СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК ОРТОРОМБИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ОЛОВА В ТРЕКОВЫХ ТЕМПЛЭЙТАХ
Аннотация
В данной работе проведен синтез орторомбических нанопроволок (НП) SnO2 методом электрохимического осаждения в подготовленный ионно-трековый темплэйт SiO2/Si-p. Трекообразования в структуре SiO2/Si создавались путем облучения на циклотроне ДЦ-60 быстрыми тяжелыми ионами Xe с энергией 200 МэВ (Ф = 108 см−2). Для формирования нанопористых шаблонов использовали 4% водный раствор фтористоводородной кислоты (HF). Электрохимическое осаждение (ЭХО) SnO2 в трековый темплэйт осуществляли при комнатной температуре, напряжение на электродах составляла 1,75 В. При процессе ЭХО, был использован электролит со следующим химическим составом: 6 г/л SnCl2 (Sigma-Aldrich) – 25 мл H2O – 2 мл HCl («хч»; 35%; ρ = 1,1740 г/см3). Морфология поверхности образцов, после процесса ЭХО, исследовались на двухлучевом сканирующем микроскопе Zeiss Crossbeam 540. Фазовый состав, кристаллографическая структура наногетероструктур (SnO2/SiO2/Si) с заполнением нанопор диоксидом олова исследовали с помощью рентгеновской дифракции (XRD) на многофункциональном рентгеновском дифрактометре Rigaku SmartLab. Фотолюминесценция измерялась в оптическом диапазоне 320–600 нм с использованием спектрофлуориметра СМ2203 (Solar). Исследование электрических характеристик синтезированных нанопроволок диоксида олова проводилось с использованием патенциостата VersaStat 3 фирмы Ametek.
В результате была получена наногетероструктура SnO2-НП/SiO2/Si с орторомбической кристаллической структурой нанопроволок SnO2. Фотолюминесценция, возбуждаемая светом с длиной волны 240 нм, имеет низкую интенсивность, возникающую в основном за счет таких дефектов, как кислородные вакансии и междоузельное олово или олово поврежденными связями. Измерение ВАХ показало, что полученная таким образом наногетероструктура SnO2-НП/SiO2/Si содержит массивы p-n переходов.
Об авторах
Д. А. ДжунисбековаКазахстан
Диана Алтаевна Джунисбекова – докторант.
Астана
А. К. Даулетбекова
Казахстан
Алма Кабдиновна Даулетбекова - кандидат физико-математических наук, профессор.
Астана
З. К. Баймуханов
Казахстан
Зейн Кайрбекович Баймуханов - кандидат физико-математических наук, доцент.
Астана
Г. М. Баубекова
Казахстан
Гулдар Мусалиевна Баубекова - PhD доктор, и.о. доцента.
Астана
А. Д. Акылбекова
Казахстан
Айман Дуйсембаевна Акылбекова - PhD доктор, старший преподаватель.
