SiO2/Si ТРЕКТІК ТЕМПЛЭЙТІНДЕГІ ҚАЛАЙЫ ДИОКСИДІНІҢ НАНОСЫМДАРЫН СИНТЕЗДЕУ ЖӘНЕ ОПТИКАЛЫҚ, ЭЛЕКТРЛІК ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ
https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-2-65-73
Аннотация
Бұл жұмыста SiO2/Si тректік темплэйтіне химиялық тұндыру (ХТ) әдісі арқылы алынған қалайы диоксиді (SnO2) наносымдарының (НС) құрылымдық, оптикалық және электрлік сипаттамаларын зерттеу нәтижелері ұсынылған. SiO2 қабатындағы латентті тректер Ф = 108 см−2 флюенсте энергиясы 200 МэВ Xe жылдам ауыр иондарымен сәулелендіру және фтор қышқылының (HF) 4% сулы ерітіндісінде өңдеу арқылы жасалды. Таңдалған химиялық тұндыру әдісі SiO2 нанокеуектерінде жартылай өткізгіш оксид наносымдарын тұндыру үшін кеңінен қолданылады. ХТ әдісі наноөткізгіштерді тұндыру үшін арнайы жабдықты қажет етпейтіндіктен үнемді болып саналады. Тұндыру үшін металдың координациялық қосылысы мен тотықсыздандырғыш ерітіндісі қолданылады. ХТ процесінен кейін кеуектердің толтырылу деңгейін талдау үшін Zeiss Crossbeam 540 сканерлеуші микроскопының көмегімен үлгілердің беттік морфологиясы зерттелді. SnO2 нанокеуектерімен толтырылған SnO2/SiO2/Si наноқұрылымдарының кристаллографиялық құрылымы рентгендік дифракция әдісі арқылы зерттелді. Рентгендік құрылымдық талдау (XRD) Rigaku SmartLab рентгендік дифрактометрінде жүргізілді. Нәтижесінде SnO2 наносымдарының орторомбты кристалдық құрылымы бар SnO2-НС/SiO2/Si наногетероқұрылымы алынды. Фотолюминесценция (ФЛ) спектрлері CM2203 спектрофлюориметрі (Solar) көмегімен 240 нм толқын ұзындығындағы жарықпен қоздыру арқылы өлшенді. SnO2-НС/SiO2/Si құрылымдарының фотолюминесценция спектрінің гауссқа жіктелуі олардың интенсивтілігінің төмен екенін көрсетті, бұл негізінен оттегінің вакансиялары, түйінаралық қалайы немесе байланыстары бұзылған қалайы сияқты ақаулардың болуына байланысты. VersaStat 3 потенциостатының (Ametek) көмегімен алынған үлгілердің электрлік сипаттамасы зерттелді. Вольт-амперлік сипаттамаларды өлшеу, алынған SnO2-НС/SiO2/Si наногетероқұрылымында p-n ауысымының массивтері бар екенін көрсетті.
Тірек сөздер
Авторлар туралы
Д. А. ДжунисбековаҚазақстан
Астана
А. К. Даулетбекова
Қазақстан
Астана
З. К. Баймуханов
Қазақстан
Астана
А. Д. Акылбекова
Қазақстан
Астана
Г. М. Аралбаева
Қазақстан
Астана
А. Б. Базарбек
Қазақстан
Астана
Ж. Қ. Қойшыбаева
Қазақстан
Астана
Әдебиет тізімі
1. Talapin D.V., Lee J.S., Kovalenko M.V. and Shevchenko E.V. Prospects of colloidal nanocrystals for electronic and optoelectronic applications // Chemical reviews. – 2010. – Vol. 110. – P. 389–458. https://doi.org/10.1021/cr900137k
2. Bhattacharyya D., Singh S., Satnalika N., Khandelwal A. and Jeon S.H. Nanotechnology, big things from a tiny world: a review // International Journal of u-and e-Service, Science and Technology. – 2009. – Vol. 2. – P. 29–38.
