулвахидов К.Г., Кайдашев В.Е. Структура и оптические свойства ZnO нанокристаллов,полученных методом импульсного лазерного напыления,на пленках GaN/Si(lll) // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения и нанотехнологий». Ростов-на-Дону. Изд-во ООО «ЦВВР». 2006. с. 190-194

А5. Кайдашев Е.М. .Lorenz М., Lenzner J., Ramm A., Nobis Т., Grundmann M., Zakharov N., А.Т.Козаков, Шевцова С.И., Абдулвахидов К.Г., Кайдашев В.Е. Структура и оптические свойства ZnO панокристаллов,полученных методом импульсного лазерного напыления на плёнках GaN/Si(lll) с использованием Аи и №0 катализаторов // Order, Disorder and Properties of Oxides. Proceeding of the 10-th International meeting. Loo. Russia. 2007. V.2. p.7-10 A6. Кайдашев E.M., Lorenz M., Lenzner J., Ramm A., Nobis Т., Grundmann M., Zakharov N., Козаков A.T., Шевцова С.И., Абдулвахидов К.Г., Кайдашев В.Е. Структура и оптические свойства ZnO панокристаллов, полученных методом импульсного лазерного напыления на пленках GaN/Si(lll) с использованием Аи и NiO катализаторов // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т.72, №.8. с.1212-1214

А7. Кайдашев Е.М., Кайдашев В.Е., Мисочко О.В., Максимук М.Ю., Фурсова Т.Н., Баженов А.В. Ориентированные наностержни ZnO и их ИК спектры отражения // Order, Disorder and Properties of Oxides. Proceeding of the 11-th International meeting. Loo. Russia. 2008. V.l. p.52-55

A8. Kaidashev E.M., Lorenz M., Grundmann M., Zakharov N.D., Sobolev N.A., Kaidashev V.E. Pulsed laser deposition of ZnO based nanostructures // 5th bilateral Russian-french workshop on Nanosciences and Nanotechnologies. Moscow. GPI RAS. December 1-2. 2008. Abstract Booklet, p.42 A9. Баженов A.B., Фурсова Т.Н., Максимук М.Ю., Кайдашев Е.М., Кайдашев В.Е., Мисочко О.В. Выращивание нанокристаллов ZnO импульсным лазерным напылением на сапфире и кремнии и их инфракрасные спектры // Физика и техника полупроводников. 2009. Т. 43, № 11. с. 1576-1582 АЮ.Кайдашев В.Е., Кайдашев Е.М., Лянгузов Н.В., Левшов Д.И., Юзюк Ю.И., Мисочко О.В. Получение наностержней ZnO методом импульсного лазерного напыления с использованием различных катализаторов роста и их свойства// IX МНК «Химия твердого тела: монокристаллы, наноматериалы, нанотехнологии». Россия. Кисловодск. 2009. с.154-156 А11.3ахарченко И.Н., Бунина О.А., Куприна Л.А., Кайдашев В.Е.,

Лянгузов Н.В1, Кайдашев Е.М. Рентгенографическое исследование нанокристаллов ZnO //IX МНК «Химия твердого тела: монокристаллы, наноматериалы, нанотехнологии». Кисловодск. 2009. с.149-150

А12.Кайдашев В.Е., Кайдашев Е.М., Peres М., Monteiro Т., Correia M.R., Martins J.S., Sobolev N.A., Мисочко О.В. Структурные и оптические свойства наностержней Zno.iMno.iO/ ZnO сердцевина-оболочка и

наностержней Zn0j9Mn0,iO, полученных методом импульсного лазерного напыления // Order, Disorder and Properties of Oxides. Proceeding of the 12-th International meeting. Loo. Russia. 2009 .c.233-236

A13.Kaydashev V.E., Kaidashev E.M., Peres M., Monteiro Т., Correia M.R., Martins J.S., Sobolev N. Structural and optical properties of Zno,9Mn0;iO/ZnO core-shell nanowires and Zn0,9Mno,iO nanorods designed by pulsed laser deposition // European Materials Research Society, 2009 Spring Meeting, Strasbourg, France June 8, poster PI-41 А14.Кайдашев B.E., Кайдашев E.M., Мисочко O.B., Максимук М.Ю., Фурсова Т.Н., Баженов А.В. Ориентированные наностержни ZnO и их ИК спектры отражения// Известия РАН. Серия физическая. 2009. Т.73, №11.с.1628-1632. A15.Kaydashev V.E., Kaidashev Е.М., Peres М., Monteiro Т., Correia M.R., Sobolev N.A., Alves L.C., Franco N., Alves E. Structural and optical properties of Zn0>9Mn0,iO/ZnO core-shell nanowires and Zn0,9Mn0,iO nanorods designed by pulsed laser deposition// J.Appl. Phys. 2009. V.106 p. 093501-1-093501-4 A16.Кайдашев B.E., Кайдашев E.M., Peres M., Monteiro Т., Correia M.R., Sobolev N.A. Оптические и структурные свойства наностержней ZnO, полученных методом импульсного лазерного напыления без катализатора // Журнал Технической Физики. 2009.Т.79,№ 11. с.45-49

А17.Кайдашев В.Е., Мисочко О.В., Correia M.R., Peres М., Monteiro Т., Sobolev N.A., Кайдашев Е.М. Исследование рамановского рассеяния на обертонах полносимметричного LO фонона в нанокристаллах Zno,9Mn0,iO при резонансном возбуждении // Письма в Журнал Технической Физики. 2009. Т. 35, № 23. с.32-39 A18.Polozhentsev О.Е., Mazalova V.L., Kaidashev V.E., Kaidashev E.M., Zubavichus Ya., Soldatov A.V. ZnO:Mn nanorods and ZnO/ZnO:Mn core/shell structures: Synthesis and local atomic structure//Journal of Physics: Conference Series. 2009.V.190. p.012138-012141

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Lorenz M., Kaidashev E. M., Rahm A., Nobis Th., Lenzner J., Wagner G., Spemann D., Hochmuth H., and Grundmann M. MgxZni_xO ( x<0.2) nanowire arrays on sapphire grown by high-pressure pulsed-laser deposition // Appl.Phys.Lett. 2005. V. 86. pl43113-143115

[2] Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М.: Наука. 1977. 304 с.

[3] Wagner R. S., Ellis W. С. Vapor-liquid-solid mechanism of single crstal growth //Appl. Phys.Lett. 1964. V. 4. p. 89

[4] Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции// УФН. 2002. Т. 172, № 3. с.301

[5] Toftmann В., Schou J., Lunney I.G. Dynamics of the plume produced by nanosecond ultraviolet laser ablation of metals // Phys. Rev. B. 2003. V. 67. p. 104101-1-104101-5

[6] Wen S.B., Мао X., Greif R., and Russo R.E. Laser ablation induced vapor plume expansion into a background gas. II. Experimental analysis// J. Appl. Phys. 2007. V. 101. p. 023115-1-023115-14

[7] Arnold N., Gruber J., Heitz J. Spherical expansion of the vapor plume into ambient gas:an analytical model// Appl. Phys. A. 1999. V. 69. p. 87-93

[8] Wen S.B., Мао X., Greif R., and Russo R.E. Expansion of the laser ablation vapor plume into a background gas.I. Analysis// J. Appl. Phys. 2007. V. 101, N. 5. p. 023114-1-023114-13

[9] Saji K.J., Joshy N.V., and Jayaraj M.K. Optical emission spectroscopic studies on laser ablated zinc oxide plasma// J. Appl. Phys. 2006. V. 100. p. 043302-1-043302-5

[10] Lorenz M., Kaidashev E., Wenckstern H., Riede V., Bundesmann C., Spemann D. Benndorf G., Hochmuth H., Rahm A., Semmelhack H. // Solid State Electronics. 2003. V. 47. p. 2205-2208.

