Содержание к диссертации
*
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1.1. Структура линейно-цепочечного углерода 7
1.2. Солитоны в полиацетилене 22
ГЛАВА 2. Методика выращивания пленок линейно-цепочечного углерода
(экспериментальная часть) 32
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение
3.1. Исследование электропроводности поперек цепочек 35
3.2. Инжекционные и полевые свойства 47
3.3. Эмиссионные свойства 67
3.4. Частотные зависимости тока инжекции 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
ВЫВОДЫ 87
БЛАГОДАРНОСТИ 88
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 89
Введение к работе
Актуальность темы. Существует множество аллотропных модификаций углерода, однако объяснение этого феномена отсутствует. Карбин или линейно-цепочечный углерод является наиболее интригующей и наименее исследованной аллотропной sp1-гибридизованной формой углерода [1-7]. Карбин обладает уникальным строением, благодаря чему, можно ожидать сверхпроводимость [8], фотопроводимость [9] или даже ферромагнетизм [10]. Однако исследования карбина затруднены из-за того, что существует большое количество политипов, в которых изменяется длина линейного фрагмента и отсутствует кристалл макроскопического размера. Появление методики роста плёнок ориентированного карбина из углеродной плазмы с использованием стимуляции поверхности роста ионами инертного газа усилило интерес к карбину [1, 11-13]. Эти пленки (как минимум до толщины 1000 А) представляют собой двумерно-упорядоченный (гексагонально) набор параллельных линейных углеродных цепочек, нормально ориентированных к поверхности подложки, и могут быть представлены как квази-одномерная среда [13]. В таких пленках представляется возможным провести исследование механизмов межцепочечного взаимодействия, удерживающих цепочки длиной до нескольких тысяч атомов от переплетения, что актуально для понимания принципов самоорганизации низко-размерных углеродных систем.
Не исследованы свойства зарядо-топологических солитонов, с которыми связана термодинамическая стабильность цепочек карбина [2]. До настоящего момента, экспериментальное исследование свойств солитонов проводилось в основном с использованием сопряженных полимеров. Наиболее информативными и практически значимыми являются исследования зарядово-транспортных свойств солитонов. Однако, механизм межсолитонного перескока электронов до конца не прояснен, несмотря на множество теоретических и экспериментальных работ, из-за беспорядочного
переплетения цепочек в сопряженных полимерах. Карбин, выращиваемый методом [11-13], представляет собой высокоупорядоченную среду, в которой может быть осуществлен чисто межсолитонный механизм проводимости.
Цель работы. Целью работы являлось исследование механизмов, обуславливающих определенные электрофизические свойства пленок ориентированного карбина. В связи с этим ставились следующие задачи:
Создание микроструктуры контактов, позволяющей измерять свойства проводимости поперек цепочек карбина.
Исследование свойств проводимости поперек цепочек.
Исследование инжекционных и эмиссионных свойств карбина и определяющих их механизмов. Выяснение роли межцепочечного перескока электронов.
Разработка зонной и структурной моделей пленок ориентированного карбина.
Научная новизна:
Впервые предложена модель солитонной кристаллической решетки, объясняющая проблемы стабилизации углеродных цепочек.
Проведенные эксперименты позволяют сделать вывод о том, что обнаружен новый эффективный механизм инжекции носителей в диэлектрические пленки толщиной до 0.6 мкм как минимум, основанный на «встроенном» в пленки карбина поле, загибающем зоны диэлектрика к уровню Ферми источника инжектируемых носителей.
С использованием плоского инжектирующего контакта простой конструкции, в пленках Si02 впервые получен объемный ток плотностью до 0.4 А/см2, при напряженности приложенного поля порядка 10 В/см. Впервые из такой конструкции также получена холодная эмиссия электронов в вакуум.
Рассчитанная с использованием полученных экспериментальных данных, в рамках модели термоэлектронной эмиссии, работа выхода карбина имеет наименьшее значение среди всех углеродных материалов: 0.4 эВ.
Результаты экспериментов позволяют сделать вывод об
обнаружении нового универсального механизма уменьшения контактных
барьеров на границе с карбином, основанного на «встроенном» в карбин
поле, не зависящем от зонных параметров материала подложки. Предложена
зонная модель этого механизма.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для разработки светоизлучающих приборов нового поколения, а так же для создания принципиально новой элементной базы для микроэлектроники. Разработанные модели открывают новые перспективы создания кристаллов карбина макроскопических размеров, поскольку из них ясен механизм аморфизации пленок карбина с ростом толщины.
Личный вклад. Все приведенные результаты получены автором лично или с его непосредственным участием.
Защищаемые положения. На защиту выносятся:
Электрические свойства карбина: проводимость вдоль и поперек
цепочек.
Контактные явления в пленках карбина: на границе с диэлектриком и
на границе с вакуумом.
Структура, позволяющая получить объемный ток в пленках
диэлектрика, а также холодную эмиссию электронов в вакуум.
Зонная модель механизма уменьшения контактных барьеров на
границе с карбином.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинарах в следующих институтах: Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова, Институт Проблем Технологии Микроэлектроники РАН (Черноголовка), Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН.
Публикации: [1] Ю.Е. Праздников, А.Д. Божко, М.Б. Гусева, и Н.Д. Новиков, Вестник МГУ, 5, 37 (2004).
[2] Yu. E. Prazdnikov, A. D. Bozhko, and N. D. Novikov, Journal of Russian Laser Research, 26 (1) (2005), 55.
[3] Ю.Е. Праздников, А.Д. Божко, Н.Д. Новиков, Краткие сообщения по физике, 4 (2005), 3.
[4] Yu. Е. Prazdnikov, L. S. Lepnev, A. D. Bozhko, N. D. Novikov, Journal of Russian Laser Research, 26 (3), 245.
[5] Ю.Е. Праздников, JI.C. Лепнев, А.Д. Божко, Н.Д. Новиков, Краткие сообщения по физике, 9 (2005), 25.
[6] Доклад на 37-м общемосковском коллоквиуме по физическим и физико-химическим свойствам карбина и других форм углерода («Сладковские чтения»). Апрель 2006.
