Заячук Д.М. Нанотехнології і наноструктури

Львів: Вид-во “Львівська політехніка”, 2009. — 584 с. — ISBN 978-966-553-773-1Викладено основи сучасних технологій вирощування тонких плівок, квантово-розмірних шарів, квантових ниток, квантових точок, фулеренів і вуглецевих нанотрубок, принципи епітаксії і основні режими гетероепітаксійного росту, можливості використання процесів самоорганізації для формування систем квантових ниток і квантових точок. Розглянуто основні фізичні властивості дво-, одно- і нульвимірних квантових напівпровідникових і вуглецевих структур, питання розмірного квантування і умови спостереження квантово-розмірних явищ, особливості функції густини станів у системах різної вимірності, кінетичні та оптичні характеристики низькорозмірних систем, фізичні явища, які спричиняє зниження вимірності системи — квантовий ефект Холла, квантування провідності балістичних 2D-контактів і вуглецевих нанотрубок, кулонівську блокаду й одноелектронні процеси у резонансо-тунельних структурах, від’ємний диференційний опір надґраток тощо.
Призначений для студентів технічних та фізичних спеціальностей вищих навчальних закладів. Може бути рекомендований аспірантам і науковим працівникам, що займаються фундаментальними і прикладними дослідженнями в галузі фізики, техніки і технології квантово-розмірних структур.Передмова
Вступ
Нанотехнології
Технологічні методи вирощування тонких плівок і квантово-розмірних шарів
Засади тонкоплівкових технологій
Фізичне осадження тонких плівок
Хімічне осадження тонких плівок
Контрольні запитання і завдання
Вакуумне осадження тонких плівок
Процеси випаровування у технології осадження тонких плівок з газової фази
Випаровування одноатомних систем
Випаровування багатокомпонентних систем
Забезпечення процесу випаровування
Процеси конденсації у технології осадження тонких плівок з газової фази
Зародкоутворення у тонких плівках
Термічна акомодація атомів пари на поверхні підкладки
Час життя адсорбованих атомів
Моделі зародкоутворення
Капілярна модель
Атомна модель
Стійкість конденсації. Часткова і повна конденсація
Підкладки у тонкоплівкових технологіях
Контрольні запитання і завдання
Епітаксія тонких плівок з газової фази (ГФЕ)
Епітаксія і характер межі розділу “плівка — підкладка”
Епітаксія і псевдоморфізм
Режими гетероепітаксійного росту
Епітаксія й основні чинники, що її формують
Орієнтоване зародження
Орієнтований ріс
Коалесценція і рекристалізація
Епітаксія і фонові домішки
пітаксія і морфологія та орієнтація поверхні підкладки
Контрольні запитання і завдання
Молекулярно-променева епітаксія (МПЕ)
Формування молекулярних пучків
Розподіл молекулярних пучків поверхнею підкладки
Ріст плівки у методі МПЕ
Підкладки у методі МПЕ
МПЕ шарів кремнію та систем A^IIIB^V
Легування і контроль параметрів плівок у методі МПЕ
Контрольні запитання і завдання
Газофазна епітаксія з металоорганічних сполук (МОС гідридна епітаксія)
МОС гідридна епітаксія і піроліз
Кристалізація в процесі МОС гідридної епітаксії
Технологія МОС гідридної епітаксії і робочий тиск газових компонентів
Легування в процесі МОС гідридної епітаксії
Контрольні запитання і завдання
Рідиннофазна епітаксія (РФЕ)
Фізико-хімічні основи методу РФЕ
Епітаксійне нарощування з рідкої фази і фазні рівноваги
Епітаксійне нарощування з рідкої фази і концентраційне переохолодження
Швидкість росту плівки в умовах РФЕ
Легування сторонніми домішками в умовах РФЕ
Підкладки в методі РФЕ
Класифікація способів РФЕ
Ізотермічні способи РФЕ
Неізотермічні способи РФЕ
Механізм і кінетика кристалізації за РФЕ
Апаратурне забезпечення
Морфологія поверхні епітаксійних шарів у процесі РФЕ
Контрольні запитання і завдання
Технологічні методи одержання квантових ниток
Літографічний метод створення квантових ниток
Використання електричного поля для створення квазіодновимірних провідних каналів
Використання профільованих поверхонь для створення квантових ниток
Контрольні запитання і завдання
Технологічні методи одержання квантових точок
Літографічний метод створення квантових точок
Використання процесів самоорганізації для формування ансамблів квантових точок
Теоретичні аспекти
Експериментально-технологічні аспекти
Створення ансамблів квантових точок методами колоїдної хімії
Зондові нанотехнології
