close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка и исследование технологических основ создания углеродных наноструктур для чувствительных элементов сенсоров газов сорбционного типа

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Чинь Ван Мыой
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ
СОЗДАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ СЕНСОРОВ ГАЗОВ СОРБЦИОННОГО ТИПА
Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные
компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Таганрог – 2016
2
Работа выполнена на кафедре нанотехнологий и микросистемной техники
института нанотехнологий, электроники и приборостроения
в Южном федеральном университете
Научный руководитель:
Агеев Олег Алексеевич,
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Шевяков Василий Иванович
доктор технических наук,
Национальный исследовательский
университет «МИЭТ», г. Зеленоград,
главный научный сотрудник кафедры
интегральной электроники и микросистем
Бажин Игорь Вадимович
кандидат физико-математических наук,
Донской государственный технический
университет, г. Ростов-на-Дону,
доцент кафедры физики
Ведущая организация:
ФГУП «НИИ Физических проблем им. Ф.В.
Лукина», г. Москва
Защита состоится 26 мая 2016 г. в 1400 на заседании диссертационного совета
Д212.208.23 в Южном федеральном университете по адресу: Ростовская область,
г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, аудитория Е-306.
С диссертацией можно ознакомиться в Зональной библиотеке Южного
федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148 и
на сайте http://hub.sfedu.ru/diss/
Автореферат разослан ___ марта 2016 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, к.т.н.
Исаева А.С.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность диссертационной работы
Современные системы мониторинга и защиты окружающей среды, а также
пожарной безопасности требуют создания недорогих чувствительных элементов
сенсоров газов иcпользующих современные технологий и материалы.
В настоящее время широкое применение находят традиционные
чувствительные элементы сенсоров газа на основе полупроводниковых оксидов
металлов. Однако, они имеют низкую чувствительность, высокую рабочую
температуру и существенное время реакции и восстановления.
Углеродные
наноструктуры
являются
перспективным
материалом,
обладающим уникальными свойствами и стабильными характеристиками. Они
широко применяются при производстве нано- и микроэлектронных приборов и
устройств, в биомедицине.
Электропроводность УНС сильно зависит от внешних факторов: присутствие
различных газов и жидкостей, электрическое поле, температура, высокая
механическая прочность. Также благодаря особенностям структуры, УНС имеют
высокую удельную поверхность. В связи с этим, УНС являются перспективным
материалом
для
создания
чувствительных
элементов
с
высокой
чувствительностью, долговечностью, быстродействием и возможностью работы
при комнатной температуре.
В итоге, исследование свойств, методов получения углеродных наноструктур,
разработка технологии создания сенсоров газов на их основе является актуальной
задачей.
Цель и задачи диссертационной работы
Целью диссертационного исследования является разработка и исследование
технологических основ синтеза углеродных наноструктур на основе нанотрубок
для чувствительных элементов сенсоров газов сорбционного типа.
Для достижения цели диссертационной работы необходимо решить ряд задач:
1.
Обобщение информации и выявление требований к параметрам синтеза и
свойствам углеродных наноструктур на основе нанотрубок для применения в
чувствительных элементах сенсоров газов сорбционного типа.
2.
Теоретические исследования термодинамических закономерностей
фазообразования в системе Ni/ITO/Si при образовании каталитических центров и
выращивании углеродных наноструктур методом ХОГФ.
3.
Экспериментальные
исследования
процессов
образования
каталитических центров никеля термической обработкой тонких пленок в системе
Ni/ITO/Si.
4.
Экспериментальные исследования влияния режимов плазменного ХОГФ
на геометрические характеристики углеродных наноструктур.
5.
Разработка и исследование макетов сенсоров газов сорбционного типа с
чувствительными элементами на основе углеродных наноструктур.
Научная новизна работы:
1.
Теоретически установлены закономерности взаимодействия материалов в
структуре Ni/ITO/Si с помощью термодинамического анализа с учетом режимов
методов ХОГФ и особенностей применяемых материалов. Показана корреляция
4
теоретических результатов с экспериментальными данными для структуры
Ni/ITO/Si.
2.
Экспериментально
установлены
закономерности
образования
каталитических центров никеля в системе Ni/ITO/Si с учетом режимов
термической обработки метода плазменного ХОГФ.
3.