[11] Toftmann В., Schou J., Hansen T. N., Lunney J. G. Evolution of plasma parameters in the expanding laser ablation plume of silver // Appl. Surf. Sci. 2002. V.186.p. 293-397

[12] Fujimoto T. Kinetics of Ionization-Recombination of a Plume and Population Density of Excited Ions. IV. Recombining Plasma - Low-Temperature Case // J.Phys.Soc.J. 1980. V.49, N.4.p. 1569-1576

[13] Lemmon E.W. and Jacobsen R.T. Viscosity and Thermal Conductivity Equations for Nitrogen, Oxygen, Argon, and Air //International Journal of Thermophysics. 2004. V.25, N.l. p. 21-69

[14] Diaconu M., Schmidt H., Hochmuth H., Lorenz M., Benndorf G., Spemann D., Setzer A., Esquinazi P., Poeppl A., Wenckstern H., Nielsen K.W., Gross R., Schmid H., Mader W., Wagner G., Grundmann M. Room-temperature ferromagnetic Mn-alloyed ZnO films obtained by pulsed laser deposition //J. Magn. Magn. Mater. 2006. V.307 p.212-221

[15] Dingle R. Luminescent transitions associated with divalent copper impurities and green emission from semiconducting zinc oxide //Phys. Rev. Lett. 1969. V.23, N.ll. p.579-581

[16] Shi S.L., Li G.Q., Xu S.J., Zhao Y., Chen G.H. Green Luminescence Band in ZnO: Fine Structures, Electron-Phonon Coupling, and Temperature Effect//J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. p.l0475-10478

Подписано в печать 18.06.2010 г. Формат 60x841/)в. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ N81144.

Типография Южного федерального университета 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 200/1, тел (863) 247-80-51.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Кайдашев, Владимир Евгеньевич

Введение.

Глава 1. Физические процессы, происходящие при импульсном лазерном напылении полупроводниковых плёнок и нитевидных кристаллов.

1.1 Процессы, протекающие при импульсном лазерном напылении плёнок и наностержней.

1.1.1 Ударные волны в газе и плазме.

1.1.2 Математические модели расширения лазерной плазмы в газ.

1.1.3 Теоретические модели роста нитевидных кристаллов 40 из пара.

Глава 2. Исследование процессов, происходящих при импульсном лазерном напылении наностержней и плёнок на основе ZnO.

2.1 Исследование лазерной плазмы при испарении мишеней на 52 основе ZnO в вакуум и газы.

2.1.1 Зондовая диагностика лазерной плазмы.

2.1.2 Время-разрешённая пространственная спектроскопия лазерной плазмы.

2.1.3 Исследование динамики лазерной плазмы ZnO при испарении в вакуум.

2.1.4 Исследование динамики лазерной плазмы ZnO при высоком давлении аргона (в рабочем диапазоне давлений синтеза наностержней).

2.1.5 Исследование динамики лазерной плазмы ZnO допированного Ga(0.4%), Mg(20%), Ег(1.75%) при высоком давлении аргона.

2.1.6 Связь динамики лазерной плазмы ZnO с параметрами 93 ударной волны в аргоне.

2.1.7 Общие тенденции динамики лазерной плазмы чистого и допированного ZnO при низких давлениях кислорода (в рабочем диапазоне давлении синтеза плёнок).

2.1.8 Исследование динамики лазерной плазмы ZnO, ZnO:Mg(20%), ZnO:Mn(10%), ZnO:Er(1.75%) в кислороде при давлении роста плёнок.

2.20бсуждение особенностей переноса испарённого вещества в ^^ экспериментальных условиях синтеза наностержней.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2 {

Глава 3. Импульсное лазерное напыление плёнок и наностержней ZnO.

3.1 Экспериментальные установки для роста плёнок и 113 наностержней.

3.2 Получение наностержней ZnO в различных режимах синтеза методом ИЛН и их свойства.

3.2.1 Использование сверхтонких плёнок Au,NiO и золотого коллоида в качестве катализатора роста и свойства полученных наностержней.

3.2.2 Получение наностержней ZnO без использования катализатора и их свойства.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Глава 4. Лазерное напыление и исследование свойств наностержней и плёнок Zno.9Mno.1O а также структур ZnO/Zn0.9Mn0.iO вида сердцевина-оболочка

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Глава 5. Фотолюминесцентные свойства нанострежней ZnO при высоких уровнях оптической накачки.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Введение диссертация по физике, на тему "Получение методом импульсного лазерного напыления и исследование гибридных структур на основе полупроводниковых нанокристаллов и плёнок"

Диссертация посвящена исследованию вопросов получения методом импульсного лазерного напыления (ИЛН) нитевидных нанокристаллов, плёнок и гибридных структур на основе ZnO, исследованию свойств и параметров плазмы, главным образом определяющей свойства формирующихся пленок и наноструктур, исследованию оптических и структурных свойств синтезированных объектов как основы для создания новых устройств наноэлектроники и нанофотоники. Исследован переход от фотолюминесценции к сверхлюминесценции при высоких уровнях оптической накачки высокоориентированных массивов ZnO наностержней.

Актуальность темы.

Сочетание высоких оптических, механических и пьезоэлектрических свойств ZnO определяет перспективность данного материала при разработке новых устройств наноэлектроники, нанофотоники и наномеханики. Гибридные структуры на основе высокоориентированных наностержней ZnO и пленок перспективны как базовые элементы УФ ZnO нанолазеров [1], светоизлучающих диодов [2] ,УФ фотоприемников [3], нанотранзисторов [4], эмиттеров электронов [5] , преобразователей солнечной энергии [6], наносенсоров химических [7] веществ, а также в качестве элементов устройств наномеханики [8 ]и наноспинтроники [9].

ZnO является прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны ~3.3 эВ при комнатной температуре и структурой вюрцита. Большая энергия связи экситона ZnO (63 meV ), низкая пороговая мощность при оптической накачке и возможность изменения ширины запрещенной зоны при легировании позволяют считать ZnO перспективным материалом для создания новых светоизлучающих и лазерных структур ультрафиолетового диапазона. Подходящим материалом для осаждения пленок ZnO, используемых в оптических приборах, является AI2O3. Он имеет высокую теплопроводность, коэффициент термического расширения близкий к коэффициенту термического расширения ZnO и прозрачен в видимой области. Несоответствие параметров решеток ZnO и (0001) А12Оз составляет 16.8 %. Механические напряжения, возникающие на границе раздела пленка-подложка, ухудшают электронные и оптические свойства пленок [10,11]. Для улучшения согласования решеток, уменьшения механических напряжений на границе раздела и снижения энергетического барьера зарождения при эпитаксиальном росте пленок в последнее время используются методы многостадийного роста [12,13].

В настоящее время полупроводниковые наностержни получают различными методами. К наиболее часто используемым можно отнести термический метод [14], карботермический метод [15], метод химического парового осаждения (CVD) [16], металл-органического синтеза из газовой фазы [17], метод молекулярно-лучевой эпитаксии [18], импульсное лазерное напыление (ИЛН)[19].

Перспективным методом получения многослойных пленочных структур и нанокристаллов на основе оксида цинка является метод импульсного лазерного напыления (ИЛН), позволяющий сохранять стехиометрию состава, создавать гетеропереходы и сверхрешетки внутри нанокристаллов в осевом или радиальном направлениях. Основу метода составляет механизм пар-жидкость-кристалл, впервые разработанный в работах [20,21]. Впервые метод ИЛН был использован для роста наностержней на основе оксида цинка в работах [19]. Возможность осуществлять напыление пленок и нанокристаллов как в высоком вакууме, так и при больших давлениях рабочих газов позволяет развивать новые методы синтеза гибридных структур пленка-наностержень. Гибкость метода позволяет использовать его при проведении поисковых исследований по синтезу новых наноматериалов и элементов устройств нанофотоники и наноэлектроники.

