Деградация проводимости низкоразмерных наноструктурированных полупроводниковых слоев при длительном протекании постоянного тока

Обложка

Цитировать

Полный текст

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.

Об авторах

Леонид Алексеевич Кочкуров

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Сергей Сергеевич Волчков

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН

ORCID iD: 0000-0002-3928-8836
Scopus Author ID: 57202159944
ResearcherId: B-7770-2018
410019 Саратов, ул. Зеленая, д. 38

Михаил Юрьевич Васильков

Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН

ORCID iD: 0000-0003-1579-1194
Scopus Author ID: 56451042200
ResearcherId: M-6825-2016
410019 Саратов, ул. Зеленая, д. 38

Илья Анатольевич Плугин

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0000-0002-1066-1596
Scopus Author ID: 57200115169
ResearcherId: E-8700-2019
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Анжелика Андреевна Климова

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0009-0000-7237-2979
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Дмитрий Александрович Зимняков

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).