Экспериментально установлены закономерности влияния режимов
метода плазменного ХОГФ на геометрические характеристики массива
углеродных наноструктур в системе Ni/ITO/Si с учетом времени роста и
мощности плазмы.
Практическая значимость:
1.
Определены режимы формирования каталитических центров никеля
методом термообработки структуры Ni(10 нм)/ITO(100 нм)/Si(380 нм) в
атмосфере Ar и NH 3 . Установлено, что на геометрические характеристики
каталитических центров при нагреве существенно влияет давление газовой смеси
в реакторе. Показано, что КЦ плотностью 1,9×109 см-2 и диаметром равным 94-96
нм формируются при технологических параметрах: температура 800 ОС; давление
4 Торр; скорость протока NH 3 = 15 см3/мин.
2.
Определены режимы выращивания вертикально ориентированных
массивов углеродных наноструктур на основе нанотрубок на никелевых
каталитических
центрах
методом
плазменного
ХОГФ
в
системе
Ni(10нм)/ITO(100нм)/Si(380 нм). Установлено, что вертикально ориентированный
массив углеродных наноструктур на основе нанотрубок высотой 5-7 мкм,
диаметром 60-95 нм, и плотностью 3,7×105 см-2 может быть выращен при
скорости подачи С 2 H 2 70 см3/мин, NH 3 210 см3/мин, давлении 4,5 Торр и
температуре 800 ОС.
3.
Разработаны макеты газочувствительных элементов на основе
углеродных наноструктур, чувствительность которых составила: 1) для макета
сенсора газов с вертикально ориентированными углеродными наноструктурами,
при концентрации N 2 , Ar, O 2 30 ppm - 8,7%, 9,7%, 10,4%, соответственно; 2) для
макета сенсора газов с углеродным нанокомпозитом для NH 3 и CO 2 концентрации
50 ppm – 50% и 52%, соответственно.
Положения, выносимые на защиту:
1.
Термодинамические
закономерности
процессов
межфазного
взаимодействия между материалами в структуре Ni/IТО/Si с учетом нелинейных
температурных
зависимостей
теплофизических
свойств
материалов,
технологических параметров метода ХОГФ, на основе которых определены
режимы
образования
каталитических
центров
с
контролируемыми
характеристиками.
2.
Закономерности влияния технологических режимов метода плазменного
ХОГФ на характеристики углеродных наноструктур, с учетом температуры
нагрева, давления состава газовой смеси, длительности роста и мощности плазмы,
которые позволяют формировать ориентированные массивы углеродных
наноструктур с контролируемыми характеристиками.
3.
Технологический маршрут изготовления газочувствительного элемента
сенсора газов сорбционного типа на основе углеродных наноструктур с
5
использованием нанотехнологического многофункционального комплекса
НАНОФАБ (НТК-9), согласно оценкам имеющего чувствительность к N 2 , Ar, O 2
концентрацией 30 ppm - 8,7%, 9,7%, 10,4% соответственно, при комнатной
температуре.
Реализация результатов работы:
Выполнение диссертационной работы проводилось в соответствии с планом
госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры НТМСТ и НОЦ
«Нанотехнологии» Южного федерального университета в 2012-2016 гг., а также с
использованием оборудования ЦКП «Микросистемная техника и интегральная
сенсорика» ЮФУ (г. Таганрог)
Результаты диссертационной работы внедрены в ЗАО «NT-MDT» (г.
Зеленоград), в ООО «Центр нанотехнологий» (г. Таганрог), а также в учебный
процесс на кафедре НТ МСТ ЮФУ.
Апробация работы:
Все полученные научные результаты диссертационного исследования
сообщались и обсуждались на конференциях и семинарах всероссийского и
международного уровня, в частности: International Conference PHENMA 2015,
Azov, Russia; Молодежная научная конференция «NanoTech-2015», г. Таганрог;
Международная научная конференция и молодежная школа "Нанотехнологии в
электронике и МЭМС", г. Таганрог, 2014; Научно-техническая конференция
аспирантов и студентов базовых кафедр Южного научного центра РАН, г. Ростовна-Дону, 2014.
Публикации:
По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том
числе 3 научные статьи в журналах из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации:
Диссертационная работа состоит из вводной части, четырех глав,
заключительной части, списка используемых источников литературы и
приложений. Диссертационная работа изложена на 126 страницах, из них 56
рисунков, 13 таблиц, 126 наименований списка использованных источников, 3
акта внедрения.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении представлены обоснование актуальности темы диссертационной
работы, цель, основные задачи, научная новизна, практическая значимость и
структура диссертации, а также сведения о реализации и апробации результатов
работы.