Актуальным направлением исследований является изучение взаимосвязи процессов протекающих в плазме при лазерном испарении материалов на основе оксида цинка, процессов самоорганизованного роста нитевидных нанокристаллов при высоком давлении аргона, процессов эпитаксиального роста при низком давлении кислорода, структурных и оптических свойств нитевидных нанокристаллов и пленок, получаемых методом ИЛН.

На сегодняшний день в физике лазерной плазмы наиболее полно изучены теоретические [22-25] и экспериментальные [26-30] аспекты расширения плазмы металлов и некоторых полупроводников (Si, Ge) в вакуум. Наиболее точно с экспериментальными данными по свободному разлёту лазерной плазмы в вакуум согласуется кинетическая модель Анисимова. [22-24].

В литературе также имеется ряд работ по экспериментальному [31-37] и теоретическому[38-43] исследованию процессов разлёта металлов и сложных оксидов в газы. Однако данная область до сих пор остаётся малоизученной из-за большого количества факторов, влияющих на процесс расширения плазмы различных веществ в различные газы. В литературе имеется небольшое количество работ по экспериментальному исследованию плазмы ZnO в условиях синтеза плёнок [44,45]. Следует заметить, что большинство экспериментальных исследований проведено в условиях далёких от технологических условий получения оксидных плёнок, для синтеза которых используется давление кислорода 10"3-10"' mbar и значение плотности энергии в пятне испарения немного выше порогового 2-5 Дж/см . Так, одному из наиболее полных теоретических и экспериментальных исследований динамики Си в Не, Ne и Аг можно отнести работы [35,39]. Однако динамика плазмы в отмеченных работах исследовалась при давлении 1атм. и развитая теоретическая модель построена на основе наблюдений динамики плазмы при данном давлении. Сила ударной волны, а значит и динамика в целом сильно изменяется при уменьшении давления газа до 100 mbar. А при снижении давления газа до 10" mbar меняется сам механизм расширения плазмы от ударной волны к почти свободному разлёту. Исследования динамики плазмы ZnO при давлениях роста наностержней (давление аргона 50-100 mbar) в литературе не отмечены.

Поэтому для разработки новых воспроизводимых методик синтеза базовых элементов нанофотоники, какими являются полупроводниковые наностержни и гибридные структуры пленка-наностержень, необходимо и особенно актуально исследование процессов в лазерном факеле, протекающих при давлениях аргона или кислорода соответствующих оптимальным условиям их синтеза. Использование для исследования плазмы, таких методов как времяразрешённая пространственная спектроскопия позволяет проводить прямое наблюдение пространственного распределения отдельных спектральных компонент плазмы. Сопоставление этих данных с более традиционными зондовыми измерениями позволяет связать процессы динамики плазмы с её энергетическими характеристиками и лучше понять физику протекающих процессов.

Для создания новых полупроводниковых светоизлучающих и лазерных структур на основе ZnO актуальными задачами также являются исследование и усовершенствование оптических, электрических и структурных свойств синтезируемых плёнок и наностержней.

ZnO со структурой вюрцита в нормальном состоянии обладает проводимостью n-типа за счёт присутствия внутренних дефектов, таких как кислородные вакансии и атомов Zn в междоузлиях. Недопированный ZnO демонстрирует высокую плотность электронов, около 1021 см"3 [46]. Подвижность носителей при комнатной температуре эпитаксиальных плёнок ZnO, полученных различными методами остаётся достаточно низкой (около

2 /тч

100 см /Вхс) по сравнению со значением в объёмном монокристалле 205 см /Вхс [47]. Однако специально разработанная методика многостадийного ИЛН позволила получить воспроизводимые результаты с подвижностью в плёнках от 115 до 155 см /Вхс при комнатной температуре и концентарцией носителей 2х1015-5х1016 см"3 [48].

Элементы III группы, такие как Al, Ga, In, замещающие атомы Zn при допировании, и элементы VII группы, такие как С1 и I, замещающие атомы О, также могут быть использованы как допирующие элементы п-типа[49]. При допировании ZnO атомами А1 сопротивление плёнок полученых методом фотостимулированного осаждения из паров металлорганических соединений составило 6.2x10"4 Омхсм [50], а при допировании Ga методом химического осаждения из газовой фазы были получены плёнки с сопротивлением 1.2x10"4 Омхсм [51].

Для получения проводимости р-типа ZnO допируется фосфором. Авторами [52] получены микро-и нанопровода ZnO:P с проводимостью р-типа, и тип проводимости продемонстрирован в устройствах, выполненных на основе данных наностержней.

Допирование ZnO кадмием приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны до 2.8 эВ [53], а допирование ZnO магнием приводит к увеличению ширины запрещенной зоны от 3.37 до 3.8 эВ[53]. Это позволяет использовать гибридные структуры на основе ZnMgO в фотоприемниках УФ диапазона (200-400 нм), в лазерах на основе сверхрешеток ZnO-ZnMgO, для мониторинга солнечной УФ радиации, устройствах записи информации на CD диски, для регистрации ультравысокой температуры.

В работах [54-56] исследовался процесс импульсного лазерного напыления Zni.xMgxO пленок с х=0-0.55. Авторами отмечено, что постоянная решетки а линейно увеличивается с возрастанием содержания Mg. При х > 0.5 наблюдается только кубическая фаза MgO. С ростом содержания Mg (0-0.52) край поглощения пленок Zn!.xMgxO возрастает с 3.3 до 4.4 эВ. Эпитаксиальный рост пленки Zn].xMgxO на подложке (0001)А1203 начинается через несколько монослоев. Об этом свидетельствуют измерения, проведенные методом высокоразрешающей трансмиссионной электронной микроскопии [54]. Многоступенчатый метод лазерного напыления, разработанный в работе [48], позволяет получать эпитаксиальные структуры с высокими структурными, электрофизическими и оптическими параметрами.

В настоящее время важной задачей является также разработка методов получения эпитаксиальных пленок и наностержней ZnO допированных Ga, имеющих высокую проводимость и высокое оптическое пропускание в области длин волн 400-700 нм. Для использования в приборных структурах пленки и стержни ZnO:Ga должны иметь высокое структурное совершенство, а плёнки гладкую морфологию поверхности.

Легирование пленок ZnO с помощью Оа2Оз до 0.5% не ухудшает структуру пленок, а сопротивление пленок ZnO:Ga203(0.5%) уменьшается до л

3x10" Омхсм [53]. При этом проводящяя пленка ZnO имеет достаточно высокую подвижность (ц~70 см2/Вс) и пропускание Т~80% в видимой области [53]. Увеличение уровня допирования Zn0:Ga203 до 5% приводит к ухудшению структуры [53].

Необходимо отметить, что зависимость холловской электронной подвижности пленок Zn0:Ga203 (0.5%) от давления кислорода имеет максимум при давлении кислорода в вакуумной камере во время напыления ЗхЮ"4 мбар и уменьшается с ростом давления кислорода[53]. Максимум холловской электронной подвижности также зависит от толщины плёнки. Так, для пленок Zn0:Ga203 (0.5%) максимум холловской электронной подвижности .наблюдался при толщине 400 нм и уменьшался с её ростом. Полученные авторами плёнки Zn0:Ga203 (0.5%) имели коэффициент оптического пропускания 80% в диапазоне прозрачности, обладая при этом достаточно высокой электронной подвижностью ц = 66 см /Вс и сопротивлением 3 Омхсм[53].

