Механізми росту 3D-структур C, Cu, Zn в умовах близькорівноважної стаціонарної конденсації

Дисертаційна робота присвячена вивченню закономірностей структуроутворення 3D-систем C, Cu і Zn за умов конденсації слабопересичених парів і при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і накопичувальної системи плазма-конденсат (НСПК). При використанні НСПК установлені технологічні умови формування на основі вуглецю наносфер і мікросфер, на яких у подальшому зароджуються нановолокна. Створено математичну модель, яка адекватно описує процес дозрівання за Оствальдом приблизно однакових за розміром кулястих острівців міді. На прикладі трьох серій експериментів з осадження пористих структур міді за допомогою магнетронного розпилення було показано, що основу формування пористих систем становлять малі значення пересичення осаджуваних парів, що тягнуть за собою різні швидкості нарощування конденсату в близько розміщених точках ростової поверхні. Вивчені механізми структуроутворення 3D-систем цинку при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і НСПК. Установлено, що окиснені пористі конденсати цинку можуть бути використані як газові сенсори.Диссертационная работа посвящена изучению закономерностей структурообразования 3D-систем веществ существенно различной летучести (C, Cu и Zn) в условиях околоравновесной стационарной конденсации. Осаждая конденсаты углерода в условиях, близких к термодинамическому равновесию, с помощью накопительной системы плазма-конденсат (НСПК), на начальном этапе селективного роста (в течение 6 мин) при давлении аргона 6 Па и мощности разряда 50 Вт были получены шарообразные слабосвязанные графитоподобные наноструктуры. При более продолжительной конденсации в течении нескольких часов происходит формирование графитоподобных шарообразных включений. Повышение давления рабочего газа от 6 до 10 Па при слабом изменении всех прочих технологических параметров способствует реализации более стационарного технологического процесса и зарождению на графитоподобных шарообразных включениях нановолокон. Сделано предположение о том, что в качестве активных центров зарождения углеродных нановолокон выступают изогнутые графеновые плоскости шаровидных структур. Установлено, что процесс зарождения и роста различных нановолокон разнесен во времени и определяется наличием шарообразных графитоподобных включений. Создана математическая модель массопереноса распыленного вещества в промежутке между мишенью и подложкой, адекватно описывающая процесс созревания по Оствальду островков меди приблизительно одинакового размера. На примере трех серий экспериментов по осаждению пористых структур меди при помощи магнетронного распыления было показано, что основу процесса образования пор составляют малые значения пересыщения осаждаемых паров, влекущие за собой различные скорости наращивания конденсата в близлежащих точках ростовой поверхности. Подобный селективный рост кристаллов возможен вследствие флуктуаций в распределении активных центров, при избирательной застройке кристаллографических плоскостей с максимальной энергией десорбции адатомов, а также при наличии отрицательного смещения и соответствующей фокусировке осаждаемых ионов на выступающие части ростовой поверхности. В последующем неполное сращивание кристаллов приводит к образованию пор и к появлению активных центров, необходимых для зарождения новых кристаллов. На основании анализа экспериментальных данных по получению конденсатов цинка в НСПК было выявлено существование трех зон (на диаграмме параметров «давление рабочего газа – мощность разряда») в пределах которых формируются одинаковые по характеру пористые структуры. Широкий спектр значений технологических параметров зоны 1 подтверждает процесс самоорганизации малых значений пересыщений и позволяет получать наносистемы цинка с высокой воспроизводимостью структурно-морфологических характеристик при среднем диаметре нанонитей 60 нм. При переходе в зону 2, а затем в зону 3 наблюдается постепенное увеличение пересыщения, которое подтверждается постепенным переходом к формированию структур в виде слабо связанных друг с другом системы ограненных кристаллов. Показано, что сопротивление окисленных систем цинка сильно зависит от газовой среды, в которой они находятся. Так для концентрации 0,7% пропана в воздухе, сопротивление образца снижается в 159 раз по сравнению с сопротивлением в чистом воздухе. Таким образом, полученные структуры могут найти применение в качестве газовых сенсоров, по крайней мере, к смеси пропан-бутан.Dissertation is devoted to the investigation of the structure formation regularities of the C, Cu and Zn 3D-systems under the condensation conditions of the weakly saturated vapors and by using both the classical method of magnetron sputtering and the plasma-condensate accumulation system (PCAS). Technological conditions of the nanospheres and microspheres formation on the basis of C, on which hereafter the nanowires arise, are determined. A mathematical model that adequately describes the process of Ostwald ripening of the rounded Cu islands of the approximately equal size was created. On the example of three series of experiments on Cu porous structures deposition by using magnetron sputtering it has been shown that the small values of supersaturation of the deposited vapors, which cause different speeds of the condensate’s increase in the nearby situated growth surface points constitute the basis of the porous structures formation. Mechanisms of Zn 3D-systems structure formation by using both classical method of magnetron sputtering and PCAS are studied. It is determined that the oxidized porous zinc condensates can be used as gas sensors

