Введение
ЧАСТЬ 1 Аналитический обзор литературы 23
Глава 1 Наноматериалы: актуальность исследования 23
Особенности свойств нанокристаллов в сравнении с крупнокристаллическими металлами и полупроводниками 27
Глава 2 Обоснование выбора новейших методов исследования атомной и электронной структуры нанокристаллических материалов 32
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 32
Исследование химических связей методом фотоэлектронной спектроскопии.. 37
Многокомпонентная структура спектров 37
Факторы, влияющие на энергетическое положение фотоэлектронных спектральных линий. Химический и размерный сдвиг 38
Применение спектроскопии потери энергии электронов высокого разрешения (HREELS - High Resolution Electron Energy Losses Spectroscopy) для исследования особенностей электронной структуры материалов 40
Глава 3 Скрытые возможности электронной спектроскопии для изучения наноматериалов и определения критических размеров з
Исследования полупроводниковых нанокристаллов методами электронной спектроскопии 43
Эффект размерного сдвига электронных уровней в нанокристаллических полупроводниках 43
Электростатический подход к описанию процесса эмиссии фотоэлектронов из нанокристалла. Эффекты начального и конечного состояния 44
Диэлектрическая постоянная в наносостоянии 46
Эффект квантового конфайнмента (quantum confinement) 48
Заключение по литературному обзору 51
ЧАСТЬ 2 Материалы и методы 53
Глава 4 Наноматериалы, исследуемые в работе и процессы их получения 53
Нанокристаллы сульфида свинца (PbS), полученные осаждением в химической ванне 53
Неупорядоченные нанопроволоки ZnO 54
Многослойные гетероструктурные покрытия (Ti34Al66)N/Ag, полученные методом магнетронного напыления 55
Изготовление и характеризация тонких пленок ZnO 59
Глава 5 Методы исследования структуры, фазового состава и электронной структуры изучаемых наноматериалов 60
Рентгеновская дифрактометрия 60
Исследование морфологии тонких пленок ZnO 60
Исследование тонких пленок ZnO в исходном состоянии методом Рентгеновской Абсорбционной Спектроскопии Края Поглощения (XANES) 61
Оптические свойства тонких пленок ZnO 61
Сканирующая электронная микроскопия 61
Анализ электронно-микроскопических изображений нанокристаллических образцов 62
Сканирующая просвечивающая микроскопия 64
Электронная спектроскопия 64
Подготовка образцов к исследованиям методами электронной спектроскопии 65
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 65
Математическая обработка РФС спектров 67
Глубинное профилирование 68
Спектроскопия потерь энергии электронов в режиме отражения 70
Сканирующая электронная микроскопия характеристических потерь электронов Спектроскопия потерь энергии электронов высокого разрешения 72
Анализ спектров потерь энергии электронов 73
Анализ протяженной тонкой структуры спектров потери энергии электронов
(EELFS) 74
Измерение теплопроводности металл-диэлектрических покрытий 75
ЧАСТЬ 3 Закономерности изменения электронной структуры и свойств нанокристаллов PbS и нанопроволок ZnO 76
Введение 76
Глава 6 Электронная структура кристаллов PbS различной дисперсности 77
Исследование гранулометрического состава образцов нанокристаллического сульфида свинца методом сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения 77
Исследование влияния размера нанокристаллов сульфида свинца на электронную структуру внутренних уровней методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС) 81
Исследование зарождения квантово-размерных эффектов в полупроводниковых нанокристаллах сульфида свинца 85
Резюме раздела 88
Влияние пространственной конфигурации и морфологии нанокристаллов PbS на пороговое значение проявления размерного эффекта 89
Исследование влияния наноструктурирования кристаллов PbS на энергию электронов на различных электронных уровнях вблизи валентной зоны 91
Исследования зонной структуры нанокристаллов PbS методом Спектроскопии Потерь Энергии Электронов Высокого Разрешения (HREELS) 94
Исследование влияния наноструктурирования на работу выхода электронов из кристаллов PbS 98
Глава 7 Исследование трансформаций электронной структуры наностержней ZnO в сравнении с объемным материалом 100
Электронная структура наностержней ZnO 100
Трансформации зонной структуры ZnO при переходе в наноструктурированное состояние 102
Глава 8 Влияние морфологических особенностей строения наноматериалов на трансформацию их электронной структуры при наноструктурировании .
Сравнение полупроводниковых нанокристаллов PbS различной дисперсности и нанопроволок ZnO 105
Заключение к части 3 107
ЧАСТЬ 4 Эффекты конфайнмента экситонов и электронов остовных уровней в прозрачных тонких пленках ZnO 108
Введение 108
Глава 9 Результаты исследований морфологии и электронных свойств пленок ZnO различной толщины 110
Изучение морфологии тонких пленок ZnO 110
Электронная структура тонких пленок ZnO различной толщины 113
Оптические свойства тонких пленок ZnO различной толщины 116
Глава 10 Обсуждение результатов исследования морфологии и электронной структуры тонких пленок ZnO различной толщины 120
Заключение к части 4 124
ЧАСТЬ 5 Влияние трансформаций электронной структуры и особенностей
распространения фононов на аномальное снижение теплопроводности в металл диэлектрических гетероструктурах 126
Введение 126
Глава 11 Исследование морфологии и атомной структуры тонких слоев серебра в наноструктурированном композите TiAlN/Ag 128
Морфология TiAlN/Ag покрытий, полученных методом магнетронного распыления 128 Кристаллическая структура и фазовый состав металл-диэлектрических покрытий
130
Атомная структура металл-диэлектрических покрытий 133
Глава 12 Трансформации электронной структуры металлических нанослоев Ag в зависимости от толщины 137
Влияние наноструктурирования Ag на энергию электронов на внутренних уровнях 137
Структура энергетических уровней наноструктурированных пленок Ag вблизи уровня Ферми 138
Теплопроводность металл-диэлектрических покрытий на основе размерного эффекта 140
Глава 13 Влияние изменений электронной структуры на теплопроводность наноламинатных TiAlN/Ag покрытий 142
Исследование изменений фононной структуры при наноструктурировании тонких слоев серебра 148
Влияние границ раздела на теплопроводность металл-диэлектрических покрытий TiAlN/Ag 151
Плазмонный резонанс в наноструктурированных слоях Ag и на границах раздела металл-диэлектрик 153
Феноменологическая модель физических процессов, происходящих при
распространении тепла через многослойное покрытие TiAlN/Ag 156
Заключение к части 5 158
Выводы 162
Список литературы