Высокая проводимость пленок ZnO:Ga и ZnO:Al и прозрачность до 80% во всем видимом диапазоне длин волн позволяют использовать их как прозрачные электроды в светоизлучающих и фотоприемных устройствах видимого и УФ диапазонов. Допирование наностержней оксида цинка галлием или алюминием, увеличивая их проводимость, повышает электронную эмиссию из наностержней, позволяя получать плотность тока эмиттеров электронов на их основе сравнимую с электронной эмиссией из углеродных нанотрубок [58].

Допирование ZnO эрбием приводит к появлению в спектре люминесценции интенсивных линий в диапазоне длин волн около 1.54 мкм [59], имеющих минимум потерь в оптических волноводах и делает ZnO:Er перспективным материалом в волоконно-оптических устройствах. Так как допирующие атомы Ег имеют значительно больший радиус по сравнению с радиусом атомов Zn, возникновение напряжений решётки при введении атомов примеси становится неизбежным. Поэтому для сохранения сруктурных свойств ZnO применяется слабое допирование атомами Ег, незначительно изменяющее параметры решётки. Так в работе [59], при допировании мишени 0.5% Ег2Оз в полученных лазерным напылением плёнках параметры решётки составили с=0.52523 нм и а=0.29097 нм, что является близкими значениями к с=0.52066нм и а=0.32498 нм для типичной плёнки ZnO с вюрцитной структурой. Важно отметить, что в большинстве работ [59,60] напыление плёнок ZnO:Er производят на подложку при комнатной температуре, в отличии от обычно нагреваемых для улучшения адгезии плёнок оксидов. Для активации встроенных в плёнку ионов Ег3+ применяется последующий кратковременный отжиг до 700°С в течении нескольких минут в атмосфере кислорода [59-61]. Модификация локальной

1 I структуры Ег в матрице ZnO при кислородном отжиге приводит к образованию соответствующего кристаллического поля для переходов Ег, приводя к фотолюминесценции на длине волны 1.54 мкм. Усиление интенсивности фотолюминесценции за счёт увеличения количества оптически активных центров при повышении содержания Ег с 0.5 до 2 весовых процентов исследовано в работе [60]. Авторами работы [62] применён качественно иной подход к росту плёнок ZnO:Er. В данной работе напыление проводилось в стандартных условиях напыления плёнок (при температуре подложки 500-750С), но при очень низких давлениях кислорода (10"6 mbar), несвойственных для напыления оксидов. Авторами отмечено, что при таких условиях роста плёнка ZnO:Er имеет высокие структурные свойства и малую неровность поверхности, однако встраивание ионов Ег происходит не только в кристаллическую решётку, но и на границе зёрен как результат разницы валентностей и ионных радиусов Zn и Ег. Авторы полагают, что это приводит к сильному гашению люминесценции.

Новым направлением исследований является разработка полностью лазерных методик синтеза наностержней ZnO, покрытых пленками ZnO допированных другими элементами, например Mn,Mg,Ga, с целью создания гетеропереходов в радиальном направлении.

Таким образом, вопросы, связанные с исследованием новых методик лазерного напыления гибридных наноструктур на основе ZnO, исследование процессов в плазме для создания контролируемого синтеза, а также исследование светоизлучающих свойств новых наноструктур составляют одно из направлений развития радиофизики и являются актуальными.

Объектом исследования являются лазерные методы роста » наностержней, плёнок и гибридных структур на основе ZnO, изучение их оптических и структурных свойств, а также изучение процессов в лазерной плазме при реальных условиях синтеза плёнок и наностержней.

Предметом исследований являются: пространственная динамика плазмы чистого ZnO и допированного Ga,Mg,Er,Mn в атмосфере аргона при давлениях роста наностержней и атмосфере кислорода при давлении роста плёнок; эффективность использования различных катализаторов роста нанострержней (Au, NiO, Си, без катализатора) и влияние на их свойства; оптические и структурные свойства структур ZnO/ZnMnO вида сердцевина-оболочка; вопросы сверхлюминисценции в наностержнях при высоких уровнях оптической накачки.

Цель диссертационной работы состояла: в разработке и исследовании новых методик импульсного лазерного напыления наностержней при высоком давлении аргона; в сравнении эффективности использования различных катализаторов роста и их влияния на оптические и структурные свойства наностержней ZnO; в исследовании лазерной плазмы чистого ZnO и допированного Ga,Mg,Er,Mn методами время-разрешённой пространственной спектроскопии и зондовой диагностики в атмосфере аргона и кислорода для оптимизации условий роста плёнок и наностержней; в исследовании оптических и структурных свойств гибридных структур ZnO/ZnMnO вида сердцевина-оболочка для определения возможности их использования в устройствах нанофотоники и наноспинтроники; в исследовании сверхлюминесценции в высокоориентированных массивах наностержней оксида цинка при высоких уровнях оптической накачки.

Основные задачи состояли в:

- изучении процессов протекающих в плазме при лазерном испарении материалов на основе оксида в реальных условиях синтеза наностержней и пленок ZnO допированных Ga,Mg,Er,Mn;

- исследовании влияния процессов импульсного лазерного испарения при высоком давлении аргона на самоорганизованный рост высокоориентированных решеток ZnO наностержней с использованием Аи, NiO, Си катализаторов ;

- разработке методики импульсного лазерного напыления при высоком давлении аргона наностержней ZnO без использования катализаторов;

- разработке методики лазерного синтеза наностержней ZnO, покрытых пленками ZnMnO, исследовании их оптических и структурных свойств;

- исследовании лазерной генерации в высокоориентированных массивах ZnO наностержней при высоких уровнях оптической накачки;

Научная новизна диссертационной работы определяется определяется поставленными задачами, разработанными методами их решения и впервые полученными результатами:

- Впервые поставлена и решена задача о влиянии параметров плазменного факела ZnO (расстояния остановки факела и его изменении при введении примесей) на оптимальные расстояния мишень-подложка для реальных условий синтеза наностержней методом ИЛН в потоке аргона. Методом времяразрешённой пространственной спектроскопии, а также методом электрического зонда исследована динамика и проведена спектроскопия лазерной плазмы ZnO, ZnO:Ga(C).4%), ZnO:Mg(20%), ZnO:Er(1.75%), при расширении в аргон при давлениях синтеза наностержней;

- Впервые на основе анализа электронных зондовых характеристик предложен метод исследования внутренних процессов в ударных волнах при ИЛН в газах. Посредством сравнения пространственных профилей линий излучения плазмы и максимумов электронных зондовых характеристик изучена картина динамики внешней ударной волны в газе и внутренней ударной волны в плазме, возникающих при лазерном испарении вещества в газе;

- Впервые на основе зондовой диагностики лазерной плазмы найден диапазон давлений перехода от свободного разлёта к формированию ударной волны в газе;

- Разработан и исследован метод импульсного лазерного напыления наностержней ZnO без использования катализатора. Получены высокоориентированные перпендикулярно подложке решетки наностержней оксида цинка, имеющих диаметр менее 10 нм; Изучены их оптические и структурные свойства.

- Впервые проведён анализ связи структурных и оптических свойств наностержней, полученных методом ИЛН при различных температурах роста, выбор которых определяется используемым катализатором;

- Разработана методика импульсного лазерного напыления наноструктур типа нитевидный нанокристалл-эпитаксиальная пленка. ZnO нитевидный нанокристалл и эпитаксиальная пленка парамагнитного полупроводника ZnMnO получены с использованием единой технологии ИЛН нитевидных нанокристаллов при высоком давлении аргона и ИЛН пленок при низком давлении кислорода.

