WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова

На правах рукописи

БЕЛОГОРОХОВ ИВАН АЛЕКСАНДРОВИЧ ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ФТАЛОЦИАНИНОВ, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ЛАНТАНИДОВ В КАЧЕСТВЕ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЯ 01.04.10 – физика полупроводников

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре общей физики и магнитоупорядоченных сред физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент РАН, Хохлов Дмитрий Ремович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Багаев Виктор Сергеевич кандидат физико-математических наук, доцент Кытин Владимир Геннадиевич

Ведущая организация: Государственный технологический университет «Московский государственный институт стали и сплавов» ("МИСиС")

Защита состоится « » апреля 2009 г. в часов на заседании Диссертационного Совета № Д-501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, д.1, стр.35, конференц-зал Центра коллективного пользования физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Автореферат разослан « » марта 2009 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета Д-501.001.70 доктор физико-математических наук, профессор Г.С. Плотников 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Органические материалы составляют основу всех живущих на планете организмов. Они обеспечивают необходимый для существования обмен веществ, контролируют функции всех органов, а также защищают от вредных внешних и внутренних воздействий. Не так давно стало возможным управлять органическими молекулами, встраивая их в современные интегральные схемы.

Молекулярные структуры типа политиофена, пентацена, олиготиофена и фталоцианина нашли широкое применение в создании тонкопленочных транзисторов и газовых сенсоров [1,2]. Фталоцианиновые комплексы находят также широкое применение в области создания органических полупроводниковых приборов на основе эффекта поля [3–5].

Наравне со сложными белковыми молекулами важные свойства демонстрируют более простые и широко доступные соединения. Так, известные всем молекулы хлорофилла, входящие в состав растений, не только отвечают за процесс фотосинтеза, но и проявляют необычные оптические и магнитные свойства, что позволяет использовать эти материалы для создания спиновых стекол и зарядовой памяти, а также открывает широкие возможности для использования металлопорфиринов в фотосенсибилизационных задачах.

Недостатком металлопорфиринов является их способность к деконволюции при значительном увеличении температуры. В связи с этим большую ценность приобретают соединения металлфталоцианинов, так как эти соединения обладают очень высокой термической и химической устойчивостью – на воздухе практически не разрушаются вплоть до температур 400–500С, а в вакууме большинство фталоцианинов не разлагается до 900С, они не взаимодействуют с сильными кислотами и сильными основаниями, а также обладают значительным оптическим поглощением в видимой области спектра.

Одними из наиболее интересных объектов такого рода являются металлфталоцианиновые комплексы (РсМ), содержащие атом эрбия в качестве комплексообразователя. Интерес к указанным материалам возник вследствие того, что атомы эрбия поглощают электромагнитное излучение на длине волны 1480 нм и излучают на длине волны около 1500 нм. Этот диапазон частот совпадает с максимумом пропускания оптоволоконных систем на основе двуокиси кремния.

В настоящий момент существую также более сложные молекулярные комплексы на основе молекул фталоцианина, такие, в которых один ион комплексообразователя находится между плоскопараллельными молекулами органических лигандов. Наиболее яркими представителями таких молекул являются комплексы бис- и трифталоцианина.

Физические свойства трифталоцианина мало изучены. Кроме того, неизвестно, каким образом изменяются электрические и оптические свойства молекулярного комплекса по мере увеличения количества макроциклов в молекуле, также не представлено ни одной полуклассической модели, в рамках которой можно описать оптические и электрофизические процессы, происходящие в таких сложных органических полупроводниках, как бис- и трифталоцианиновые комплексы.

Цель работы Целью данной работы являлось получение новой информации об электрических и оптических свойствах новых органических полупроводниковых структур, состоящих из сложных молекул фталоцианинов, легированных эрбием, европием и лютецием, содержащих в своей структуре от 65 до 200 атомов. В связи с этим в работе были решены следующие задачи:

1. Проведена детальная интерпретация спектров пропускания и фотолюминесценции органических полупроводниковых структур, состоящих из фталоцианиновых комплексов, в видимом и ближнем ИК- диапазонах длин волн с целью выявления преимуществ исследуемых структур для создания новых элементов современной оптоэлектроники.

2. Проведены исследования процессов электропроводности в полупроводниковых структурах, состоящих из фталоцианиновых комплексов на постоянном и переменном токе.

3. Создана полуклассическая модель, описывающая физические свойства исследуемых полупроводниковых структур, состоящих из фталоцианиновых комплексов.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1. Разработана полуклассическая модель, позволяющая описать частотные зависимости мнимой и действительной части диэлектрической проницаемости полупроводниковых структур, состоящих из фталоцианиновых комплексов.

2. Установлены закономерности изменения экспериментальных оптических спектров пропускания в области 400–1700 нм.

3. Найдены соотношения, позволяющие рассчитать значения статической диэлектрической проницаемости в полупроводниковых структурах, состоящих из фталоцианиновых комплексов.

4. Получены значения энергий активации для полупроводниковых структур, состоящих из фталоцианиновых комплексов с несимметричным распределением плотности заряда.

5. Выявлена природа появления дополнительных мод колебаний в оптических спектрах среднего и ближнего ИК- диапазонов в полупроводниковых структурах моно-, бис- и трифталоцианина, содержащих ионы эрбия в качестве комплексообразователя.

6. Показано, что с усложнением молекулярной структуры исследуемых комплексов энергия активации проводимости уменьшается, при этом значение коэффициента поглощения в области 1498–1560 нм увеличивается, и в то же время наблюдается уменьшение сигнала фотолюминесценции в области 760–800 нм.