Астана
Список литературы
1. Lorenz M., Ramachandra Rao M.S., Venkatesan T., Fortunato E., Barquinha P., Branquinho R. Topical Review: The oxide electronic materials and oxide interfaces roadmap // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2016. – V. 49. – P. 433001. https://doi.org/10.1088/00223727/49/43/433001
2. Varghese B., Hoong T.C., Yanwu Z., Reddy M.V., Chowdari B.V.R., Wee A.T.S., Vincent T. B.C., Lim C.T., Sow C.H. Co3O4 nanostructures with different morphologies and their field-emission properties // Advanced Function Materials. – 2007. – V. 17. – P. 1932–1939. https://doi.org/10.1002/adfm.200700038
3. Fang X.S., Yan J., Hu L.F., Liu H., Lee P.S. Thin SnO2 nanowires with uniform diameter as excellent field emitters: a stability of more than 2400 minutes // Advanced Function Materials. – 2012. – V. 22. – P. 1613–1622. https://doi.org/10.1002/adfm.201102196
4. Bie Y.Q., Liao Z.M., Zhang H.Z., Li G.R., Ye Y., Zhou Y.B., Xu J., Qin Z.X., Dai L., Yu D.P. Self-powered, ultrafast, visible-blind UV detection and optical logical operation based on ZnO/GaN nanoscale p-n junctions // Advanced Function Materials. – 2011. – V. 23. – P. 649– 653. https://doi.org/10.1002/adma.201003156
5. Rigutti L., Tchernycheva M., Bugallo A.D., Jacopin G., Julien F.H., Zagonel L.F., March K., Stephan O., Kociak M., Songmuang R. Ultraviolet photodetector based on GaN/AlN quantum discs in a single nanowire // Nano Letters. – 2010. – V. 10. – P. 2939–2943. https://doi.org/10.1021/nl1010977
6. Tang J.S., Wang C.Y., Xiu F.X., Lang M.R., Chu L.W., Tsai C.J., Chueh Y.L., Chen L.J., Wang K.L. Oxide-confined formation of germanium nanowire heterostructures for high-performance transistors // American Chemical Society Nano. – 2011. – V. 5. – P. 6008–6015. https://doi.org/10.1021/nn2017777
7. Kulmala T.S., Colli A., Fasoli A., Lombardo A., Haque S., Ferrari A.C. Self-Aligned coupled nanowire // American Chemical Society Nano. – 2011. – V. 5 – P. 6910–6915. https://doi.org/10.1021/nn201203s
8. Vaseashta A., Dimova-Malinovska D. Nanostructured and nanoscale devices, sensors and detectors // Science and Technology of Advanced Materials. – 2005. – V. 6. – P. 312–318. https://doi.org/10.1016/j.stam.2005.02.018
9. Chou J.C., Wang Y.F. Preparation and study on the drift and hysteresis properties of the tin oxide gate ISFET by the sol-gel method // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2002. – V. 86. – P. 58–62. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(02)00147-8
10. Lee J.S., Sim S.K., Min B., Cho K., Kim S.W., Kim S. Structural and optoelectronic properties of SnO2 nanowires synthesized from ball-milled SnO2 powders // Journal of Crystal Growth. – 2004. – V. 267. – P. 145– 149. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.03.030
11. Ying Z., Wan Q., Song Z.T., Feng S.L. Controlled synthesis of branched SnO2 nanowhiskers // Materials Letters. – 2005. – V. 59. – P. 1670–1672. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.01.044
12. Fan Y., Liu J., Lu H. Hierarchical structure SnO2 supported Pt nanoparticles as enhanced electrocatalyst for methanol oxidation // Electrochimica acta. – 2012. – V. 76. – P. 475–479. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.05.067
13. Heiss M., Fontana Y., Gustafsson A., Wust G., Magen C., O’Regan D., Luo J., Ketterer B., Conesa-Boj S., Kuhlmann A., et al. Self-assembled quantum dots in a nanowire system for quantum photonics // Nature materials. – 2013. – V. 12. – P. 439–444. https://doi.org/10.1038/nmat3557