Механизмы роста 3D-структур C, Cu, Zn в условиях околоравновесной стационарной конденсации

Дисертаційна робота присвячена вивченню закономірностей структуроутворення 3D-систем C, Cu і Zn за умов конденсації слабопересичених парів і при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і накопичувальної системи плазма-конденсат (НСПК). При використанні НСПК установлені технологічні умови формування на основі вуглецю наносфер і мікросфер, на яких у подальшому зароджуються нановолокна. Створено математичну модель, яка адекватно описує процес дозрівання за Оствальдом приблизно однакових за розміром кулястих острівців міді. На прикладі трьох серій експериментів з осадження пористих структур міді за допомогою магнетронного розпилення було показано, що основу формування пористих систем становлять малі значення пересичення осаджуваних парів, що тягнуть за собою різні швидкості нарощування конденсату в близько розміщених точках ростової поверхні. Вивчені механізми структуроутворення 3D-систем цинку при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і НСПК. Установлено, що окиснені пористі конденсати цинку можуть бути використані як газові сенсори.Диссертационная работа посвящена изучению закономерностей структурообразования 3D-систем веществ существенно различной летучести (C, Cu и Zn) в условиях околоравновесной стационарной конденсации. Осаждая конденсаты углерода в условиях, близких к термодинамическому равновесию, с помощью накопительной системы плазма-конденсат (НСПК), на начальном этапе селективного роста (в течение 6 мин) при давлении аргона 6 Па и мощности разряда 50 Вт были получены шарообразные слабосвязанные графитоподобные наноструктуры. При более продолжительной конденсации в течении нескольких часов происходит формирование графитоподобных шарообразных включений. Повышение давления рабочего газа от 6 до 10 Па при слабом изменении всех прочих технологических параметров способствует реализации более стационарного технологического процесса и зарождению на графитоподобных шарообразных включениях нановолокон. Сделано предположение о том, что в качестве активных центров зарождения углеродных нановолокон выступают изогнутые графеновые плоскости шаровидных структур. Установлено, что процесс зарождения и роста различных нановолокон разнесен во времени и определяется наличием шарообразных графитоподобных включений. Создана математическая модель массопереноса распыленного вещества в промежутке между мишенью и подложкой, адекватно описывающая процесс созревания по Оствальду островков меди приблизительно одинакового размера. На примере трех серий экспериментов по осаждению пористых структур меди при помощи магнетронного распыления было показано, что основу процесса образования пор составляют малые значения пересыщения осаждаемых паров, влекущие за собой различные скорости наращивания конденсата в близлежащих точках ростовой поверхности. Подобный селективный рост кристаллов возможен вследствие флуктуаций в распределении активных центров, при избирательной застройке кристаллографических плоскостей с максимальной энергией десорбции адатомов, а также при наличии отрицательного смещения и соответствующей фокусировке осаждаемых ионов на выступающие части ростовой поверхности. В последующем неполное сращивание кристаллов приводит к образованию пор и к появлению активных центров, необходимых для зарождения новых кристаллов. На основании анализа экспериментальных данных по получению конденсатов цинка в НСПК было выявлено существование трех зон (на диаграмме параметров «давление рабочего газа – мощность разряда») в пределах которых формируются одинаковые по характеру пористые структуры. Широкий спектр значений технологических параметров зоны 1 подтверждает процесс самоорганизации малых значений пересыщений и позволяет получать наносистемы цинка с высокой воспроизводимостью структурно-морфологических характеристик при среднем диаметре нанонитей 60 нм. При переходе в зону 2, а затем в зону 3 наблюдается постепенное увеличение пересыщения, которое подтверждается постепенным переходом к формированию структур в виде слабо связанных друг с другом системы ограненных кристаллов. Показано, что сопротивление окисленных систем цинка сильно зависит от газовой среды, в которой они находятся. Так для концентрации 0,7% пропана в воздухе, сопротивление образца снижается в 159 раз по сравнению с сопротивлением в чистом воздухе. Таким образом, полученные структуры могут найти применение в качестве газовых сенсоров, по крайней мере, к смеси пропан-бутан.Dissertation is devoted to the investigation of the structure formation regularities of the C, Cu and Zn 3D-systems under the condensation conditions of the weakly saturated vapors and by using both the classical method of magnetron sputtering and the plasma-condensate accumulation system (PCAS). Technological conditions of the nanospheres and microspheres formation on the basis of C, on which hereafter the nanowires arise, are determined. A mathematical model that adequately describes the process of Ostwald ripening of the rounded Cu islands of the approximately equal size was created. On the example of three series of experiments on Cu porous structures deposition by using magnetron sputtering it has been shown that the small values of supersaturation of the deposited vapors, which cause different speeds of the condensate’s increase in the nearby situated growth surface points constitute the basis of the porous structures formation. Mechanisms of Zn 3D-systems structure formation by using both classical method of magnetron sputtering and PCAS are studied. It is determined that the oxidized porous zinc condensates can be used as gas sensors

