Электронно-микроскопические и рентгенодифракционные исследования наноструктур на основе ZnS в пористых матрицах оксида алюминия

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2011. Вып. 2
ФИЗИКА. ХИМИЯ

УДК 538.9

С.В. Хохряков, Р.Г.Валеев, А.Н. Бельтюков

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ И РЕНТГЕНОДИФРАКЦИОННЫЕ 
ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ZnS В ПОРИСТЫХ МАТРИЦАХ
ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

Проведен синтез полупроводниковых наноструктур сульфида цинка методом дискретного термического испарения порошка на пористые пленки оксида алюминия, полученные методом одностадийного анодного окисления. Наноструктуры исследовались методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Показано, что полученные наноструктуры имеют форму точек и колец, диаметр которых соответствует диаметру пор матрицы. Синтезированные наноструктуры имеют двухфазный состав, но основу составляет 
сфалеритная фаза.

Ключевые слова: наноточки и нанокольца ZnS, пористый оксид алюминия, дискретное термической испарение, 
сканирующая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция.

Введение

Современное материаловедение уделяет значительное внимание исследованию физико
химических, оптических, электронных свойств новых оптических материалов для различных областей технологии. При этом современные тенденции миниатюризации, особенно сильно проявляющиеся в уменьшении размеров элементов электронных микросхем, становятся актуальны и в оптоэлектронике, поскольку все чаще для обмена информацией между отдельными элементами схем применяются оптические волноводы, а следовательно, возникает необходимость в уменьшении размеров, 
как самих волноводов, так и устройств, приема-передачи информации [1; 2].

Наноструктуры на основе ZnS имеют большие перспективы для их применения в оптико
электронных приборах, солнечных батареях, ИК  датчиках  и лазерах [3-5]. Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений является разработка высокоэффективных твердотельных источников белого света с малым потреблением энергии, а также новых эффективных когерентных источников излучения, при этом уменьшение размеров (вплоть до десятков нанометров) отдельных источников может привести к значительному увеличению яркости при меньшем энергопотреблении.

Таким образом, актуальность создания устройств на основе полупроводниковых нанокомпози
тов и наноструктур, а также описания механизмов, влияющих на их свойства, обусловлена всеобщей 
тенденцией миниатюризации и ограниченностью подходов нанолитографии для формирования элементов размером < 10 нм. При этом особое место в развитии  наноэлектроники отводится пространственным нанокомпозитам на основе массивов квантовых точек и нитей, изолированных друг от друга слоями диэлектрика [6]. 

Проблема получения пространственно-упорядоченных сред с однородным распределением эле
ментов обычно решается с использованием подходов нанолитографии. В этом случае в качестве маски 
обычно используют специальные пластины для «засветки» определенных областей пленки с последующим селективным травлением пленки и осаждением вещества на образовавшийся микрорельеф. 
Однако этот метод и большинство других методов обладают существенными недостатками для широкомасштабного технологического применения, включая экономические (высокая себестоимость или 
энергоемкость производства с использованием физических методов) и экологические (использование 
канцерогенных и ядовитых поверхностно-активных веществ в химических методах) аспекты. Поэтому 
для синтеза наноструктур полупроводниковых материалов, а также создания прототипов устройств на 
их базе, могут быть использованы простейшие подходы термического и магнетронного напыления, отличающиеся низкой энергозатратностью и экологической чистотой процессов.

Приборы и методы

Синтез пористых пленок оксида алюминия проводился в двухэлектродной электрохимической 

ячейке. В качестве катода использовался электрод из нержавеющей стали. Источником тока являлся 
блок питания типа БП-50, позволяющий устанавливать напряжение и ток анодизации в пределах 0299 В и 0-299 мА соответственно.