3. Lu W., Lieber C.M. Nanoelectronics from the bottom up // Nature materials. – 2007. – Vol. 6. – P. 841–850. https://doi.org/10.1038/nmat2028
4. 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. – Vol. 111. – P. 3736–3827. https://doi.org/10.1021/cr1004452
5. Routkevitch D. et al. Electrochemical fabrication of CdS nanowire arrays in porous anodic aluminum oxide templates // The Journal of Physical Chemistry. – 1996. – Vol. 100. – P. 14037–14047. https://doi.org/10.1021/jp952910m
6. Zhang F., Zhao D. Fabrication of ordered magnetite-doped rare earth fluoride nanotube arrays by nanocrystal self-assembly // Nano Research. – 2009. – Vol. 2. – P. 292–305. https://doi.org/10.1007/s12274-009-9027-6
7. Xu D., Xu Y., Chen D., Guo G., Gui L., Tang Y. Preparation of CdS single‐crystal nanowires by electrochemically induced deposition // Advanced Materials. – 2000. – Vol. 12. – P. 520–522. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(200004)12:7%3C520::AID-ADMA520%3E3.0.CO;2-%23
8. Martin C. R. Nanomaterials: a membrane-based synthetic approach // Science. – 1994. – Vol. 266. – P. 1961–1966. https://doi.org/10.1126/science.266.5193.1961
9. Schuchert I.U., Molares M.T., Dobrev D., Vetter J., Neumann R., Martin M. Electrochemical copper deposition in etched ion track membranes: Experimental results and a qualitative kinetic model // Journal of the Electrochemical Society. – 2003. – Vol. 150. – P. C189. https://doi.org/10.1149/1.1554722
10. Demyanov S. E., Kaniukov E.Yu., Petrov A.V., Belonogov E.K., Streltsov E.A., Ivanov D.K., Ivanova Yu.A., Trautmann C., Terryn H., Petrova M., Ustarroz J., Sivakov V. On the morphology of Si/SiO 2/Ni nanostructures with swift heavy ion tracks in silicon oxide // Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2014. – Vol. 8. – P. 805–813. https://doi.org/10.1134/S1027451014040326
11. SivakovV., Kaniukov E.Yu., Petrov A.V., Korolik O.V., Mazanik A.V., Bochmann A., Teichert S., Hidi I.J., Schleusener A., Cialla D., Toimil-Molares M.E., Trautmann C., Popp J., Demyanov S.E. Silver nanostructures formation in porous Si/SiO2 matrix // Journal of crystal growth. – 2014. – Vol. 400. – P. 21–26. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.04.024
12. Barranco A., Cotrino J., Yubero F., Espinos J.P. and Gonzalez-Elipe A.R. Room temperature synthesis of porous SiO2 thin films by plasma enhanced chemical vapor deposition // Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. – 2004. – Vol. 22. – P. 1275–1284. https://doi.org/10.1116/1.1761072
13. Amato G., Borini S., Rossi A.M., Boarino L. and Rocchia M. Si/SiO2 nanocomposite by CVD infiltration of porous SiO2 // Physica Status Solidi (A). – 2005. – Vol. 202. – P. 1529–1532. https://doi.org/10.1002/pssa.200461172
14. Fink D. et al. Etched ion tracks in silicon oxide and silicon oxynitride as charge injection or extraction channels for novel electronic structures // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2004. – Vol. 218. – P. 355–361. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2003.12.083
15. Fink D., Chandra A., Alegaonkar P., Berdinsky A., Petrov A. and Sinha D. Nanoclusters and nanotubes for swift ion track technology // Radiation Effects & Defects in Solids. – 2007. – Vol. 162. – P. 151–156. https://doi.org/10.1080/10420150601132487
16. Ivanova Y.A., Ivanou D.K., Fedotov A.K., Streltsov E.A., Demyanov S.E., Petrov A.V., Kaniukov E.Y. and Fink D. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n-Si (100) wafers and into nanopores in Si/SiO 2 template // Journal of materials science. – 2007. – Vol. 42. – P. 9163–9169. https://doi.org/10.1007/s10853-007-1926-x
17. Hoppe K., Fahrner W.R., Fink D., Dhamodoran S., Petrov A., Chandra A., Saad A., Faupel F., Chakravadhanula V.S.K. and Zaporotchenko V. An ion track based approach to nano-and micro-electronics // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2008. – Vol. 266. – P. 1642–1646. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2007.12.069
18. Musket R.G., Yoshiyama J.M., Contolini R.J. and Porter J. D. Vapor etching of ion tracks in fused silica // Journal of applied physics. – 2002. – Vol. 91. – P. 5760–5764. https://doi.org/10.1063/1.1467402
19. Milanez S.C., Varisco P., Moehlecke A., Fichtner P.P., Papaléo R.M and Eriksson J. Processing of nano-holes and pores on SiO2 thin films by MeV heavy ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2003. – Vol. 206. – P. 486–489.