- Исследован переход от фотолюминесценции к сверхлюминесценции массивов наностержней оксида цинка при высоких уровнях оптической накачки.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

2. Установлено, что допирование мишени ZnO более тяжёлыми по сравнению с Zn атомами увеличивает, а более лёгкими - сокращает расстояние полной остановки лазерного факела при давлениях аргона в диапазоне синтеза наностержней.

3. Снижение температуры роста наностержней ZnO на подложках А120з(11-20) посредством использования более низкотемпературных по сравнению с Аи катализаторов приводит к уменьшению внутренних напряжений в решётке и улучшению оптических свойств. Разработан новый метод низкотемпературного синтеза - импульсное лазерное напыление наностержней ZnO без использования катализатора. 4. Разработанная методика импульсного лазерного напыления гибридных структур ZnO/ZnMnO наностержень-эпитаксиальная пленка. Увеличение структурного беспорядка и дополнительных напряжений решётки при допировании ZnO марганцем приводит к усилению фрёлиховского электрон-фононного взаимодействия и появлению множественных обертонов фонона A1-LO при резонансном возбуждении.

Таким образом, данную диссертационную работу можно квалифицировать как научно-квалификационную работу, в которой содержится решение задачи, имеющей существенное значение в области радиофизики — разработка новых методик получения методом лазерного напыления гибридных наноструктур на основе ZnO, а также разработка новых спектроскопических и зондовых методик контроля их синтеза.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные данные по исследованию процессов, протекающих в лазерной плазме ZnO допированного Ga, Mg, Er, Мп во время роста наностержней и плёнок в атмосфере аргона и кислорода, могут быть использованы для оптимизации условий получения элементов новых устройств наноэлектроники и нанофотоники.

Разработанный новый метод анализа внутренних процессов в ударных волнах при ИЛН в газах посредством сравнения пространственных профилей линий излучения плазмы и максимумов электронных зондовых характеристик является мощным средством оптимизации условий роста наностержней и оксидных плёнок.

Анализ влияния температуры синтеза и типа катализатора на оптические и структурные свойства наностержней позволил разработать новые методики синтеза наностержней ZnO с высокими структурными и оптическими свойствами.

Разработанная методика импульсного лазерного напыления гибридных структур вида наностержень-эпитаксиальная пленка на примере ZnO/ZnMnO может быть использована для широкого круга материалов при создании будущих устройств наноэлектроники и нанофотоники.

Исследование перехода от фотолюминисценции к сверхлюминисценции массивов наностержней при высоких уровнях оптической накачки позволило наметить пути к созданию нанонолазера на основе наностержней ZnO.

Результаты проведенных исследований были использованы в проектах:

2.Проект РФФИ № 09-02-13530 «Исследование возможности применения массивов углеродных нанотрубок и полупроводниковых наностержней с высокой проводимостью в качестве антенн СВЧ- и миллиметрового диапазона»

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Результаты диссертационной работы соответствуют паспорту специальности ВАК 01.04.03 - «Радиофизика» по пункту 2 - «Изучение линейных и нелинейных процессов излучения, распространения, дифракции, рассеяния, взаимодействия и трансформации волн в естественных и искусственных средах» и пункту 6 — «Разработка физических основ и создание новых волновых технологий модификации и обработки материалов». Достоверность и обоснованность полученных в диссертации результатов Апробация диссертационной работы. Результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на: VIII, X, XI, XII Международных конференциях «Order, Disorder and Properties of Oxides» (JIoo, 2005, 2007, 2008, 2009); ВНКСФ-12 (Новосибирск, 2006); Международной конференции «5th bilateral Russian-french workshop on Nanosciences and Nanotechnologies» (Москва,2008); Международной конференции «European Materials Research

Society Spring Meeting» (Страсбург, 2009); IX Международной научной конференции «Химия твердого тела: монокристаллы, наноматериалы, нанотехнологии» (Кисловодск, 2009).

В диссертации лично автором получены результаты работ [A3]; в публикации [А 16] автором разработана методика импульсного лазерного напыления наностержней оксида цинка без катализатора, а также исследованы их оптические и структурные свойства; в работе [All] автором установлено влияние температуры синтеза и катализатора на оптические и структурные свойства наностержней ZnO; в статьях [А 12, А15, А17, А18] автором разработана методика импульсного лазерного напыления наноструктур ZnO/ZnMnO вида наностержень-эпитаксиальная пленка, а также проведены исследования оптических и структурных свойств. В остальных совместных работах результаты получены на паритетных началах.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложения общим объемом 169 страниц, включая 12 таблиц, 70 рисунков и список цитируемой литературы из 133 наименований, из них 18 - работ автора.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5

Исследования люминесценции полученных наностержней (ZnO/Au/a

А120з методом ИЛН и Zn0/Cu/a-Al203 карботермическим методом) при

1 •> оптической накачке третьей гармоникой YAG:Nd лазера (355 нм) показали, что при повышении мощности накачки до 250-280 кВт/см интенсивность люминесценции начинала экспоненциально расти. Из чего можно сделать вывод о начале сверхлюминесценции наностержней. Экситонный пик не имел внутренней узких линий (продольных мод Фабри-Перо), однако с началом экспоненциального роста интенсивности полуширина также резко уменьшалась. Отсутствие отдельных линий мод Фабри-Перо связывается с большим межмодовым расстоянием для данных длин резонаторов. Кроме того, люминесценция на отдельных модах массива резонаторов с различной длиной может сливаться в единый непрерывный контур. Положение экситонного пика при увеличении плотности мощности накачки в диапазоне 30-500кВт/см смещалось на ~ 30 А в длинноволновую область.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

2. Изученное влияние допирования мишени ZnO более тяжёлыми или лёгкими по сравнению с Zn атомами на расстояние полной остановки лазерного факела при давлениях аргона в диапазоне синтеза наностержней позволяет оптимизировать расстояние мишень-подложка при синтезе наностержней на основе ZnO.

3. Для плазмы ZnO с различными примесями в атмосфере кислорода в диапазоне давлений широко используемом для роста плёнок давление перехода от свободного разлёта к формированию ударной волны в газе лежит в диапазоне 0.04-0.06 mbar и слабо зависит от атомного веса допирующих атомов.

4. Исследования структурных и фотолюминесцентных свойств наностержней ZnO подложках А12Оз(11-20), полученных при различных температурах роста показали, что снижение температуры роста посредством использования более низкотемпературных по сравнению с Аи катализаторов приводит к уменьшению внутренних напряжений в решётке и улучшению оптических свойств. Разработанный метод низкотемпературного синтеза, импульсное лазерное напыление наностержней ZnO без использования катализатора, позволяет получать наностержни диаметром менее менее Юнм с высокими оптическими и структурными свойствами.

5. Разработана методика импульсного лазерного напыления гибридных структур ZnO/ZnMnO наностержень-эпитаксиальная пленка. Установлено, что допировании ZnO марганцем приводит к увеличению структурного беспорядка и дополнительных напряжений решётки. Это ведёт к релаксации правил отбора, усилению фрёлиховского электрон-фононного взаимодействия и появлению множественных обертонов фонона A1-LO при резонансном возбуждении.

6. При повышении плотности мощности оптической накачки л высокоориентированных массивов наностержней до 250-280 кВт/см интенсивность люминесценции растёт, а полуширина экситонного пика уменьшается по экспоненциальному закону. Это свидетельствует о начале сверхлюминесценции в наностержнях.

На основе выявленных закономерностей сформулированы рекомендации по использованию:

- метода анализа максимумов электронных зондовых характеристик для лазерной плазмы в газах при разработке новых методик напыления гибридных наноструктур.