Механизмы роста 3D-структур C, Cu, Zn в условиях околоравновесной стационарной конденсации

Дисертаційна робота присвячена вивченню закономірностей структуроутворення 3D-систем C, Cu і Zn за умов конденсації слабопересичених парів і при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і накопичувальної системи плазма-конденсат (НСПК). При використанні НСПК установлені технологічні умови формування на основі вуглецю наносфер і мікросфер, на яких у подальшому зароджуються нановолокна. Створено математичну модель, яка адекватно описує процес дозрівання за Оствальдом приблизно однакових за розміром кулястих острівців міді. На прикладі трьох серій експериментів з осадження пористих структур міді за допомогою магнетронного розпилення було показано, що основу формування пористих систем становлять малі значення пересичення осаджуваних парів, що тягнуть за собою різні швидкості нарощування конденсату в близько розміщених точках ростової поверхні. Вивчені механізми структуроутворення 3D-систем цинку при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і НСПК. Установлено, що окиснені пористі конденсати цинку можуть бути використані як газові сенсори.Диссертационная работа посвящена изучению закономерностей структурообразования 3D-систем веществ существенно различной летучести (C, Cu и Zn) в условиях околоравновесной стационарной конденсации. Осаждая конденсаты углерода в условиях, близких к термодинамическому равновесию, с помощью накопительной системы плазма-конденсат (НСПК), на начальном этапе селективного роста (в течение 6 мин) при давлении аргона 6 Па и мощности разряда 50 Вт были получены шарообразные слабосвязанные графитоподобные наноструктуры. При более продолжительной конденсации в течении нескольких часов происходит формирование графитоподобных шарообразных включений. Повышение давления рабочего газа от 6 до 10 Па при слабом изменении всех прочих технологических параметров способствует реализации более стационарного технологического процесса и зарождению на графитоподобных шарообразных включениях нановолокон. Сделано предположение о том, что в качестве активных центров зарождения углеродных нановолокон выступают изогнутые графеновые плоскости шаровидных структур. Установлено, что процесс зарождения и роста различных нановолокон разнесен во времени и определяется наличием шарообразных графитоподобных включений. Создана математическая модель массопереноса распыленного вещества в промежутке между мишенью и подложкой, адекватно описывающая процесс созревания по Оствальду островков меди приблизительно одинакового размера. На примере трех серий экспериментов по осаждению пористых структур меди при помощи магнетронного распыления было показано, что основу процесса образования пор составляют малые значения пересыщения осаждаемых паров, влекущие за собой различные скорости наращивания конденсата в близлежащих точках ростовой поверхности. Подобный селективный рост кристаллов возможен вследствие флуктуаций в распределении активных центров, при избирательной застройке кристаллографических плоскостей с максимальной энергией десорбции адатомов, а также при наличии отрицательного смещения и соответствующей фокусировке осаждаемых ионов на выступающие части ростовой поверхности. В последующем неполное сращивание кристаллов приводит к образованию пор и к появлению активных центров, необходимых для зарождения новых кристаллов. На основании анализа экспериментальных данных по получению конденсатов цинка в НСПК было выявлено существование трех зон (на диаграмме параметров «давление рабочего газа – мощность разряда») в пределах которых формируются одинаковые по характеру пористые структуры. Широкий спектр значений технологических параметров зоны 1 подтверждает процесс самоорганизации малых значений пересыщений и позволяет получать наносистемы цинка с высокой воспроизводимостью структурно-морфологических характеристик при среднем диаметре нанонитей 60 нм. При переходе в зону 2, а затем в зону 3 наблюдается постепенное увеличение пересыщения, которое подтверждается постепенным переходом к формированию структур в виде слабо связанных друг с другом системы ограненных кристаллов. Показано, что сопротивление окисленных систем цинка сильно зависит от газовой среды, в которой они находятся. Так для концентрации 0,7% пропана в воздухе, сопротивление образца снижается в 159 раз по сравнению с сопротивлением в чистом воздухе. Таким образом, полученные структуры могут найти применение в качестве газовых сенсоров, по крайней мере, к смеси пропан-бутан.Dissertation is devoted to the investigation of the structure formation regularities of the C, Cu and Zn 3D-systems under the condensation conditions of the weakly saturated vapors and by using both the classical method of magnetron sputtering and the plasma-condensate accumulation system (PCAS). Technological conditions of the nanospheres and microspheres formation on the basis of C, on which hereafter the nanowires arise, are determined. A mathematical model that adequately describes the process of Ostwald ripening of the rounded Cu islands of the approximately equal size was created. On the example of three series of experiments on Cu porous structures deposition by using magnetron sputtering it has been shown that the small values of supersaturation of the deposited vapors, which cause different speeds of the condensate’s increase in the nearby situated growth surface points constitute the basis of the porous structures formation. Mechanisms of Zn 3D-systems structure formation by using both classical method of magnetron sputtering and PCAS are studied. It is determined that the oxidized porous zinc condensates can be used as gas sensors