В первой главе приведен обзор основных характеристик углеродных
наноструктур. Приведены основные известные методы синтеза углеродных
наноструктур, выявлены достоинства УНС и их недостатки. Приведены факторы,
оказывающие влияние на характеристики углеродных структур, получаемых
методом плазменного ХОГФ. Проведен анализ материалов, применяемых в
качестве каталитических центров, и рассмотрены механизмы роста углеродных
наноструктур, проведен обзор применения углеродных наноструктур для
создания чувствительных элементов сорбционных и ёмкостных сенсоров газа.
Выявлены требования, предъявляемые к УНС и проблемы, возникающие при их
6
выращивании и использовании в исследуемой области: отсутствие полноценных
теоретических исследований процессов фазообразования в системах
каталитический центр/подслой/подложка кремния; необходимость формирования
массивов ориентированных УНС с возможностью контроля геометрических
характеристик (высота, диаметр); необходимость формирования массивов УНС
на контактах. Сделано заключение о необходимости проведения исследований
влияния основных технологических режимов метода плазменного ХОГФ на
характеристики и свойства образованных каталитических центров и выращенных
на них массивах УНС. Результаты аналитического обзора исследуемой
литературы позволили определить цель и поставить задачи диссертационной
работы.
Во второй главе проведен теоретический анализ процессов межфазного
взаимодействия в структуре Ni/ITO/Si с учетом термодинамических особенностей
протекания химических реакций взаимодействия материалов структуры между
собой и компонентами газовой смеси при термообработке.
В качестве основных параметров использовались технические характеристики
реального
оборудования,
на
котором
впоследствии
проводились
экспериментальные исследования. Модуль для выращивания углеродных
нанотрубок нанотехнологического многофункционального комплекса НАНОФАБ
(НТК-9) позволяет обеспечить нагрев образцов до температур 900 оС с подачей
технологических газов Ar (до 400 см3 /мин), NH 3 (до 400 см3 /мин), C 2 H 2 (до 400
см3 /мин), при непрерывной откачке.
Расчеты температурных зависимостей изменения свободной энергии Гиббса
∆G (T) вероятных химических реакций в системе Ni/ITO/Si проводились с
использованием пакета прикладных программ FACT Sage с учетом давления
технологических
газов
и
нелинейных
температурных
зависимостей
термохимических свойств элементов.
Проведенный анализ термодинамических закономерностей химических
реакций, протекающих на различных этапах нагрева структуры Ni/ITO/Si
показал, что на стадии нагрева аргон необходим для вытеснения остаточной
атмосферы из реактора, водород и аммиак связывают свободный кислород. На
стадии активации роль аммиака заключается в восстановлении из оксидов никеля
(рисунок 1, а), а так же индия и олова. Также проведённый анализ позволил
показать, что независимо от агрегатного состояния никеля, на нем происходит
разложение ацетилена с формированием карбида никеля (рисунок 1, б) и
последующим его разложением на никель и углерод (рисунок 1, в), который
является материалом для образования УНТ на стадии роста. При этом ITO
препятствует связыванию никеля кремнием и «отравлению» катализатора за счет
окисления кремниевой подложки на границе подложка/подслой.
В связи с тем, что применение УНС на основе нанотрубок в качестве
чувствительных элементов сорбционных газовых сенсоров приводит к
необходимости понимания процессов, вызывающих изменением проводимости
УНС при адсорбции газовых молекул, проведены теоретические оценки влияния
газов (NH 3 , CO, NO 2 ) на изменение проводимости УНС в приближении УНТ
p-типа.
7
а)
б)
в)
Рисунок 1 – Температурные зависимости изменения свободной энергии Гиббса
основных реакций процесса ХОГФ: а) восстановление Ni, б) разложение
ацетилена, в) разложение карбида никеля
Проведены
оценочные
расчеты
проводимости
полупроводниковой
пятислойной УНТ, плотности адсорбированных молекул газов от их
концентрации при комнатной температуре, проводимости УНТ в присутствии
адсорбированных
газовых
молекул.