14. Jones M.R., Osberg K.D., MacFarlane R.J., Langille M.R. and Mirkin C.A. Templated techniques for the synthesis and assembly of plasmonic nanostructures // Chemical reviews. – 2011. – V. 111. – P. 3736–3827. https://doi.org/10.1021/cr1004452
15. Routkevitch D., Bigioni T., Moskovits M. and Xu J.M. Electrochemical fabrication of CdS nanowire arrays in porous anodic aluminum oxide templates //The Journal of Physical Chemistry. – 1996. – V. 100. – P. 14037–14047. https://doi.org/10.1021/jp952910m
16. Zhang F., Zhao D. Fabrication of ordered magnetite-doped rare earth fluoride nanotube arrays by nanocrystal selfassembly // Nano Research. – 2009. – V. 2. – P. 292–305. https://doi.org/10.1007/s12274-009-9027-6
17. Kaniukov E., Bundyukova V., Kutuzau M. and Yakimchuk A. Preculiarities of Formation and Characterization of SiO2/Si Ion-Track Template // Fundamental and Applied Nano-Electromagnetics II: THz Circuits, Materials, Devices. – Springer Netherlands, 2019. – P. 41–57. https://doi.org/10.1007/978-94-024-1687-9_3
18. Dallanora A. et al. Nanoporous SiO2/Si thin layers produced by ion track etching: Dependence on the ion energy and criterion for etchability // Journal of Applied Physics. – 2008. – V. 104. – P. 024307. https://doi.org/10.1063/1.2957052
19. Giniyatova S., Dauletbekova A., Baimukhanov Z., Vlasukova L., Akilbekov A., et al. Structure, electrical properties and lum. of ZnO NCs deposited in SiO2/Si track templates // Radiation Measurements. – 2019. – V. 125. – P. 52–56. http://doi.org/10.1016/j.radmeas.2019.04.001
20. Dauletbekova A.K., Alzhanova A.Ye., Akilbekov A.T., et al. Synthesis of Si/SiO2/ZnO nanoporous materials using chemical and electrochemical deposition techniques // AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing LLC, 2016. – V. 1767. – P. 020005. https://doi.org/10.1063/1.4962589
21. Suito K., Kawai N., Masuda Y. High pressure synthesis of orthorhombic SnO2 // Materials Research Bulletin. – 1975. – V. 10. – P. 677–680. https://doi.org/10.1016/00255408(75)90050-1
22. Mueller E. RHEED-Untersuchungen einer grenzschichtstruktur von SnO2 auf quarz // Acta Crystallographica Section B: Structural Science. – 1984. – V. 40. – P. 359– 363. https://doi.org/10.1107/S0108768184002305
23. Sangaletti L., Depero L.E., Dieguez A., Marca G., Morante J.R., Romano-Rodriguez A., Sberveglieri G. Microstructure and morphology of tin dioxide multilayer thin film gas sensors // Sensors and Actuators B: Chemical. – 1997. – V. 44. – P. 268–274. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(97)00218-9
24. Sberveglieri G., Faglia G., Groppelli S., Nelli P., Taroni A. A novel PVD technique for the preparation of SnO2 thin films as C2H5OH sensors // Sensors and Actuators B: Chemical. – 1992. – V. 7. – P. 721–726. https://doi.org/10.1016/0925-4005(92)80392-B
25. Dai Z.R., Gole J.L., Stout J.D., Wang Z.L. Tin oxide nanowires, nanoribbons, and nanotubes // The Journal of Physical Chemistry B. – 2002. – V. 106. – P. 1274–1279. https://doi.org/10.1021/jp013214r
26. Dai Z. R., Pan Z. W., Wang Z. L. Novel nanostructures of functional oxides synthesized by thermal evaporation // Advanced Functional Materials. – 2003. – V. 13. – P. 9– 24. https://doi.org/10.1002/adfm.200390013
27. Ihn S.G., Song J.I., Kim T.W., Leem D.S., Lee T., Lee S.G., Koh E.K., Song K. Morphology- and orientation-controlled gallium arsenide nanowires on silicon substrates // Nano letters. – 2007. – V. 7. – P. 39–44. https://doi.org/10.1021/nl0618795