20. Klaumünzer S. Ion tracks in quartz and vitreous silica // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2004. – Vol. 225. – P. 136–153. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2004.05.014
21. Razpet A., Johansson A., Possnert G., Skupiński M., Hjort K. and Hallén A. Fabrication of high-density ordered nanoarrays in silicon dioxide by MeV ion track lithography // Journal of applied physics. – 2005. – Vol. 97. https://doi.org/10.1063/1.1850617
22. Jensen J., Razpet A., Skupiński M. and Possnert G.Ion track formation below 1 MeV/u in thin films of amorphous SiO2 // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2006. – Vol. 243. – P. 119–126. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2005.07.226
23. Kluth P., Schnohr C.S., Pakarinen O.H., Djurabekova F., Sprouster D.J., Giulian R., …Toulemonde M. Fine structure in swift heavy ion tracks in amorphous SiO2 // Physical review letters. – 2008. – Vol. 101. – P. 175503. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.175503
24. Dallanora A., Marcondes T.L., Bermudes G.G., Fichtner P.F.P., Trautmann C., Toulemonde M., and Papaleo R.M. Nanoporous SiO2/Si thin layers produced by ion track etching: Dependence on the ion energy and criterion for etchability // Journal of Applied Physics. – 2008. – Vol. 104. https://doi.org/10.1063/1.2957052
25. Kaniukov E.Y., Demyanov S.E. Characteristic features of electric charge transfer processes in Si/SiO2/Ni nanostructures in strong magnetic fields // Mater. Sci. – 2010. – Vol. 6. – P. 53–58.
26. Vlasukova L.A., Komarov F.F., Yuvchenko V.N., Wesch W., Wendler E., Didyk A.Y., Skuratov V.A. and Kislitsin S.B. Threshold and criterion for ion track etching in SiO2 layers grown on Si // Vacuum. – 2014. – Vol. 105. – P. 107–110. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2014.01.005
27. Benyagoub A., Toulemonde M. Ion tracks in amorphous silica // Journal of Materials Research. – 2015. – Vol. 30. – P. 1529–1543. https://doi.org/10.1557/jmr.2015.75
28. Kaniukov E., Bundyukova V., Kutuzau M., Yakimchuk D. Peculiarities of Formation and Characterization of SiO 2/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
29. Vaseashta A., Dimova-Malinovska D. Nanostructured and nanoscale devices, sensors and detectors // Science and Technology of Advanced Materials. – 2005. – Vol. 6. – P. 312–318. https://doi.org/10.1016/j.stam.2005.02.018
30. 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. – Vol. 86. – P. 58–62. https://doi.org/10.1016/S0925-4005(02)00147-8
31. 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. – Vol. 267. – P. 145–149. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.03.030
32. Ying Z., Wan Q., Song Z.T., Feng S.L. Controlled synthesis of branched SnO2 nanowhiskers // Materials Letters. – 2005. – Vol. 59. – P. 1670–1672. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.01.044
33. Fan Y., Liu J., Lu H., Huang P., Xu D. Hierarchical structure SnO2 supported Pt nanoparticles as enhanced electrocatalyst for methanol oxidation // Electrochimica acta. – 2012. – Vol. 76. – P. 475–479. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.05.067
34. Zhang H., Tan Z., Xu P., Oh K., Wu R., Shi W., Jiao Z., Preparation of SnO2 nanowires by solvent-free method using mesoporous silica template and their gas sensitive properties // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2011. – Vol. 11. – P. 11114–11118. https://doi.org/10.1166/jnn.2011.3978