Механізми росту 3D-структур C, Cu, Zn в умовах близькорівноважної стаціонарної конденсації

Дисертаційна робота присвячена вивченню закономірностей структуроутворення 3D-систем C, Cu і Zn за умов конденсації слабопересичених парів і при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і накопичувальної системи плазма-конденсат (НСПК). При використанні НСПК установлені технологічні умови формування на основі вуглецю наносфер і мікросфер, на яких у подальшому зароджуються нановолокна. Створено математичну модель, яка адекватно описує процес дозрівання за Оствальдом приблизно однакових за розміром кулястих острівців міді. На прикладі трьох серій експериментів з осадження пористих структур міді за допомогою магнетронного розпилення було показано, що основу формування пористих систем становлять малі значення пересичення осаджуваних парів, що тягнуть за собою різні швидкості нарощування конденсату в близько розміщених точках ростової поверхні. Вивчені механізми структуроутворення 3D-систем цинку при використанні як класичного методу магнетронного розпилення, так і НСПК. Установлено, що окиснені пористі конденсати цинку можуть бути використані як газові сенсори.Диссертационная работа посвящена изучению закономерностей структурообразования 3D-систем веществ существенно различной летучести (C, Cu и Zn) в условиях околоравновесной стационарной конденсации. Осаждая конденсаты углерода в условиях, близких к термодинамическому равновесию, с помощью накопительной системы плазма-конденсат (НСПК), на начальном этапе селективного роста (в течение 6 мин) при давлении аргона 6 Па и мощности разряда 50 Вт были получены шарообразные слабосвязанные графитоподобные наноструктуры. При более продолжительной конденсации в течении нескольких часов происходит формирование графитоподобных шарообразных включений. Повышение давления рабочего газа от 6 до 10 Па при слабом изменении всех прочих технологических параметров способствует реализации более стационарного технологического процесса и зарождению на графитоподобных шарообразных включениях нановолокон. Сделано предположение о том, что в качестве активных центров зарождения углеродных нановолокон выступают изогнутые графеновые плоскости шаровидных структур. Установлено, что процесс зарождения и роста различных нановолокон разнесен во времени и определяется наличием шарообразных графитоподобных включений. Создана математическая модель массопереноса распыленного вещества в промежутке между мишенью и подложкой, адекватно описывающая процесс созревания по Оствальду островков меди приблизительно одинакового размера. На примере трех серий экспериментов по осаждению пористых структур меди при помощи магнетронного распыления было показано, что основу процесса образования пор составляют малые значения пересыщения осаждаемых паров, влекущие за собой различные скорости наращивания конденсата в близлежащих точках ростовой поверхности. Подобный селективный рост кристаллов возможен вследствие флуктуаций в распределении активных центров, при избирательной застройке кристаллографических плоскостей с максимальной энергией десорбции адатомов, а также при наличии отрицательного смещения и соответствующей фокусировке осаждаемых ионов на выступающие части ростовой поверхности. В последующем неполное сращивание кристаллов приводит к образованию пор и к появлению активных центров, необходимых для зарождения новых кристаллов. На основании анализа экспериментальных данных по получению конденсатов цинка в НСПК было выявлено существование трех зон (на диаграмме параметров «давление рабочего газа – мощность разряда») в пределах которых формируются одинаковые по характеру