Контрольні запитання і завдання
Квантово-розмірні структури та їхні властивості
Потенціальна яма і потенціальний бар’єр
Просторові та енергетичні характеристики потенціальної ями
Характер руху класичних і квантово-механічних частинок у потенціальній ямі
Квантування енергетичного спектра частинки у потенціальній ямі
Форма потенціальної ями і характер квантування енергетичного спектра
Захоплення квантово-механічних частинок потенціальними ямами різної вимірності
Повний енергетичний спектр квантово-механічної частинки в потенціальній ямі
Тунелювання квантово-механічної частинки крізь потенціальний бар’єр
Резонансно-тунельні структури
Контрольні запитання і завдання
Вимірність системи і густина станів вільних електронів
Вимірність системи і “k-об’єм” одного квантового стану вільного електрона
Алгоритм розрахунку густини станів вільних електронів
Густина станів і квадратичний закон дисперсії
Густина станів і лінійний закон дисперсії
Деякі узагальнення і 0D системи
Контрольні запитання і завдання
Енергетичний спектр електронів у сильному магнітному полі. Рівні Ландау
3D системи
2D системи
Контрольні запитання і завдання
Двовимірні структури
Двовимірні кристали
Двовимірні системи: дальній порядок і теплові флуктуації
Тонкі кристалічні плівки як квазідвовимірні структури
Двовимірні електрони. Системи з двовимірними електронами
Двовимірний електронний газ на гетеропереході
Двовимірний електронний газ у квантовій ямі
Двовимірний електронний газ в інверсійних шарах польових транзисторів
Контрольні запитання і завдання
Фізичні властивості систем з двовимірними електронами
Квантовий ефект Холла
Цілочисловий квантовий ефект Холла
Метрологічні застосування квантового ефекту Холла
Дробовий квантовий ефект Холла
Балістичні 2D контакти і квантування їхньої провідності
Контрольні запитання і завдання
Одновимірні структури
Одновимірні кристали. Перехід Пайєрлса
Неможливість співіснування різних фаз в одновимірних структурах
Одновимірний електронний газ. Особливості розсіювання одновимірних носіїв заряду
Природні квазіодновимірні електронні системи
Контрольні запитання і завдання
Нульвимірні структури
Поглинання світла квантовими точками
Квантові точки великого радіуса
Квантові точки малого радіуса
Кулонівська блокада та одноелектронні процеси
Контрольні запитання і завдання
Напівпровідникові надґратки
Класифікація надґраток
Композиційні надґратки
Леговані надґратки
Композиційні леговані надґратки
Контрольні запитання і завдання
Енергетичний спектр надґраток
Мінізонна енергетична структура надґраток
Енергетичні характеристики надґраток
Перехід “напівметал — напівпровідник” у надґратках
Контрольні запитання і завдання
Фізичні властивості надґраток
Густина станів у надґратках
Концентрація вільних носіїв заряду у надґратках
Оптичні властивості надґраток
Внутрішньозонні переходи
Міжзонні переходи
Електропровідність надґраток
Вольт-амперні характеристики надґраток
Високочастотна провідність надґраток у сильному електричному полі. Підсилення і генерування електромагнітних хвиль
Контрольні запитання і завдання
Структури на основі вуглецю
Деякі вступні відомості про вуглець і його структури
Електронна структура і хімічні зв’язки
Структура алмазу
Структура графіту
Лінійні структури і моноциклічні кільця
Контрольні запитання і завдання
Фулерени
Історія відкриття фулеренів
Структура фулеренів
Формування фулеренів
Стабільність фулеренів
Ідентифікація фулеренів
Похідні фулеренів
Фулериди
Фулерити
Одержання фулеренів та їхніх похідних
Контрольні запитання і завдання
Вуглецеві нанотрубки
Історія відкриття вуглецевих нанотрубок
Просторова структура вуглецевих нанотрубок
Енергетична структура вуглецевих нанотрубок
Дефекти у вуглецевих нанотрубках
Електропровідність вуглецевих нанотрубок
Методи одержання і модифікації вуглецевих нанотрубок
Електродуговий метод вирощування нанотрубок
Лазерний метод вирощування нанотрубок
Каталітичний метод вирощування нанотрубок
Вирощування нанотрубок декомпозицією карбіду кремнію
Розділення та очищення нанотрубок
Методи експериментального дослідження структури вуглецевих нанотрубок
Адсорбційні властивості нанотрубок
Емісійні властивості нанотрубок
Перспективи практичного використання вуглецевих нанотрубок
Контрольні запитання і завдання
Список літератури
Предметний покажчик