The article shows the role of oxygen vacancies in the formation of luminescence bands of titanium and hafnium oxides, and also demonstrates the relationship between the intensity of luminescence bands and the conditions for the synthesis of films of these materials. It is concluded that photoluminescence is a very sensitive method for diagnosing the composition of oxides. Luminescence bands at 2.45 eV in titanium oxide and 2.91 eV in hafnium oxide make it possible to analyze the change in the film composition under various technological conditions of their production.

Моделируется катастрофическая деградация эмиссионных катодов на основе углеродных нанотрубок, которая происходит из-за разрушения нанотрубки в дефектной области в результате перегрева. Модель учитывает разогрев нанотрубки путем выделения тепла Джоуля, а также радиационное излучение и охлаждение вследствие эффекта Нотингема, заключающегося в уменьшении температуры эмитирующего конца за счет энергии, уносимой потоком эмитированных электронов. Предложенная модель сравнивается с экспериментом по деградации одиночной нанотрубки. Эксперимент подтверждает катастрофическое разрушение и показывает, что разрушению способствует возникновение термоэлектронной эмиссии, которая вызывает быстрый рост тока и, соответственно, температуры дефектной области нанотрубки. Ключевые слова: автоэлектронные эмиттеры, деградация, разогрев нанотрубки, дефекты, катастрофическое разрушение.

Diodes of type Metal-Dielectric 1-Dielectric 2-Metal are promising for use in devices paired with antennas-rectennas. To create diodes with the characteristics required for operation, it is necessary to understand the mechanisms of current transport in both dielectrics and their contacts with metals. To solve this problem, it is necessary to develop an algorithm for dividing the general current-voltage characteristic into characteristics of individual contacts, the analysis of which will also allow us to investigate the problems of the properties of defects in the dielectrics that make up the diode. In this paper, the solution of the above problems is presented on the example of the Al-Al2O3-Ta2O5-Ni diode. The authors showed how one can divide the current-voltage characteristic into components, calculate potential barriers at the boundaries of metals with contacting dielectrics, and determine the concentration and energy characteristics of structural defects in dielectrics.

This article compares TiN layers produced by electron beam evaporation (EBE) and atomic layer deposition (ALD) for the effect of barrier layer deposition technology on the formation of carbon nanotube (CNT) growth catalyst nanoparticles. The layers obtained by EBE have a roughness 1.5 times higher than the layers deposited by the ALD method (Ra = 1 nm and Ra = 0.6 nm). Nanoparticles formed on the surface of the EBE layer are characterized by a large average size (about 30 nm) and a 1.3 times greater dispersion of the distribution compared to nanoparticles formed on the ALD layer. TiN layers obtained by EBE are characterized by better surface wettability in comparison with ALD layers. The contact angle for catalyst nanoparticles on the surface of the EBE layer of TiN is about 30 degrees and approaches 90 degrees for ALD layers. Catalyst spreading is due to the Wenzel model. It is shown that the higher surface roughness of the EBE samples is associated with the crystallization of TiN, since the layer formation process proceeds at a higher temperature compared to the ALD process. For this reason, the use of barrier layers obtained by the ALD method is preferable for the formation of CNT growth catalyst nanoparticles on their surface.

Проведено исследование влияния условий отжига на формирование наночастиц никеля на барьерном слое нитрида титана, синтезированного методом атомно-слоевого осаждения. Показано, что размеры наночастиц зависят от температуры и времени отжига. При температурах выше 700°C и длительности отжига более 5 мин наблюдается явление коалесценции, которое приводит к росту частиц и уменьшению их поверхностной плотности. Во время отжига никель диффундирует в нитрид титана и его количество на поверхности падает. Экспериментальные результаты согласуются с моделированием формирования наночастиц в рамках гидродинамической модели. Определены потенциал взаимодействия катализатора с буферным слоем и вязкость расплава, которые показывают, что при плавлении тонкого слоя никеля, порядка единиц нанометров, металл подобен переохлажденной жидкости. Моделирование показало, что при отжиге па́ры тонкая пленка металла–барьерный слой средний размер наночастицы меньше при меньших потенциалах взаимодействия между веществами па́ры.

In this article, we consider defect formation in hafnium oxide, which belongs to high-K dielectrics and is a promising material in different areas of nano- and optoelectronics. Hafnium oxide, synthesized by the method of atomic layer deposition, usually forms with a significant oxygen deficiency and contains large number of vacancies. The oxygen vacancies characterized by photoluminescence methods. We showed that the electron-phonon interaction greatly influenced on formation of emission bands. In this case, the emission band can’t identify only by the emission maximum. We need to calculate such band parameters as heat release and the energy of a purely electronic transition. This energy that can be compared with the results of theoretical calculations from the first principles.