пористые структуры. Широкий спектр значений технологических параметров зоны 1 подтверждает процесс самоорганизации малых значений пересыщений и позволяет получать наносистемы цинка с высокой воспроизводимостью структурно-морфологических характеристик при среднем диаметре нанонитей 60 нм. При переходе в зону 2, а затем в зону 3 наблюдается постепенное увеличение пересыщения, которое подтверждается постепенным переходом к формированию структур в виде слабо связанных друг с другом системы ограненных кристаллов. Показано, что сопротивление окисленных систем цинка сильно зависит от газовой среды, в которой они находятся. Так для концентрации 0,7% пропана в воздухе, сопротивление образца снижается в 159 раз по сравнению с сопротивлением в чистом воздухе. Таким образом, полученные структуры могут найти применение в качестве газовых сенсоров, по крайней мере, к смеси пропан-бутан.Dissertation is devoted to the investigation of the structure formation regularities of the C, Cu and Zn 3D-systems under the condensation conditions of the weakly saturated vapors and by using both the classical method of magnetron sputtering and the plasma-condensate accumulation system (PCAS). Technological conditions of the nanospheres and microspheres formation on the basis of C, on which hereafter the nanowires arise, are determined. A mathematical model that adequately describes the process of Ostwald ripening of the rounded Cu islands of the approximately equal size was created. On the example of three series of experiments on Cu porous structures deposition by using magnetron sputtering it has been shown that the small values of supersaturation of the deposited vapors, which cause different speeds of the condensate’s increase in the nearby situated growth surface points constitute the basis of the porous structures formation. Mechanisms of Zn 3D-systems structure formation by using both classical method of magnetron sputtering and PCAS are studied. It is determined that the oxidized porous zinc condensates can be used as gas sensors

Механізми формування універсальних сенсорів на основі анізотропних гетеропереходів ZnO/Cu2O(CuO) у вигляді наносистем типу нейронні системи

Конкретна фундаментальна задача в рамках загальної проблеми, яка була вирішена при виконанні проекту полягала у встановленні взаємозалежності між структурно-морфологічними характеристиками конденсатів цинку та міді, з одного боку, і такими технологічними параметрами, як потужність розряду в накопичувальній системі плазма-конденсат і тиск робочого газу, з іншого боку. Проведено дослідження структури і фазового складу конденсатів за допомогою растрової і просвітлювальної електронної мікроскопії, на підставі яких були встановлені оптимальні технологічні параметри формування наносистем Zn/Cu. При цьому були проведені детальні дослідження етапу нукліації конденсатів міді і цинку. Відсутність перколяції, як по мідні так і цинковій складових визначалася при вивченні провідності через ці складові. При цьому встановлені три варіанта зародження конденсатів цинку. Перший з них реалізується при використанні накопичувальної системи плазма-конденсат і температурі ростової поверхні 280 °C. В цьому випадку формується надтонка суцільна плівка цинку. В області більш низьких температур ростової поверхні (180÷250 °C) на початковому етапі відбувається формування пов’язаних між собою нанониток, а при подальшому зниженні температури формується суцільна полікристалічна плівка. Використовуючи енергодисперсійний рентгенівський аналіз було встановлено, що надпоруваті наносистеми цинку та міді мають в своєму складі незначну кількість домішок у вигляді кисню