7. Получены спектральные зависимости фотолюминесценции видимого диапазона для полупроводниковых структур, состоящих из моно-, бис- и трифталоцианинов, содержащих ионы эрбия и лютеция в качестве комплексообразователей.

Научная и практическая значимость работы Научная значимость диссертации определяется тем, что полученные в настоящей работе результаты способствуют развитию фундаментальных знаний о физических свойствах органических полупроводниковых структур на основе фталоцианиновых комплексов.

Совокупность данных о полупроводниковых структурах, состоящих из фталоцианиновых комплексов, об электропроводности на постоянном и переменном токе, оптических свойствах в области ультрафиолета и в дальней инфракрасной области длин волн необходима для оптимизации параметров и разработки дизайна современных оптоэлектронных устройств. Результаты исследований могут быть положены в основу разработки перспективных технологий получения органических полупроводниковых материалов с заданными свойствами для создания новых полупроводниковых транзисторов на основе полупроводниковых структур, состоящих из моно-, бис- и трифталоцианинов лантанидов.

Научная обоснованность и достоверность полученных экспериментальных результатов, представленных в диссертационной работе, определяется использованием современной экспериментальной техники и воспроизведением обнаруженных эффектов рядом зарубежных научных коллективов, о чем свидетельствуют ссылки в статьях, обзорах и монографиях на опубликованные автором работы по теме данной диссертации.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Показано, что во фталоцианиновых комплексах диссипация энергии излучения ближнего ИК– диапазона происходит вследствие внутрицентровых переходов в атоме эрбия и за счет переноса заряда в ближайших к центру молекулы фталоцианина атомах углерода.

2. Показано, что коэффициент поглощения для трифталоцианина эрбия на длине волны 1.5 мкм более, чем в 2 раза превышает коэффициент поглощения моно- и бисфталоцианина эрбия.

3. В спектрах комбинационного рассеяния света полупроводниковой структуры на основе бутилзамещенного трифталоцианина эрбия обнаружено присутствие четырех пиков в области больших частотных сдвигов, связанных со слабыми внеплоскостными колебаниями фталоцианиновых колец.

4. Показано, что с увеличением количества органических лигандов в молекулярной структуре фталоцианиновых комплексов величина энергии активации электрической проводимости существенно уменьшается.

5. В спектрах фотолюминесценции неупорядоченных полупроводниковых структур на основе бутилзамещенных фталоцианиновых комплексов обнаружены пики фотолюминесценции на длинах волн 888 нм (1.4 эВ), 760 нм (1.6 эВ) и 708 нм (1.75 эВ), связанные с электронными переходами внутри самих органических комплексов.

6. Установлено, что при изменении распределения зарядовой плотности в макромолекулах наблюдается изменение энергии вибронных состояний и на активационной зависимости сопротивления от температуры появляется второй участок с энергией активации 0.48 эВ.

7. В рамках теории дипольного квазистатического приближения вычислены значения статической диэлектрической проницаемости для полупроводниковых структур на основе моно-, бис- и трифталоцианина эрбия.

Апробация работы: Результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 24-х работах, из которых 6 – статьи в научных журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК РФ (см. список публикаций) и 18 – тезисы докладов в материалах конференций.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях «XII Национальная конференция по росту кристаллов, НКРК-2006», Москва, 2006; «Восьмая всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике», Санкт-Петербург, 2006; 2nd International Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured materials, Alvor, Algarve, Portugal, 2007; International Conference «Functional materials», ICFM, Ukraine, Crimea, Partenit 2007; Межд. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2007», Москва, 2007; VIII Российская конференция по физике полупроводников. «Полупроводники-2007», Екатеринбург, 2007;

Четвертая Российская конференции с международным участием по физике, материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе (Кремний 2007), Москва, 2007; 6th Intern. Conf. On Porous Semiconductors – Science and Technology, Sa Coma-Mallorka, Spain, 2008; XIII Национальная Конференция по Росту Кристаллов, Москва, 2008; 17th International Conference of the Israel Society for Quality, Jerusalem, Israel, 2008; Fifth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines, ICPP-5, Russia, Moscow, 2008;

Десятая Всероссийская Молодежная Конференция по Физике Полупроводников и Наноструктур, Полупроводниковой Опто- и Наноэлектронике, Санкт-Петербург, 2008.

Публикации: По результатам диссертационной работы опубликовано 24 работы (6 статей в научных журналах и 18 публикаций в сборниках тезисов докладов и трудов конференций), список которых приведен в конце автореферата. Отметим, что данный список не включает публикации в трудах отечественных и международных конференций, а также статьи автора, прямо не связанные с темой диссертации.

Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в постановке и обосновании задач исследования полупроводниковых структур на основе фталоцианиновых комплексов эрбия, в подготовке и выборе образцов, в проведении расчетов и выполнении экспериментов по исследованию физико-химических свойств указанных полупроводников, в интерпретации полученных результатов.

Работы проводились в тесном взаимодействии с соавторами, которые не возражают против использования в диссертации совместно полученных результатов.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, семи глав и списка литературы. Объем диссертации составляет 150 страниц машинописного текста, включая 61 рисунок. Список цитированной литературы состоит из 138 наименований.

СОДЕРАЖНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертаций, сформулирована цель работы, отмечены научная новизна, научная и практическая значимость, приведены защищаемые положения и кратко изложено содержание работы по главам.

Первая глава диссертации посвящена краткому литературному обзору, в котором изложены общие представления о свойствах полупроводниковых структур на основе фталоцианиновых комплексах, накопленные к настоящему времени.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»