35. Zhang H., He Q., Zhu X., Pan D., Deng X., Jiao Z. Surfactant-free solution phase synthesis of monodispersed SnO2 hierarchical nanostructures and gas sensing properties // CrystEngComm. – 2012. – Vol. 14. – P. 3169–3176. https://doi.org/10.1039/C2CE06558D
36. Yu L., Zhang L., Song H., Jiang X., Lv Y. Hierarchical SnO2 architectures: controllable growth on graphene by atmospheric pressure chemical vapour deposition and application in cataluminescence gas sensor // CrystEngComm. – 2014. – Vol. 16. – P. 3331–3340. https://doi.org/10.1039/C3CE42538J
37. Huang H., Tan O.K., Lee Y., Tran T., Tse M. Semiconductor gas sensor based on tin oxide nanorods prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition with postplasma treatment // Applied Physics Letters. – 2005. – Vol. 87. https://doi.org/10.1063/1.2106006
38. Pan J., Huhne S.M., Shen H., Xiao L., Born P., Mader W., Mathur S. SnO2–TiO2 core–shell nanowire structures: investigations on solid state reactivity and photocatalytic behavior // The Journal of Physical Chemistry C. – 2011. – Vol. 115. – P. 17265–17269. https://doi.org/10.1021/jp201901b
39. S. Giniyatova, A. Dauletbekova, Z. Baimukhanov, L. Vlasukova, A. Akilbekov, et al. Structure, electrical properties and luminescence of ZnO nanocrystals deposited in SiO2/Si track templates // Radiation measurements. – 2019. – Vol. 125. – P. 52–56. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2019.04.001
40. A.K. Dauletbekova, A.Ye. Alzhanova, A.T. Akilbekov, et al. Synthesis of Si/SiO2/ZnO nanoporous materials using chemical and electrochemical deposition techniques // AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC. – 2016. – Vol. 1767. – P. 020005. https://doi.org/10.1063/1.4962589
41. 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. – Vol. 12. – P. 817. https://doi.org/10.3390/cryst12060817
42. M. Toulemonde, A. Meftah, F. Brisard, J.M. Costantini, E. Dooryhee, M. Hage-Ali, M. Hervieu, J.P. Stoquert, F. Studer. Track formation in SiO2 quartz and the thermal-spike mechanism // Physical Review B. – 1994. – Vol. 49. – P. 12457. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.12457
43. F.F. Komarov F.F., L.A. Vlasukova, P.V. Kuchinskyi, A.Yu. Didyk, V.A. Skuratov, N.A. Voronova. Etched track morphology in SiO2 irradiated with swift heavy ions // Lithuanian Journal of Physics. – 2009. – Vol. 49. – P. 111–115. https://doi.org/10.3952/lithjphys.49113
44. L.Vlasukova, F. Komarov, V. Yuvchenko, L. Baran, O. Milchanin, A Dauletbekova, A. Alzhanova, A. Akilbekov. Etching of latent tracks in amorphous SiO2 and Si3N4: Simulation and experiment // Vacuum. – 2016. – Vol. 129. – P. 137–141. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2015.12.023
45. Haines J., Léger J. M. X-ray diffraction study of the phase transitions and structural evolution of tin dioxide at high pressure: ffRelationships between structure types and implications for other rutile-type dioxides // Physical Review B. – 1997. – Vol. 55. – P. 11144. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.11144
46. Shieh S.R., Kubo A., Duffy T.S., Prakapenka V.B., Shen, G. High-pressure phases in SnO2 to 117 GPa // Physical Review B. – 2006. – Vol. 73. – P. 014105. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.014105