- данных о пространстенных профилях спектральных компонент плазмы в момент полной остановки лазерного факела для оптимизации расстояния мишень-подложка при синтезе наностержней на основе ZnO.

- низкотемпературных методик синтеза наностержней ZnO на подложках А1гОз( 11-20).

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Кайдашев, Владимир Евгеньевич, Ростов-на-Дону

1. Huang М.Н. et al, Room-temperature ultraviolet nanowire nanolasers// Science. 2001.V.292. p.1897-1899

2. Bao J., Zimmler M. A., Capasso F. Broadband ZnO Single-Nanowire Light-Emitting Diode//Nano Lett. 2006. V. 6, N. 8. p.1719-1722

3. Jeong I.S., Kim J.H., Ima S. Ultraviolet-enhanced photodiode employing n-ZnO/p-Si structure // Appl.Phys.Lett. 2003.V.83, N.14. p.2946-2948

4. Heo Y. W., Tien L. C., Kwon Y., Norton D. P., and Pearton S. J. Depletion-mode ZnO nanowire field-effect transistor// Appl.Phys.Lett. 2004.V.85, N.12. p.2274-2276

5. Jo S. H., Lao J. Y., and Rena Z. F. Field-emission studies on thin films of zinc oxide nanowires// Appl.Phys.Lett. 2003.V.83, N.238.p.4821-4823

6. Yuhas B. D., Yang P. Nanowire-Based All-Oxide Solar Cells// J. Am. Chem. Soc. 2009. V.131. p. 3756-3761

7. Huang F. C., Chen Y. Y. ,Wu T.T. A room temperature surface acoustic wave hydrogen sensor with Pt coated ZnO nanorods// Nanotechnology. 2009.V.20.p. 065501

8. Wang Z. L., Song J. Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays// Science.2006.V.312, N.14. p. 242-246

9. Heo Y.W., Norton D.P., Tien L.C., Kwon Y., Kang B.S., Ren F., Pearton S.J., LaRoche J.R. ZnO nanowire growth and devices // Materials Science and Engineering. 2004.V. 47. p.47

10. Rieger W., Metzger Т., Angerer H., Dimitrov R., Ambacher O., Stutzmann M. Influence of substrate-induced biaxial compressive stress on the optical properties of thin GaN films // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68 p. 970-972.

11. Lee In-Hwan., Choi In-Hoon., Lee C., Noh S. Evolution of stress relaxation and yellow luminescence in GaN/sapphire by Si incorporation // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 71. p. 1359-1361.

12. Han J., Waldrip K., Lee S., Figiel J., Hearne S., Peterson G. Control and elimination of cracking of AlGaN using low-temperature AlGaN interlayers // Appl. Phys. Lett. 2001 V.78. p.67-69.

13. Waldrip K., Han J., // Appl. Phys. Lett. 2001

14. Fan H.J., Scholz R. A low-temperature evaporation route for ZnO nanoneedles and nanosaws// J.Appl. Phys. 2005.V.80. p.457-460.

15. Yao B.D. at el. Formation of ZnO nanostructures by a simple way of thermal evaporation // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. p.757.

16. Pai-Chun Chang et. al. ZnO nanowires synthesized by vapor trapping CVD method// Chemical Material. 2004. N 16, p. 5133-5137

17. Park W. I., Kim D. H. Metalorganic vapor-phase epitaxial growth of vertically well-aligned ZnO nanorods// APL. 2002. V. 80, N. 22. p. 4232-4234

18. Тонких А.А. Цырлин Г.Э. // Физика и техника полупроводников. 2004. Т.38, № Ю.с.113.

19. Lorenz М., Kaidashev Е. М., Rahm A., Nobis Th., Lenzner J., Wagner G., Spemann D., Hochmuth H., and Grundmann M. MgxZnixO ( x<0.2) nanowire arrays on sapphire grown by high-pressure pulsed-laser deposition // Appl.Phys.Lett. 2005. V. 86. pl43113-143115

20. Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М.: Наука. 1977. 304 с.

21. Wagner R. S., Ellis W. С. Vapor-liquid-solid mechanism of single crstal growth // Appl. Phys.Lett. 1964. V. 4. p. 89

22. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции// УФН. 2002. Т. 172, № 3. с.301

23. Anisimov S.I., Luk'yanchuk B.S., Luches A. An analytical model for three-dimensional laser plume expansion into vacuum in hydrodynamic regime// Applied Surface Science. 1996.V. 96-98. p. 24-32

24. Anisimov S.I., Bauerle D., Luk'yanchuk B.S. Gas dynamics and film profiles in pulsed-laser deposition of materials// Phys. Rev. B. 1993. V. 48, N. 16. p. 12076

25. Singh Rajiv К., Narayan J. Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: Physics and theoretical model// Phys. Rev. B. 1990 V. 41, N. 13. p. 8843-8859

26. Toftmann В., Schou J., Lunney J.G. Dynamics of the plume produced by nanosecond ultraviolet laser ablation of metals // Phys. Rev. B. 2003. V. 67. p. 104101-1-104101-5

27. Toftmann B. and Schou J., Hansen T. N. and Lunney J. G. Angular Distribution of Electron Temperature and Density in a Laser-Ablation Plume// Phys. Rev. B. 2000. V. 84, N. 17. p. 3998-4001

28. Harilal S. S., Bindhu С. V., Issac Riju C., Nampoori V. P. N., and Vallabhan C. P. G. Electron density and temperature measurements in a laser produced carbon plasma// J. Appl. Phys. 1997. V. 82, N. 5. p. 2140-2146

29. Franghiadakis Y., Fotakis C., Tzanetakis P. Energy distribution of ions produced by excimer-laser ablation of solid andmolten targets// Appl. Phys. A. 1999. V. 68. p. 391-397

30. Thestrup В., Toftmann В., Schou J., Doggett В., Lunney J.G. Ion dynamics in laser ablation plumes from selected metals at 355 nm// Appl. Surf. Sci. 2002. V. 197-198. p. 175-180

31. Amoruso S., Toftmann В., Schou J. Broadening and attenuation of UV laser ablation plumes in background gases// Appl. Surf. Sci. 2005. V. 248, N. 1. p. 323328

32. Bulgakova N. M., Bulgakov A. V., and Bobrenok O. F. Double layer effects in laser-ablation plasma plumes// Phys. Rev. E. 2000. V. 62, N. 4. p. 5624-5635

33. Amoruso S., Schou J., Lunney J.G. Multiple scattering effect in laser ablation plume// Europhys.Lett. 2006. V. 76, N. 3. p. 436-442

34. Geohegan D.B., Puretzky A. A. Dynamics of laser ablation plume penetration through low pressure background gases// Appl. Phys. Lett. V. 67, N. 2. p. 197-199

35. Wen S.B., Мао X., Greif R., and Russo R.E. Laser ablation induced vapor plume expansion into a background gas. II. Experimental analysis// J. Appl. Phys. 2007. V. 101. p. 023115-1-023115-14

36. Harilal S. S., Bindhu С. V., TillackM. S., Najmabadi F., and Gaeris A. C. Internal structure and expansion dynamics of laser ablation plumes into ambient gases// J. Appl. Phys. 2003. V. 93, N. 5. 101. p. 2380

37. Wood R. F., Chen K. R., Leboeuf J. N., Puretzky A. A., and Geohegan D. B. Dynamics of Plume Propagation and Splitting during Pulsed-Laser Ablation// Phys. Rev. Lett. 1997. V. 79, N. 8. p. 1571-1574

38. Arnold N., Gruber J., Heitz J. Spherical expansion of the vapor plume into ambient gas:an analytical model// Appl. Phys. A. 1999. V. 69. p. 87-93