In this work, a study was made of the influence of silicon diode manufacturing technology on the emergence of generation and recombination centers. The electrical characteristics of p-n junctions formed in different ways on n-type silicon substrates were compared: a) the p-type layer was created by the diffusion method; b) the p-type layer was formed by ion implantation into an epitaxial n-layer preliminarily grown on the substrate; c) two n- and p-type epitaxial layers were successively deposited on the substrate. It has been established that for diodes based on a double epitaxial layer, the direct and reverse current-voltage characteristics (CVC) are due to the diffusion mechanism, and the structures themselves have a low concentration of recombination centers. At the same time, in diodes based on the diffusion method and ion implantation, the CVCs are due to the generation-recombination mechanism. With reverse bias, electron-phonon processes play a significant role in the formation of the CVC, and with forward bias, carrier recombination in the region of the space charge of the p-n junction. The concentrations and energies of recombination centers have been determined.

The formation of nanosized catalyst particles for the growth of carbon nanotubes can be carried out during the crystallization of amorphous films consisting of two metals, one of which has higher free energy of the oxide. During annealing in the presence of oxygen, this metal is oxidized with the reduction of the second metal, which leads to the formation of nanoparticles embedded in the oxide of the first metal. This the process has been experimentally and theoretically studied by the example of the formation of cobalt nanoparticles on the surface of amorphous Co-Zr-O films as a result of the decomposition of a supersaturated solid solution and mechanical stresses arising during the oxidation of zirconium. We have proposed a mechanism for the formation of catalyst nanoparticles and phenomenological model of this process developed on the basis of the phase-field theory.

Crystallization of amorphous titanium oxide films synthesized by magnetron sputtering was carried out at temperatures of 700, 800, and 900 oC in an oxygen atmosphere. The refractive index of the films increases during crystallization with a time constant that depends on temperature, which made it possible to determine the activation energy of the crystallization process on the order of 0.6 eV. The growth kinetics model for the titanium oxide nanocrystals, which is used in this work, showed that the indicated activation energy corresponds to the diffusion energy of oxygen vacancies. This process is decisive for the growth of titanium oxide nanocrystals upon annealing in an oxygen atmosphere. The study of photoluminescence has shown that crystallization leads to a change in the ratio of intensities of different emission bands. The bands that are associated with the oxygen vacancy are extinguished. A decrease in the concentration of these vacancies in films leads to an increase in their resistance and stabilization of the films in time.

Представлены результаты экспериментов по синтезу нестехиометрических пленок оксидов титана при различных парциальных давлениях кислорода и мощностях разряда в реакторе при магнетронном распылении, а также результаты их термодинамического анализа. Увеличение парциального давления кислорода и снижение парциального давления титана при синтезе пленок приводит к фазовому переходу монооксида в диоксид титана, структурным изменениям пленки от мелкокристаллической к аморфной, а также изменению соотношения дефектов в материале пленки. Сопротивление пленок при этом растет на порядки своей величины. Теоретически и экспериментально показано, что это связано с изменением стехиометрического со пленок. Ключевые слова: диоксид титана, монооксид титана, парциальное давление кислорода и титана, стехиометрия, фазовый и структурный переход, прыжковая проводимость.

Исследованы вольт-амперные характеристики кремниевых фотодиодов до и после облучения γ-квантами энергией 1.25 МэВ и дозой облучения 0.5 МРад. Установлено, что обратные токи определяются механизмом Пула--Френкеля в сильном электрическом поле с влиянием электрон-фононного взаимодействия. Разработана методика и рассчитаны параметры электрон-фононного взаимодействия, описываемого конфигурационной однокоординатной моделью, из обратных вольт-амперных характеристик. Сделано предположение, что в результате облучения γ-квантами образуются центры дивакансии кремния с кислородом, которые и определяют обратные токи фотодиодов. Ключевые слова: обратная вольт-амперная характеристика, эффект Пула--Френкеля, электрон-фононное взаимодействие, облучение γ-квантами, центры дивакансии кремния с кислородом.

The recombination center Ti+3-oxygen vacancy, which plays an important role in photocatalysis processes, was studied. When titanium oxide was excited by a laser with a wavelength of 785 nm, a photoluminescence band was observed with a maximum of 1.236 eV. This band appears after crystallization of an amorphous titanium dioxide film in vacuum at a temperature of 650° C for 30 min. The shape of the band was studied by the method of moments and the parameters of its electron-phonon interaction were determined: the energy of a purely electronic transition is 1.28 eV, the Huang and Rhys factor is 2, and the heat release is 0.04 eV. These values ​​can be used to calculate the parameters of the kinetic coefficients of electronic transitions in strong electric fields.

Разработана технология легирования углеродных нанотрубок азотом в плазме аммиака. Нанотрубки, синтезированные по технологии, исключающей легирование азотом, подвергались обработке в плазме аммиака. В результате концентрация азота в нанотрубках увеличивалась в 5 раз с 0.7 до 3.6 at.%, сопротивление нанотрубок падало в 6 раз, работа выхода уменьшалась на 10%. Такое воздействие приводило к стабилизации процесса эмиссии. Ключевые слова: углеродные нанотрубки, легирование азотом, плазма аммиака, холодная эмиссия.