Проведена
оценка
зависимости
чувствительности от диаметра УНС из пятислойных УНТ (рисунок 2 а), а также
зависимость чувствительности УНС с внешним диаметром 20 нм от числа слоев
(рисунок 2 б) к NO 2 , NH 3 , CO, при концентрации газов 10 ppm.
а)
б)
Рисунок 2 – Зависимости чувствительности УНС к газам от диаметра (а) и
числа слоев (б)
8
В результате теоретических оценок установлено, что для достижения
максимальной чувствительности необходимо применять УНС с минимальным
количеством слоев (или однослойные), чтобы обеспечить максимальный контакт
углеродных атомов однослойных УНС с газами.
В третьей главе отражены результаты экспериментальных работ,
посвященных исследованиям режимов формирования каталитических центров Ni
и роста УНС на основе УНТ методом плазменного ХОГФ.
Проведены исследование влияния режимов нагрева на процессы образования
КЦ в структуре Ni(10 нм)/ITO(100 нм)/Si на этапе нагрева. РЭМ-изображения
поверхностей структуры после нагрева до различных температур представлены
на рисунке 3.
а)
б)
в)
Рисунок 3 – РЭМ–изображения поверхности структуры при нагреве до
температуры: 650 oC (а); 700 oC (б); 750 oC (в)
Анализ РЭМ-изображений показал, что при температуре 650 oC
каталитический слой Ni начинает фрагментироваться, при этом морфология
подслоя ITO не изменяется в связи с тем, что материал имеет более высокую
температуру плавления. Из рисунка 3.5 б видно, при температуре 700 oC подслой
ITO начинает фрагментироваться, а при температуре 750 oC (рисунок 3.5 в)
9
каталитический слой Ni и подслой ITO полностью фрагментируются с
формированием КЦ шарообразной формы.
Проведены исследования влияния времени активации на параметры
каталитических центров, АСМ-сканы поверхности образцов представлены на
рисунке 4.
а)
б)
в)
Рисунок 4 – АСМ-сканы поверхностей структур Ni/ITO/Si после активации за 1
(а), 3 (б) и 5 (в) мин
Из результатов статистической обработки полученных АСМ-сканов
установлено, что с увеличением времени активации диаметр каталитических
центров практически не изменяется, но снижается плотность каталитических
центров (рисунок 5). Это можно объяснить влиянием конкурирующих процессов
травления каталитических центров аммиаком и их восстановления в процессе
активации.
Экспериментальные исследования влияния скорости нагрева на параметры
каталитических центров показали, что изменение скорости нагрева при нагреве в
интервале температур 650 ÷ 750 ОС практически не оказывает влияния на их
геометрические размеры.
10
а)
б)
Рисунок 5 – Зависимости диаметра (а) и плотности (б) каталитических
центров от времени активации
При этом в процессе нагрева до температуры 800 ОС за 45 мин (рисунок 6 а)
УНС не вырастают, в отличие от нагрева до той же температуры за 20 мин
(рисунок 6 б), что может быть связано с отравлением каталитических центров
материалом подслоя, за счет увеличения коэффициентов диффузии при
повышении температуры и длительности нагрева.
а)
б)
Рисунок 6 – РЭМ-изображения УНС выращенных при температуре 800 ОС
нагретых за 45 (а) и 20 (б) мин
Исследование влияния времени активации на параметры УНС проводилось в
интервалах времени: 1, 3, 6, 10 и 15 минут. Результаты обработки полученных
РЭМ-изображений были сведены в таблицу 1. Анализ результатов показал, что
наиболее однородной по диаметру структурой обладают образцы, выращенные
при 10 минутах активации. На основе полученных данных построена зависимость
диаметра и высоты выращенных УНС от времени активации (рисунок 7).
11
Время
активации,
мин
1
3
6
10
15
Таблица 1 - Геометрические характеристики УНС, выращенных при
различном времени активации
Диаметр УНТ, нм
Длина УНТ, мкм
Плотность УНТ, мкм-2
203±47
212±40
212±105
216±33
230±48
11±1,6
10,5±1,7
9,9±1,9
10±2
11±1,8
2,76
2,04
2,44
3,08
2,6
а)
б)
Рисунок 7 – Зависимость диаметра (а) и высоты (б) УНС от времени активации
Из представленных данных видно, что диаметр выращенных УНС
практически не зависит от времени активации, однако УНС выращенные при
времени активации за 10 минут имеют наименьший разброс параметров как по
диаметру, так и высоте.