28. Arbiol J., Kalache B., Roca i Cabarrocas P., Morante J.R., Fontcuberta i Morral A. Influence of Cu as a catalyst on the properties of silicon nanowires synthesized by the vapour–solid–solid mechanism // Nanotechnology. – 2007. – V. 18. – P. 305606. http://doi.org/10.1088/09574484/18/30/305606
29. Dauletbekova A., Vlasukova L., Baimukhanov Z., Akilbekov A., Kozlovskiy A., Giniyatova S., Seitbayev A., Usseinov A., Akylbekova A. Synthesis of ZnO Nanocrystals in SiO2/Si Track Template: Effect of Electrodeposition Parameters on Structure // Physica Status Solidi B. – 2019. – V. 256. – P. 1800408. https://doi.org/10.1002/pssb.201800408
30. Arbiol J., Comini E., Faglia G., Sberveglieri G., Morante J.R. Orthorhombic Pbcn SnO2 nanowires for gas sensing applications // Journal of Crystal Growth. – 2008. – V. 310. – P. 253–260. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2007.10.024
31. Gu F., Wang S.F., Lu M.K., Zhou G.J., Xu D., Yuan D.R. Photoluminescence properties of SnO2 nanoparticles synthesized by sol−gel method // The Journal of Physical Chemistry B. – 2004. – V. 108. – P. 8119–8123. https://doi.org/10.1021/jp036741e
32. Chowdhury P.S., Saha S., Patra A. Influence of nanoenvironment on luminescence of Eu3+ activated SnO2 nanocrystals // Solid State Communications. – 2004. – V. 131. – P. 785–788. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2004.06.040
33. Faglia G., Baratto C., Sberveglieri G., Zha M., Zappettini A. Adsorption effects of NO2 at ppm level on visible photoluminescence response of SnO2 nanobelts // Applied Physics Letters. – 2005. – V. 86. – P. 011923. https://doi.org/10.1063/1.1849832
34. Maestre D., Cremades A., Piqueras J. Growth and luminescence properties of micro- and nanotubes in sintered tin oxide // Journal of Applied Physics. – 2005. – V. 97. – P. 044316. https://doi.org/10.1063/1.1851602
35. Gu F., Wang S.F., Song C.F., Lu M.K., Qi Y.X., Zhou G.J., Xu D., Yuan D.R. Synthesis and luminescence properties of SnO2 nanoparticles // Chemical Physics Letters. – 2003. – V. 372. – P. 451–454. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(03)00440-8
36. Munnix S., Schmeits M. Electronic structure of tin dioxide surfaces // Physical Review B. – 1983. – V. 27. – P. 7624. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.27.7624
37. Chiodini N., Paleari A., DiMartino D., Spinolo G. SnO2 nanocrystals in SiO2: A wide-band-gap quantum-dot system // Applied Physics Letters. – 2002. – V. 81. – P. 1702–1704. https://doi.org/10.1063/1.1503154
38. Vanheusden K., Warren W.L., Seager C.H., Tallant D.R., Voigt J.A., Gnade B.E. Mechanisms behind green photoluminescence in ZnO phosphor powders // Journal of Applied Physics. – 1996. – V. 79. – P. 7983–7990. https://doi.org/10.1063/1.362349
39. Liu Y., Yang Q., Xu C. Single-narrow-band red upconversion fluorescence of ZnO nanocrystals codoped with Er and Yb and its achieving mechanism // Journal of Applied Physics. – 2008. – V. 104. – P. 064701. https://doi.org/10.1063/1.2980326
40. Godinho K.G., Walsh A., Watson G.W. Energetic and electronic structure analysis of intrinsic defects in SnO2 // The Journal of Physical Chemistry C. – 2009. – V. 113. – P. 439–448. https://doi.org/10.1021/jp807753t
41. Zhang W.F. Zhang M.S., Yin Z., Chen Q. Photoluminescence in anatase titanium dioxide nanocrystals // Applied Physics B. – 2000. – V. 70. – P. 261–265. https://doi.org/10.1007/s003400050043
