ТРЕКТІ ТЕМПЛЭЙТТЕРДЕ ОРТОРОМБТЫ ҚАЛАЙЫ НАНОСЫМДАРЫН СИНТЕЗДЕУ
https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-3-121-128
Аңдатпа
Берілген жұмыста даярланған ионды-тректі темплэйттерге SiO2/Si-p электрохимиялық тұндыру әдісімен орторомбты SnO2 наносымдарын (НС) синтездеу жүргізілді. SiO2/Si құрылымындағы тректердің түзілуі ДЦ-60 циклотронында энергиясы 200 МэВ (Ф = 108 см−2) Xe жылдам ауыр иондарымен сәулелену арқылы жүзеге асырылды. Нанокеуекті шаблондарды қалыптастыру үшін фтор қышқылының (HF) 4% сулы ерітіндісі пайдаланылды. Тректік темплэйтке SnO2 электрохимиялық тұндыру (ЭХТ) процесі бөлме температурасында жүргізілді, электродтардағы кернеу 1,75 В болды. ЭХТ процесі кезінде келесі химиялық құрамы бар электролит пайдаланылды: 6 г/л SnCl2 (Sigma-Aldrich) – 25 мл H2O – 2 мл HCl («хт»; 35%; ρ = 1,1740 г/см3). ЭХТ процесінен кейін, үлгілердің беттік морфологиясы Zeiss Crossbeam 540 қос сәулелі сканерлеуші микроскоп көмегімен зерттелді. Қалайы диоксидімен толтырылған нанокеуектері бар наноэтероқұрылымдардың (SnO2/SiO2/Si) фазалық құрамы мен кристаллографиялық құрылымы Rigaku SmartLab көп функционалды рентгендік дифрактометрде рентгендік дифракция (XRD) көмегімен зерттелді. CM2203 спектрофлуориметрін (Solar) қолдану арқылы 320-600 нм аралығындағы оптикалық диапазонда фотолюминесценция спектрлері өлшенді. Синтезделген қалайы диоксиді наносымдарының электрлік сипаттамалары Ametek фирмасының VersaStat 3 потенциостатының көмегімен зерттелді.
Нәтижесінде SnO2 наносымдарының орторомбты кристалдық құрылымы бар SnO2-НС/SiO2/Si наногетероқұрылымы алынды. Толқын ұзындығы 240 нм болатын жарықпен қоздырылған фотолюминесценция төмен қарқындылыққа ие, ол негізінен оттегінің бос орындары мен интерстициалды қалайы немесе зақымдалған байланысы бар қалайы сияқты ақауларға байланысты пайда болады. Вольт-амперлік сипаттаманың зерттеуі бойынша, осындай жолмен алынған SnO2-НС/SiO2/Si наногетероқұрылымында p-n ауысымы бар массивтердің болатының көрсетті.
Авторлар туралы
Д. А. ДжунисбековаҚазақстан
Астана
А. К. Даулетбекова
Қазақстан
Астана
З. К. Баймуханов
Қазақстан
Астана
Г. М. Баубекова
Қазақстан
Астана
А. Д. Акылбекова
Қазақстан
Астана
Әдебиет тізімі
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
Дәйектеу үшін:
Джунисбекова Д.А., Даулетбекова А.К., Баймуханов З.К., Баубекова Г.М., Акылбекова А.Д. ТРЕКТІ ТЕМПЛЭЙТТЕРДЕ ОРТОРОМБТЫ ҚАЛАЙЫ НАНОСЫМДАРЫН СИНТЕЗДЕУ. ҚР ҰЯО жаршысы. 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