На основе аналитически полученных теоретических и экспериментальных
результатов разработан технологический маршрут выращивания УНС на основе
углеродных нанотрубок на модуле плазменного ХОГФ нанотехнологического
многофункционального комплекса НАНОФАБ (НТК-9).
В четвертой главе на основе разработанного технологического маршрута
выращивания УНС с углеродными нанотрубками изготовлен макет
чувствительного элемента сенсора газов сорбционного типа с вертикально
ориентированными УНС (рисунок 8).
Проводились исследование отклика макета на азот, аргон и кислород. Выбор
газов связан с их потенциальной опасностью накопления в замкнутых
пространствах. Измерение сопротивления макета проводилось с помощью
универсального вольтметра В7-78/1, при температуре 300 К.
Исходное сопротивление структуры составило 516 кOм. Полученные данные
изменения сопротивления от времени, при различной концентрации газа
представлены на рисунке 9. Полученные в результате исследований параметры
макета чувствительного элемента сенсора газов сорбционного типа представлены
в таблице 2.
12
а)
б)
Рисунок 8 – Макет чувствительного элемента сенсора газов сорбционного типа с
вертикально ориентированными УНС: а) - схематическое изображение
конструкции макета, б) РЭМ-изображение чувствительного элемента
а)
б)
в)
Рисунок 9 – Зависимость газочувствительности макета от времени при различной
концентрации азота (а), аргона (б) и кислорода (в)
13
Таблица 2 - Параметры макета чувствительного элемента сенсора газов
сорбционного типа
Значения
Параметры
N2
Ar
O2
Газочувствительность при
5%
10 ppm
Газочувствительность при
8,7%
9,7%
10,4%
30 ppm
Газочувствительность при
9,4%
16,3%
16,6%
50 ppm
Газочувствительность при
17,2%
18,7%
70 ppm
Время отклика
153 сек
186 сек
141 сек
Время восстановления
280 сек
130 сек
190 сек
Габариты (ШхВхГ), мм
8х8х2
Масса
10 г
Рабочая температура, К
300
Из полученных результатов видно, что разработанный макет может
использоваться в качестве чувствительного элемента сенсора газов, без
необходимости подогрева.
Также была разработана технология изготовления пленок углеродного
нанокомпозита содержащего УНС, и проведены исследования созданного на их
основе макета сенсора на газочувствительность.
На основе технологического маршрута выращивания УНС с углеродными
нанотрубками формировался нанокомпозит, путем введения в тетраэтоксисилан
(ТЭОС) раствора УНС в качестве модифицирующей добавки. Получены пленки
двух типов, при использовании составов с разным соотношением по массе
спиртовой раствор ТЭОС:раствор УНТ (15:1 и 7,5:1). Полученные составы
наносили на поликоровые подложки марки ВК-1. После нанесения производился
отжиг на воздухе в течении 90 мин, при температуре 623 К. Контакты были
сформированы путем вжигания пасты, содержащей частицы серебра, при 673 К в
течении 20 минут.
Полученные макеты исследовались на чувствительность к аммиаку и диоксиду
азота при температуре 450 К для пленок первого типа, и температуре 523 К для
пленок второго типа. Измерения проводились с помощью тераомметра Е6-13.
Результаты измерений сопротивления пленки первого типа при воздействии
аммиака с концентрацией 50 ppm и температуре Т = 450 К приведены на рисунке
10, а. При этом, диоксид азота с концентрацией (30-70) ppm не оказывал влияния
на сопротивление пленки при этой же температуре. Реакция сенсорной структуры
на основе пенки первого типа на диоксид азота концентрации 50 ppm возникала
при температуре 523 К – рисунок 10 б.
14
Из рисунка 10 видно, что время отклика составляет порядка 100-150 с, а время
восстановления 400-450 с.
а)
б)
в)
г)
Рисунок 10 - Зависимость сопротивления пленки углеродного нанокомпозита:
(а, б) –первого типа, (в, г) – второго типа,
при воздействии: (а, в) – аммиака, (б, г) - диоксида азота.
Оценки показали, что чувствительность при воздействии аммиака 50%, а при
воздействии диоксида азота 25%.
Анализ газочувствительности пленок нанокомпозита второго типа (рисунок 10
в, г) показал, что их реакция появляется только при температурах выше 523 К.