39. Wen S.B., Мао X., Greif R., and Russo R.E. Expansion of the laser ablation vapor plume into a background gas.I. Analysis// J. Appl. Phys. 2007. V. 101, N. 5. p. 023114-1-023114-13

40. Predtechensky M. R. and Mayorov A. P. Expansion of laser plasma in oxygen at laser deposition// Applied Superconductivity. 1993. V.l, N.10-12, 2011-2017

41. Zhang Z. and Gogos G. Theory of shock wave propagation during laser ablation// Phys. Rev. B. 2004. V. 69. p. 235403-1-235403-8

42. Itina Т. E., Hermann J., Delaporte P., and Sentis M. Laser-generated plasma plume expansion: Combined continuous-microscopic modeling// Phys. Rev. E. 2002. V. 66. p. 066406-1-066406-12

43. Claeyssens F., Cheesman A., Henley S.J., and Ashfold M.N. Studies of the plume accompanying pulsed ultraviolet laser ablation of zinc oxide// J. Appl. Phys. 2002. V. 92. p. 6886-6894

44. Saji K.J., Joshy N.V., and Jayaraj M.K. Optical emission spectroscopic studies on laser ablated zinc oxide plasma// J. Appl. Phys. 2006. V. 100. p. 043302-1-043302-5

45. Ozgur U., Alivov Ya. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Dogan S., Avrutin V., Cho S.-J., and Morko? H. A Comprehensive Review of ZnO Materials and Devices// J. Appl. Phys. 2005. V. 98. p. 041301-1- 041301-103

46. Look D.C., Reynolds D.C.,. Sizelove J.R, Jones R.L., Litton C.W., Cantwell G., and Harsch W.C. Electrical properties of bulk ZnO// Solid State Commun. 1998. V. 105, N. 6. p. 399-401

47. Kato H., Sano M., Miyamoto K., and Yao Т., Cryst J. //Growth. 2002. V. 538. p. 237-239.

48. Myong S. Y., Baik S. J., Lee С. H., Cho W. Y., and Lim K. S. // J.Appl. Phys. 1997. V. 36.p.L1078

49. Ataev M., Bagamadova A. M:, Djabrailov A. M., Mamedo V. V., and Rabadanov R. A. Highly conductive and transparent Ga-doped epitaxial ZnO films on sapphire by CVD// Thin Solid Films.1995. V. 260. p. 19

50. Lorenz M., Rahm A., Cao В., Zuniga-Perez J., Kaidashev E.M.,

51. Zhakarov N., Wagner G., Nobis Т., Czekalla C., Zimmermann G., and Grundmann M. Self-organized growth of ZnO-based nano- and microstructures // Phys.Status Solidi B. 2010. V.l-17 (in press)

52. Lorenz M., Kaidashev E., Wenckstern H., Riede V., Bundesmann C., Spemann D. Benndorf G., Hochmuth H., Rahm A., Semmelhack H. // Solid State Electronics. 2003. V. 47. p. 2205-2208.

53. Bundesmann C., Schubert M., Spemann D., Butz Т., Lorenz M., Kaidashev E., Grundmann M., Ashkenov N., Neumann H., Wagner G. Infrared dielectric functions and phonon modes of wurtzite MgxZnixO (x < 0.2) //Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. p. 2376-2378

54. Schmidt-Grund R., Schubert M., Rheinlander В., Fritsch D., Schmidt H., Kaidashev E., Lorenz M., Hochmuth H., Grundmann M. // Thin Solid Films. 2004. p. 455-456.

55. Kaidashev E., Lorenz M., Wenckstern H., Rahm A., Semmelback C.,Han K., Benndorf G., Bundesmann C., Hochmuth H., Grudmann M.// Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. p. 1974

56. Sun X. Designing efficient field emission into ZnO // SPIE. 2006. V. 10. 1117/2.102.0101.p. 1-4

57. Komuro S., Katsumata Т., Morikawa Т., Zhao X., Isshiki H., Aoyagi Y. Highly erbium-doped zinc-oxide thin film prepared by laser ablation // J. Appl. Phys. 2000.V. 88. N.12. p. 7129-7136

58. Douglas L., Mundle R., Konda R., Bonner С. E., Pradhan A. K., Sahu D. R., and Huang J.-L. Influence of doping rate in Er3+:ZnO films on emission characteristics // Optics Letters. 2008. V. 33, N. 8. p. 815-817

59. Ishii M., Ishikawa T. Local structure analysis of an optically active center in Er-doped ZnO thin film // J.Appl. Phys. 2001. V. 89. p. 3679

60. P6rez-Casero R., Gutidrrez-Llorente A., and Pons-Y-Moll O., Defourneau R.M. and Defourneau D., Millon E., Perriere J., Goldner P. and Viana B. Er-doped ZnO thin films grown by pulsed-laser deposition // Appl. Phys. 2005. V. 97. p. 054905

61. Toftmann В., Schou J., Hansen T. N., Lunney J. G. Evolution of plasma parameters in the expanding laser ablation plume of silver // Appl. Surf. Sci. 2002. V.186. p. 293-397

62. Fujimoto T. Kinetics of Ionization-Recombination of a Plume and Population Density of Excited Ions.I.Equilibrium Plasma // J.Phys.Soc.J. 1979. V.47, N.l.p 265-272

63. Fujimoto Т. Kinetics of Ionization-Recombination of a Plume and Population Density of Excited Ions.II.Ionizing Plasma // J.Phys.SocJ. 1979. V.47, N.l.p 273281

64. Fujimoto T. Kinetics of Ionization-Recombination of a Plume and Population Density of Excited Ions.III.Recombining Plasma — High-Temperature Case // J.Phys.SocJ. 1980. V.49, N.4.p 1561-1568

65. Fujimoto T. Kinetics of Ionization-Recombination of a Plume and Population Density of Excited Ions.IV.Recombining Plasma Low-Temperature Case // J.Phys.SocJ. 1980. V.49, N.4.p 1569-1576

66. Pozrikidis Introduction to Theoretical and Computational Fluid Dynamics

67. Lemmon E.W. and Jacobsen R.T. Viscosity and Thermal Conductivity Equations for Nitrogen, Oxygen, Argon, and Air //International Journal of Thermophysics. 2004. V.25, N.l. p. 21-69

68. Rozman R. , Grabec I., Govekar E. Influence of absorption mechanisms on laser-induced plasma plume // Appl. Surf. Sci. 2008. V. 254 p.3295-3305

69. Mazhukin V.I., Nossov V.V., Smurov I. Flamant G. Modelling of radiation transfer in low temperature nanosecond laser-induced plasma of A1 vapour // J. Phys. D: Appl. Phys. 2004.V. 37 p. 185-199

70. Changa J.J.,Warner B.E. Laser-plasma interaction during visible-laser ablation of methods// Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69, N.4. p.473-475

71. Дубровский В.Г.Теория формирования эпитаксиальных наноструктур.-М.: ФИЗМАТЛИТ. 2009. 325с.

72. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П.// Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений М.: Наука. 1966. 688с.