42. Bhatnagar M., Kaushik V., Kaushal A., Singh M., Mehta B. Structural and photoluminescence properties of tin oxide and tin oxide: C core–shell and alloy nanoparticles synthesised using gas phase technique // AIP Advances. – 2016. – V. 6. – №. 9. – P. 095321. https://doi.org/10.1063/1.4964313
43. Rani S., Roy S., Karar N., Bhatnagar M. Structure, microstructure and photoluminescence properties of Fe doped SnO2 thin films // Solid state communications. – 2007. – V. 141. – P. 214–218. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2006.10.036
44. Vanheusden K., Warren W.L., Seager C.H., Tallant D.R., Voigt J.A., Gnade B.E. Mechanisms behind green photoluminescence in ZnO phosphor powders // Journal of Applied Physics. – 1996. – V. 79. – P. 7983–7990. https://doi.org/10.1063/1.362349
45. Her Y.C., Wu J.Y., Lin Y.R. Tsai S.Y. Low-temperature growth and blue luminescence of SnO2 nanoblades // Applied physics letters. – 2006. – V. 89. – P. 043115. https://doi.org/10.1063/1.2235925
46. Hu J.Q., Bando Y., Golberg D. Self-catalyst growth and optical properties of novel SnO2 fishbone-like nanoribbons // Chemical Physics Letters. – 2003. – V. 372. – P. 758–762. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(03)00503-7
47. Cai D., Su Y., Chen Y., Jiang J., He Z., Chen L. Synthesis and photoluminescence properties of novel SnO2 asterisklike nanostructures // Materials Letters. – 2005. – V. 59. – P. 1984-1988. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.01.045
48. Sinha S.K., Bhattacharya R., Ray S.K., Manna I. Influence of deposition temperature on structure and morphology of nanostructured SnO2 films synthesized by pulsed laser deposition // Materials letters. – 2011. – V. 65. – P. 146– 149. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2010.09.076
49. Duan J., Gong J., Huang H., Zhao X., Cheng G., Yu Z., Yang S. Multiform structures of SnO2 nanobelts // Nanotechnology. – 2007. – V. 18. – P. 055607. https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/5/055607
50. Zhang L., Ge S., Zuo Y., Zhang B., Xi L. Influence of oxygen flow rate on the morphology and magnetism of SnO2 nanostructures // The Journal of Physical Chemistry C. – 2010. – V. 114. – P. 7541–7547. https://doi.org/10.1021/jp9065604
51. Hu J.Q., Bando Y., Liu Q.L., Golberg D. Laser‐ablation growth and optical properties of wide and long single‐crystal SnO2 ribbons // Advanced Functional Materials. – 2003. – V. 13. – P. 493–496. https://doi.org/10.1002/adfm.200304327
52. He J.H., Wu T.H., Hsin C.L., Li K.M., Chen L.J., Chueh Y.L., Chou L.J., Wang Z.L. Beaklike SnO2 nanorods with strong photoluminescent and field‐emission properties // Small. – 2006. – V. 2. – P. 116–120. https://doi.org/10.1002/smll.200500210
53. Dauletbekova A., Akylbekova A., Sarsekhan G., Usseinov A., Baimukhanov Z., Kozlovskyi A., Vlasukova L., Komarov F., Popov A. and Akilbekov A. Ion-Track Template Synthesis and Characterization of ZnSeO3 Nanocrystals // Crystals. – 2022. – V. 12. – P. 817. https://doi.org/10.3390/cryst12060817
Рецензия
Для цитирования:
Джунисбекова Д.А., Даулетбекова А.К., Баймуханов З.К., Баубекова Г.М., Акылбекова А.Д. СИНТЕЗ НАНОПРОВОЛОК ОРТОРОМБИЧЕСКОГО ДИОКСИДА ОЛОВА В ТРЕКОВЫХ ТЕМПЛЭЙТАХ. Вестник НЯЦ РК. 2023;(3):121-128. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-3-121-128
For citation:
Junisbekova D.A., Dauletbekova A.K., Baimukhanov Z.K., Baubekova G.M., Akylbekova A.D. SYNTHESIS OF ORTHORHOMBIC TIN DIOXIDE NANOWIRES IN TRACK TEMPLATES. NNC RK Bulletin. 2023;(3):121-128. (In Russ.) https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-3-121-128