Причем характер зависимостей сопротивления пленок второго типа на
воздействие аммиака и диоксида азота аналогичен характеру зависимостей
пленок первого типа.
Рассчитанные значения чувствительности при воздействии диоксида азота
составили 52%, а при воздействии аммиака 12%.
На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных
исследований, был разработан технологический маршрут (рисунок 11)
изготовления газочувствительного элемента сенсора газов сорбционного типа на
основе углеродных наноструктур с использованием нанотехнологического
многофункционального комплекса НАНОФАБ (НТК-9).
15
Загрузка подложек Si в
НАНОФАБ НТК-9
Передача 2-ой подложки в
модуль ИЛО
Передача 1-ой подложки в
модуль ИЛО
Осаждение пленки Ti
Осаждение пленки Ti
Передача подложки в
модуль ПХО
Осаждение наноразмерной
пленки ITO
Осаждение слоя Si3N4
Осаждение наноразмерной
пленки Ni
Передача подложки в
модуль ФИП
Передача подложки в
модуль ФИП
Формирование
диэлектрических опор.
Травление Si3N4 до Ti
Формирование топологии
нижнего электрода
Контроль полученной
топологии
Передача подложки в
модуль ХОГФ
Передача подложки в
камеру загрузки
Выращивание УНС
Выгрузка из
технологической линии
Рисунок 11 – Схема технологического маршрута изготовления
чувствительного элемента сенсора газов сорбционного типа на основе УНС при
использовании комплекса НАНОФАБ (НТК-9)
В заключении представлены основные результаты диссертационной работы:
1. Определены режимы формирования каталитических центров никеля методом
термообработки структуры Ni(10 нм)/ITO(100 нм)/Si(380 нм) в атмосфере Ar и
NH 3 . Установлено, что на геометрические характеристики каталитических
центров при нагреве существенно влияет давление газовой смеси в реакторе.
Показано, что КЦ плотностью 1,9×109 см-2 и диаметром равным 94-96 нм
формируются при технологических параметрах: температура 800 ОС; давление 4
Торр; скорость протока NH 3 = 15 см3/мин.
2. Определены режимы выращивания вертикально ориентированных массивов
углеродных наноструктур на основе нанотрубок на никелевых каталитических
центрах методом плазменного ХОГФ в системе Ni(10 нм)/ITO(100 нм)/Si(380 нм).
Установлено, что вертикально ориентированный массив углеродных
наноструктур на основе нанотрубок высотой 5-7 мкм, диаметром 60-95 нм, и
16
плотностью 3,7×105 см-2 может быть выращен при скорости подачи С 2 H 2 70
см3/мин, NH 3 210 см3/мин, давлении 4,5 Торр и температуре 800 ОС.
3. Теоретически установлены закономерности взаимодействия материалов в
структуре Ni/ITO/Si с помощью термодинамического анализа с учетом режимов
методов ХОГФ и особенностей применяемых материалов. Показана корреляция
теоретических результатов с экспериментальными данными для структуры
Ni/ITO/Si.
4.
Экспериментально
установлены
закономерности
образования
каталитических центров никеля в системе Ni/ITO/Si с учетом режимов
термической обработки метода плазменного ХОГФ.
5. Разработаны макеты газочувствительных элементов на основе углеродных
наноструктур, чувствительность которых составила: 1) для макета сенсора газов с
вертикально
ориентированными
углеродными
наноструктурами,
при
концентрации N 2 , Ar, O 2 30 ppm - 8,7%, 9,7%, 10,4%, соответственно; 2) для
макета сенсора газов с углеродным нанокомпозитом для NH 3 и CO 2 концентрации
50 ppm – 50% и 52%, соответственно
6. Разработан технологический маршрут изготовления газочувствительного
элемента сенсора газов сорбционного типа на основе углеродных наноструктур с
использованием нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9, согласно
оценкам имеющего чувствительность к N 2 , Ar, O 2 концентрацией 30 ppm - 8,7%,
9,7%, 10,4% соответственно, при комнатной температуре.
В приложении приведены акты внедрения и использования результатов
диссертации в учебном процессе и на предприятиях.
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Работы, опубликованные в научных изданиях, входящих в перечень ВАК
РФ:
1.
М.В. Ильина, Ю.Ф. Блинов, В.А. Смирнов, А.А. Коньшин, Чинь Ван
Мыой. Разработка ячейки энергонезависимой памяти на основе мемристорной
структуры с вертикально ориентированной углеродной нанотрубки // Известия
ЮФУ. Технические науки, 2015, №9, с. 75 - 84.