Nanostructured ZnO films for potential use in LPG gas sensors

The aim of the work was to obtain ZnO nanostructures with heightened surface area and to study relationship between formation method and gas sensor properties towards propane-butane mixture (LPG). In order to synthesize ZnO nanostructures chemical and physical formation methods have been utilized. The first one was chemical bath deposition technology and the second one magnetron sputtering of Zn followed by oxidation. Optimal method and technological parameters corresponding to formation of material with the highest sensor response have been determined experimentally. Dynamical gas sensor response at different temperature values and dependencies of the sensor sensitivity on the temperature at different LPG concentrations in air have been investigated. It has been found, that sensor response depends on the sample morphology and has the highest value for the structure consisting of thin nanowires. The factors that lead to the decrease in the gas sensor operating temperature have been determined

Механізми формування універсальних сенсорів на основі анізотропних гетеропереходів ZnO/Cu2O(CuO) у вигляді наносистем типу нейронні системи

Конкретна фундаментальна задача в рамках загальної проблеми, яка була вирішена при виконанні проекту полягала у встановленні взаємозалежності між структурно-морфологічними характеристиками конденсатів цинку та міді, з одного боку, і такими технологічними параметрами, як потужність розряду в накопичувальній системі плазма-конденсат і тиск робочого газу, з іншого боку. Проведено дослідження структури і фазового складу конденсатів за допомогою растрової і просвітлювальної електронної мікроскопії, на підставі яких були встановлені оптимальні технологічні параметри формування наносистем Zn/Cu. При цьому були проведені детальні дослідження етапу нукліації конденсатів міді і цинку. Відсутність перколяції, як по мідні так і цинковій складових визначалася при вивченні провідності через ці складові. При цьому встановлені три варіанта зародження конденсатів цинку. Перший з них реалізується при використанні накопичувальної системи плазма-конденсат і температурі ростової поверхні 280 °C. В цьому випадку формується надтонка суцільна плівка цинку. В області більш низьких температур ростової поверхні (180÷250 °C) на початковому етапі відбувається формування пов’язаних між собою нанониток, а при подальшому зниженні температури формується суцільна полікристалічна плівка. Використовуючи енергодисперсійний рентгенівський аналіз було встановлено, що надпоруваті наносистеми цинку та міді мають в своєму складі незначну кількість домішок у вигляді кисню

Механізми формування універсальних сенсорів на основі анізотропних гетеропереходів ZnO/Cu2O(CuO) у вигляді наносистем типу нейронні мережі

Предмет дослідження: закономірності змін структурно-морфологічних характеристик та елементного складу наносистем в процесі іх окислення, а також сенсорні характеристики ZnO і ZnO/NiO. Конкретна фундаментальна задача в рамках загальної проблеми, яка була вирішена при виконанні другої частини проекту полягала у встановленні взаємозалежності між структурно-морфологічними характеристиками окислених наносистем, з одного боку, і умовами окислення та сенсорними характеристиками, з іншого боку

Вдосконалення технології отримання та післяростової обробки плівок сульфідів(оксидів) олова та цинку (SnS2, SnS, ZnO(S), Zn(Mg))

Покращення технології отримання однофазних плівок SnS2 і SnS, шляхом удосконалення технологій термічного випаровування у КЗО (вакуумний метод). Розробка комплексних підходів до вивчення впливів умов одержання плівок на їх структурні властивості. В результаті це дасть можливість визначити оптимальні фізико-технологічні умови отримання високотекстурованих однофазних конденсатів з низьким рівнем мікродеформацій, малою концентрацією дефектів пакування та дислокацій в об’ємі зерен, придатних для приладового використання