47. Gracia L., Beltran A., Andres J. Characterization of the High-Pressure Structures and Phase Transformations in SnO2 // A density functional theory study. The Journal of Physical Chemistry B. – 2007. – Vol. 111. – P. 6479–6485. https://doi.org/10.1021/jp067443v
48. Bing W., Ping X. Growth mechanism and photoluminescence of the SnO2 nanotwists on thin film and the SnO2 short nanowires on nanorods // Chinese Physics B. – 2009. – Vol. 18. – P. 324. https://doi.org/10.1088/1674-1056/18/1/053
49. E.J.H. Lee, C. Ribeiro, T.R. Giraldi, E. Longo, E.R. Leite and J.A. Varela. Photoluminescence in quantum-confined SnO 2 nanocrystals: evidence of free exciton decay // Applied Physics Letters. – 2004. – Vol. 84. – P. 1745–1747. https://doi.org/10.1063/1.1655693
50. Munnix S., Schmeits M. Electronic structure of tin dioxide surfaces // Physical Review B. – 1983. – Vol. 27. – P. 7624. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.27.7624
51. Chiodini N., Paleari A., DiMartino D., Spinolo G. SnO2 nanocrystals in SiO2: A wide-band-gap quantum-dot system // Applied Physics Letters. – 2002. – Vol. 81. – P. 1702–1704. https://doi.org/10.1063/1.1503154
52. 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. – Vol. 79. – P. 7983–7990. https://doi.org/10.1063/1.362349
53. 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. – Vol. 104. – P. 064701. https://doi.org/10.1063/1.2980326
54. 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. – Vol. 113, – P. 439–448. https://doi.org/10.1021/jp807753t
55. 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
56. Rani S., Roy S., Karar N., Bhatnagar M. Structure, microstructure and photoluminescence properties of Fe doped SnO2 thin films // Solid state communications. – 2007. – Vol. 141. – P. 214–218. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2006.10.036
57. 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. – Vol. 79. – P. 7983–7990. https://doi.org/10.1063/1.362349
58. 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. – Vol. 6. – P. 095321. https://doi.org/10.1063/1.4964313
59. Duan J., Gong J., Huang H., Zhao X., Cheng G., Yu Z., Yang, S. Multiform structures of SnO2 nanobelts // Nanotechnology. – 2007. – Vol. 18. – P. 055607. https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/5/055607
60. 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. – Vol. 114. – P. 7541–7547. https://doi.org/10.1021/jp9065604
61. 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. – Vol. 13. – P. 493–496. https://doi.org/10.1002/adfm.200304327
62. Cheng B., Russell J.M., Shi, Zhang L., E.T. Samulski. Large-scale, solution-phase growth of single-crystalline SnO2 nanorods // Journal of the American Chemical Society. – 2004. – Vol. 126. – P. 5972–5973. https://doi.org/10.1021/ja0493244
Рецензия
Дәйектеу үшін:
Джунисбекова Д.А., Даулетбекова А.К., Баймуханов З.К., Акылбекова А.Д., Аралбаева Г.М., Базарбек А.Б., Қойшыбаева Ж.Қ. SiO2/Si ТРЕКТІК ТЕМПЛЭЙТІНДЕГІ ҚАЛАЙЫ ДИОКСИДІНІҢ НАНОСЫМДАРЫН СИНТЕЗДЕУ ЖӘНЕ ОПТИКАЛЫҚ, ЭЛЕКТРЛІК ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ. ҚР ҰЯО жаршысы. 2024;(2):65-73. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-2-65-73
For citation:
Junisbekova D.A., Dauletbekova A.K., Baimukhanov Z.K., Akylbekova A.D., Aralbayeva G.M., Bazarbek A.B., Koishybayeva Zh.K. SYNTHESIS AND STUDY OF OPTICAL, ELECTRICAL PROPERTIES OF TIN DIOXIDE NANOWIRES IN A SiO2/Si TRACK TEMPLATE. NNC RK Bulletin. 2024;(2):65-73. (In Kazakh) https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-2-65-73