2.
О.И. Ильин, В.С. Климин, М.В. Рубашкина, К.С. Сергиенко, А.С.
Семенов, А.А. Федотов, Чинь Ван Мыой, В.Ю. Яненко. Термодинамический
анализ взаимодействия в системе Ni-Cr-Si при выращивании углеродных
нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы // Известия ЮФУ.
Технические науки, 2014, № 9. с. 79-92.
3.
И.О. Ильин, В.С. Климин, М.З. Надда, В.В. Петров, Н.Н. Рудык, А.А.
Федотов, Чинь Ван Мыой, В.Ю. Яненко. Исследование газочувствительных
свойств пленок нанокомпозитов с углеродными нанотрубками // Известия ЮФУ.
Технические науки, 2015, №9, с. 116 - 126.
Публикации в других изданиях:
4.
В.М. Чинь, К.С. Сергиенко, А.С. Семенов. Изготовление и исследование
макета чувствительного элемента ионизационного газового сенсора на основе
массива ориентированных углеродных нанотрубок // Материалы десятой
17
ежегодной Научно-технической конференции аспирантов и студентов базовых
кафедр Южного научного центра РАН, 2014, с.158-159.
5.
В.М. Чинь, А.А. Федотов, О.И. Ильин, В.С. Климин, В.Ю. Яненко .
Термодинамический анализ взаимодействия в системах Ni/Ti/Si и Fe/W/Si при
формировании каталитических центров для выращивания массивов УНТ //
Сборник трудов международной научной конференции и молодежной школы
"Нанотехнологии в электронике и МЭМС", 2014, с. 74-75
6.
В.М. Чинь, О.И. Ильин, В.С. Климин, А.А. Федотов, А.С. Семенов, К.С.
Сергиенко, В.Ю. Яненко Исследование макета сенсора с чувствительным
элементом на основе массива вертикально ориентированных углеродных
нанотрубок // Сборник трудов международной научной конференции и
молодежной школы "Нанотехнологии в электронике и МЭМС", 2014, с. 85-86.
7.
Trinh Van Muoi, A.A. Fedotov, O.I. Ilin, V.S. Klimin, N.N. Rydik, K.S.
Sergienko, A.S. Semenov, V.Y. Yanenko. Development and investigation of gas sensors
on a vertically aligned carbon nanotubes // International Conference «PHENMA 2015»,
2015, p.84-85.
8.
Trinh Van Muoi, O.A. Ageev, O.I. Ilin, A.A. Fedotov, V.S. Klimin, K.S.
Sergienko, A.S. Semenov, V.Yu. Yanenko Thermodynamic analysis of interaction in
structures suitable for the growth of arrays of carbon nanotubes by PECVD //
International Conference «PHENMA 2015», 2015, p. 27-28
9.
В.М.
Чинь,
К.С.
Сергиенко,
Н.Н.
Рудык.
Исследование
термодинамического взаимодействия в системах Ni/Ti/Si и Fe/W/Si для
определения требований к структурам на которых происходит формирование
каталитических центров для выращивания массивов УНТ // Сборник докладов
молодежной научной конференции «NanoTech-2015», 2015 г., c.36-37
10. В.М. Чинь, Н.Н. Рудык, А.А. Федотов. Экспериментальное исследование
влияние температуры нагрева на параметры выращиваемых в процессе ХОГФ
УНТ // Сборник докладов молодежной научной конференции «NanoTech-2015»,
2015 г., c.45-46
В работах, написанных в соавторстве, личный вклад автора: в [1, 5, 8, 9] –
проведении теоретических исследований, интерпретации полученных результатов
и анализом процессов фазообразования; [3, 6, 7] – создании макетов приборов и
исследования газочувствительности полученных структур; [2, 4, 10] – разработке
методики выращивания УНС на основе УНТ с контролируемыми
геометрическими размерами.
18
19
20
Типография ЮФУ Заказ №
тир.100 экз.
Издательство ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет» в г. Таганроге
Россия, Ростовская область, г.Таганрог, 347928, пер. Некрасовский, 44
Типография ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет» в г. Таганроге
Россия, Ростовская область, г.Таганрог, 347928, ул. Энгельса, 1
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа