Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Кочкуров Л. А., Волчков С. С., Васильков М. Ю., Плугин И. А., Климова А. А., Зимняков Д. А. Деградация проводимости низкоразмерных наноструктурированных полупроводниковых слоев при длительном протекании постоянного тока // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2024. Т. 24, вып. 1. С. 41-51. DOI: 10.18500/1817-3020-2024-24-1-41-51, EDN: AUQNBD

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
01.03.2024
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 38)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нанотехнологии, наноматериалы и метаматериалы
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.311.322
DOI: 
10.18500/1817-3020-2024-24-1-41-51
EDN: 
AUQNBD

Деградация проводимости низкоразмерных наноструктурированных полупроводниковых слоев при длительном протекании постоянного тока

Авторы: 
Кочкуров Леонид Алексеевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Волчков Сергей Сергеевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Васильков Михаил Юрьевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Плугин Илья Анатольевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Климова Анжелика Андреевна, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Зимняков Дмитрий Александрович, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований деградации омической проводимости низкоразмерных полупроводниковых наноструктур на основе оксида индия, осажденных на кремниевые подложки со встречно-электродными системами. Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о наличии перехода «полупроводник – диэлектрик», проявляющегося в значительном обеднении ансамблей подвижных носителей заряда в проводящих мостиках при захвате носителей поверхностными ловушками при длительном протекании постоянного тока с последующей низкой релаксационной способностью исследуемых систем. Для исследования влияния толщины образца на порог протекания и критический показатель проводимости композитов металл-диэлектрик была использована численная модель резистивной сетки с кубической формой ячеек. В результате проведенных исследований было выявлено, что небольшое увеличение толщины квазидвумерной структуры приводит к значительному уменьшению порога протекания и возрастанию критического показателя проводимости. В совокупности экспериментальные данные и результаты моделирования представляют оценки критического показателя проводимости исследуемой структуры. На основе этих оценок и данных микроскопического и профилометрического анализа исследуемая система может быть рассмотрена как переходная между двумерной и трехмерной проводящей матрицей.

Ключевые слова: 
проводимость
наночастицы
межэлектродные мостики
порог протекания
критический показатель
оксид индия
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-29-00612).
Список источников: 
  1. Witkiewicz Z., Jasek K., Grabka M. Semiconductor gas sensors for detecting chemical warfare agents and their simulants. Sensors, 2023, vol. 23, iss. 6, article no. 3272. https://doi.org/10.3390/s23063272
  2. Qin Q., Olimov D., Yin L. Semiconductor-type gas sensors based on γ-Fe2O3 nanoparticles and its derivatives in conjunction with SnO2 and graphene. Chemosensors, 2022, vol. 10, iss. 7, article no. 267. https://doi.org/10.3390/chemosensors10070267
  3. Sharma A., Ahmed A., Singh A., Oruganti S. K., Khosla A., Arya S. Review–Recent advances in tin oxide nanomaterials as electrochemical/chemiresistive sensors. J. Electrochem. Soc., 2021, vol. 168, iss. 2, pp. 027505. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abdee8
  4. Chen N., Deng D., Li Y., Xing X., Liu X., Xiao X., Wang Y. The xylene sensing performance of WO3 decorated anatase TiO2 nanoparticles as a sensing material for a gas sensor at a low operating temperature. RSC Adv, 2016, vol. 6, iss. 55, pp. 49692–49701. https://doi.org/C6RA09195D
  5. Feiyu D., Wang Y. Transition metal oxide nanostructures: Premeditated fabrication and applications in electronic and photonic devices. J. Mater. Sci., 2018, vol. 53, iss. 6, pp. 4334–4359. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1862-3
  6. Sudarshan S., Das S., Ray S. K. Progress in group-IV semiconductor nanowires based photonic devices. Appl. Phys. A, 2023, vol. 129, iss. 3, article no. 216. https://doi.org/10.1007/s00339-023-06483-7
  7. Baldini E., Palmieri T., Pomarico E. Auböck G., Chergui M. Clocking the ultrafast electron cooling in anatase titanium dioxide nanoparticles. ACS Photonics, 2018, vol. 5, iss. 4, pp. 1241–1249. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b00945
  8. Song Y., You K., Chen Y., Zhao J., Jiang X., Ge Y., Wang Y., Zheng J., Xing C., Zhang H. Lead monoxide: A promising two-dimensional layered material for applications in nonlinear photonics in the infrared band. Nanoscale, 2019, vol. 11, iss. 26, pp. 12595–12602. https://doi.org/10.1039/c9nr03167g
  9. Li J., Chen C., Liu S., Lu J., Goh W. P., Fang H., Qiu Z., Tian B., Chen Z., Yao C., Liu W., Yan H., Yu Y., Wang D., Wang Y., Lin M., Su Ch., Lu J. Ultrafast electrochemical expansion of black phosphorus toward high-yield synthesis of few-layer phosphorene. Chem. Mater., 2018, vol. 30, iss. 8, pp. 2742–2749. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.8b00521
  10. Terna A. D., Elemike E. E., Mbonu J. I., Osafile O. E., Ezeani R. O. The future of semiconductors nanoparticles: Synthesis, properties and applications. Mater. Sci. Eng. B, 2021, vol. 272, iss. 2, pp. 115363. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115363
  11. Collins G., Lonergan A., McNulty D., Glynn C., Buckley D., Hu C., O’Dwyer C. Semiconducting metal oxide photonic crystal plasmonic photocatalysts. Adv. Mater. Interfaces, 2020, vol. 7, iss. 2, pp. 1901805. https://doi.org/10.1002/admi.201901805
  12. Morris A. J., Monserrat B. Optical absorption driven by dynamical symmetry breaking in indium oxide. Phys. Rev. B, 2018, vol. 98, iss. 16, pp. 161203(R). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.161203
  13. Schmidt-Grund R., Krauß H., Kranert C., Bonholzer M., Grundmann M. Temperature dependence of the dielectric function in the spectral range (0.5–8.5) eV of an In2O3 thin film. Appl. Phys. Lett., 2014, vol. 105, iss. 11, pp. 111906. https://doi.org/10.1063/1.4896321
  14. Zimnyakov D. A., Volchkov S. S., Vasilkov M. Y., Plugin I. A., Varezhnikov A. S., Gorshkov N. V., Ushakov A. V., Tokarev A. S., Tsypin D. V., Vereshagin D. A. Semiconductor-to-Insulator Transition in Inter-Electrode Bridge-like Ensembles of Anatase Nanoparticles under a Long-Term Action of the Direct Current. Nanomaterials, 2023, vol. 13, iss. 9, article no. 1490. https://doi.org/10.3390/nano13091490
  15. Gallyamov S. R., Mel’chukov S. A. Percolation model of conductivity of two-phase lattice: Theory and computer experiment. Vestn. Udmurtsk. Univ. Mat. Mekh. Komp. Nauki, 2010, no. 4, pp. 112–122 (in Russian). https://doi.org/10.20537/vm100413
  16. Gingold D. B., Lobb C. J. Percolative conduction in three dimensions. Phys. Rev. B, 1990, vol. 42, iss. 13, pp. 8220–8224. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.42.8220
  17. Normand J.-M., Herrmann H. J. Precise determination of the conductivity exponent of 3D percolation using “Percola”. International Journal of Modern Phys., 1996, vol. 6, iss. 6, pp. 813–817. https://doi.org/10.48550/arXiv.cond-mat/9602081
  18. Clerc J.-M., Podolskiy V. A., Sarychev A. K. Precise determination of the conductivity exponent of 3D percolation using exact numerical renormalization. The European Phys. J. B, 2000, vol. 15, iss. 3, pp. 507–516. https://doi.org/10.1007/s100510051153
  19. Kozlov B., Laguës M. Universality of 3D percolation exponents and first-order corrections to scaling for conductivity exponents. Physica A, 2010, vol. 389, iss. 23, pp. 5339–5346. https://doi.org/10.1016/j.physa.2010.08.002
  20. Zekri L., Kaiss A., Clerc J.-P., Porterie B., Nouredine Z. 2D-to-3D percolation crossover of metal–insulator composites. Phys. Lett. A, 2011, vol. 375, iss. 3, pp. 346–351. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2010.11.043
Поступила в редакцию: 
28.10.2023
Принята к публикации: 
20.12.2023
Опубликована: 
01.03.2024
  • 207 просмотров