73. Anderson J.D., Modern compressible flow with historical perspective New York.: McGraw-Hill. 1982. 466 p.

74. Dubrovskii V.G., Sibirev N.V. Growth rate of crystal facet of arbitrary size and growth kinetics of vertical nanowires// Phys.Rev.E. 2004.V.70.p.031604-1-031604-7

75. Kukushkin S.A., Osipov A.V.// Prog.Surf. Sci. 1996. V. 51. p.l.

76. В.Е.Кайдашев, Е.М. Кайдашев, М. Peres, T.Monteiro, M.R.Correia, N.A.Sobolev Оптические и структурные свойства наностержней ZnO, полученных методом импульсного лазерного напыления без катализатора // Журнал Технической Физики, 2009. Т.79, №.11. с. 45-49

77. S. Choopun, Н. Tabata, Т. Kawai // J. Crystal Growth, 2005, v. 274, p.167.

78. B. Doggett , C. Budtz-Joergensen, J.G. Lunney, P. Sheerin, M.M. Turner Behaviour of a planar Langmuir probe in a laser ablation plasma//Appl. Surf. Sci. 2005. V. 247. p. 134—138

79. Segall S.B., Koopman D.W. Application of cylindrical Langmuir probes to streaming plasma diagnostics // The Physics of Fluids. 1973. V.16, N.7.p

80. Koopman D.W. Langmuir Probe and Microwave Measurements of the Properties of Streaming Plasmas Governed by Focused Laser Pulses// The Physics of Fluids. 1971. V.14, N.8. p.1707-1716

81. Doggett В., Lunney J.G. Langmuir probe characterization of laser ablation plasmas //J. Appl. Phys. 2009. V.105 p.033306-1-033306-6

82. Merlino R.L. Understanding Langmuir probe current-voltage characteristics // Am. J. Phys. 2007. V.75, N.12. p. 1078-1085

83. Toftmann B. and Schou J., Hansen T. N. Lunney J. G. Evolution of plasma parameters in expanding laser ablation plume of silver //Appl.Surf.Sci. 2002. V.186. p. 293-297

84. Born M. Line broadening measurements and determination of the contribution of radiation diffusion to thermal conductivity in a high-pressure zinc discharge //J.Phys.D:Appl.Phys. 1999. V.32. p. 2492-2504.

85. Ельяшевич M.A. Атомная и молекулярная спектроскопия. Изд. 2-е. М.:Эдиториал УРСС. 2001. 896с.88. www.nist.gov/physlab/data/asd.cfm NIST Atomic Spectra Database

86. Kelleher D. E., Podobedova L. I. Atomic Transition Probabilities of Sodium and Magnesium.A Critical Compilation //J. Phys. Chem. Ref. Data. 2008. V. 37, N.l.p. 267-706

87. Захарченко И.Н., Бунина О.А., Куприна Л.А., Кайдашев В.Е., Лянгузов Н.В1, Кайдашев Е.М. Рентгенографическое исследование нанокристаллов ZnO //IX МНК «Химия твердого тела: монокристаллы, наноматериалы, нанотехнологии». Кисловодск. 2009. с. 149-150

88. Morales A.M., Lieber С.М. // Science. 1998. V. 279, p. 208

89. Kaidashev Е.М, Lorenz M., Hochmuth H., Natusch D., Nobis Т., Rahm A., Lenzner J., Grundman M. // DPG-Fruhjahrstagung 2004. Regensburg, Germany. Poster HL 12.71.

90. Givargizov E.I. // J. Crystal Growth, 1975. V. 31. p. 20.

91. Damen Т.С., Porto S.P.S., Tell В. Raman Effect in Zinc Oxide// Phys. Rev. 1966. V. 142, N.2 p. 570-574

92. Umar A., Kim S.H., Lee Y.S., Nahm K.S., Hahn Y.B. // J. Crystal Growth. 2005. V. 282. p. 131.

93. Teke A., Ozgur U., Dogan S., Gu X., and Morko9 H., Nemeth В., Nause J., Everitt H.O. Excitonic fine structure and recombination dynamics in single-crystalline ZnO// Phys. Rev. B. 2004. V.70. p. 195207-1-195207-10

94. Reynolds D.C., Look D.C., Jogai В., Litton C.W., Collins T.C., Harsch W., Cantwell G. Neutral-donor-bound-exciton complexes in ZnO crystals// Phys. Rev. B. 1998. V. 57, N.57. p. 12151-12155

95. Dietl Т., Ohno H., Matsukura M., Cibert J., and Ferrand D. Zener Model Description of FerromAGNETISM IN Zinc-Blende Magnetic Semiconductors // Science. 2000. V. 287 p.1019-1022

96. Snure M., Kumar D. and Tiwari A. // JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 2009. V. 61. p. 72

97. Coey J.M.D. and Chambers S.A., MRS Bulletin. 2008. V.33. p.1053

98. Han S., Zhang D., Zhou C. Synthesis and electronic properties of ZnO/ZnCoO core-shell nanowires // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88 p.133109 -1133109-3

99. Han S., Li C., Liu Z., Lei В., Zhang D., Jin W., Liu X., Tang Т., and Zhou C. Transition Metal Oxide Core-Shell Nanowires: Generic Synthesis and Transport Studies//NanoLetters 2004. V.4 p.l241-1246

100. Lei В., Han S., Li C., Zhang D., Liu Z. and Zhou C. Synthesis and electronic properties of transition metal oxide core-shell nanowires // Nanotechnology. 2007. V.18. p.044019-1-044019-8

101. Venkataraj S., Ohashi N., Sakaguchi I., Adachi Y., Ohgaki Т., Ryoken H., and Haneda H. Structural and magnetic properties of Mn-ion implanted ZnO films //J. Appl. Phys. 2007. V.102. p. 014905-1- 014905-7

102. Schumm M., Koerdel M., Muller S., ZutzH., Ronning C., Stehr J., Hofinann D.M., and Geurts J. Structural impact of Mn implantation on ZnO // New Journal of Physics. 2008. V.10. p.043004

103. Calleja J. M. and Cardona M. Resonant Raman Scattering in ZnO// Phys. Rev. B. 1977. V.16, N.8. p.3753-3761

104. Dingle R. Luminescent transitions associated with divalent copper impurities and green emission from semiconducting zinc oxide //Phys. Rev. Lett. 1969. V.23, N.ll. p.579-581

105. Shi S.L., Li G.Q., Xu S.J., Zhao Y., Chen G.H. Green Luminescence Band in ZnO: Fine Structures, Electron-Phonon Coupling, and Temperature Effect //J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. p.10475-10478

106. Boemare C., Monteiro Т., Soares M.J., Guilherme J.G., Alves E. Photoluminescence studies in ZnO samples // Physica B. 2001. V.308-310. p.985-988

107. Johnson J.C., Yan H., Yang P., Saykally R.J. Optical Cavity Effect in ZnO Nanowire Lasers and Waveguides // J.Phys. Chem. В 2003. V. 107. p. 8816-8828

108. Li Y., Qian F., Xiang J., Lieber C.M. Electronic and optoelectronic properties of nanowires// Materialstoday. 2006. V.9, N.10. p. 18-27

109. Pauzauskie P.J. and Yang P. Nanowire Photonics// Materialstoday. 2006. V.9, N.10.p.3 6-45

110. Shirai Т., Reader J., Kramida A. E., Sugar J. Spectral Data for Gallium: Ga I through Ga XXXI // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2007. V. 36, N. 2. p. 509-615

111. Кайдашев B.E., Кайдашев E.M. Получение нанокристаллов ZnO методом импульсного лазерного напыления //Материалы всероссийской научной конференции «ВНКСФ-12». Новосибирск. Россия. 2006. с.216-218

112. Кайдашев В.Е. Исследование процессов зарождения и формирования нанокристаллов ZnO из эрозионной лазерной плазмы // Сборник трудов РГУ. 2006. с.66-70

113. Oxides. Proceeding of the 10-th International meeting. Loo. Russia. 2007. V.2. p.7-10

114. Кайдашев B.E., Кайдашев E.M., Мисочко O.B., Максимук М.Ю., Фурсова Т.Н., Баженов А.В. Ориентированные наностержни ZnO и их ИК спектры отражения// Известия РАН. Серия физическая. 2009. Т.73, №11.с.1628-1632.