КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-22-10007

НазваниеРазработка гетероструктурных переходов на основе углеродных, органических и металлоорганических материалов для полупроводниковых устройств оптоэлектроники и солнечной энергетики

РуководительМазинов Алим Сеит-Аметович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского", Республика Крым

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс).

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые словаОрганические тонкие пленки, барьерные гетероструктуры, цинковый комплекс, гидразон, изатин, фуллерен, солнечный элемент, фотоэлектрические преобразователи, оптический спектр, люминесценция, электромагнитное излучение

Код ГРНТИ29.19.22

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Революция в области применения оптоэлектронных молекулярных соединений привела к возможности использования принципиально новых фотоэлектрических материалов. Особый интерес появился и к связкам углеродных и органических материалов, которые могут стать мостиком между традиционной и органической электроникой. Появление возможности их использования в микроэлектронике и в фотоэлектрических технологиях позволило получить лучшее понимание свойств таких материалов и уверенности в их применении. Благодаря простоте и дешевизне производства органические функциональные слои особо привлекательны для фотогальваники и TFT схемотехники. В настоящий момент ощущается острая нехватка элементарных полупроводниковых приборов (интегральных микросхем, датчиков, сенсоров и т.д.) необходимых для построения различных электронных устройств. Это в первую очередь связанно с вызванной пандемией временной остановки крупных мощностей производства традиционных микроэлектронных устройств. Традиционные технологические цепочки конструирования микроэлектронных схем являются достаточно инертными в связи с использование в своей основе высокотемпературных кристаллических технологий. Постепенный переход в начале 2000х годов на органическую электронику дает возможность использования более гибких технологий, строящихся на органических материалах, позволяющих быстро в нормальных условиях и с меньшими затратами конструировать интеллектуальные электронные системы. Заметный прогресс в области органической электроники привлекает достаточно большое внимание, как научного сообщества, так и отрасли, которые занимаются созданием инновационных устройств. Рассматриваемая группа углеродных, органических и гибридных материалов практически отвечает всем предъявленным выше требованиям и при удачном нахождении оптимальных соотношений позволит более эффективно преобразовывать падающее электромагнитное излучение в нужный частотный диапазон, тем самым создавая датчики приема излучения на заданную частоту. Также одним из преимуществ органических систем является их чувствительность к широкому частотному диапазону, от ИК до ультрафиолета, включая видимый диапазон. Перестройка органических материалов в данном диапазоне достаточно проста и позволяет посредством внесения дополнительных лигандов задавать нужный спектр как поглощаемой так и излучаемой электромагнитной энергии. К тому же частотные свойства органических материалов используются, как правило, в видимом диапазоне и слабо задействованы в УФ, ИК и СВЧ диапазонах.

Ожидаемые результаты
Ожидаемым результатом работы планируется получение органических тонкопленочных структур, на основе цинковых комплексов, комплексов меди, гидразонов и изатинов. Данные тонкопленочные структуры будут играть роль дополнительного переизлучающего слоя на поверхности солнечного элемента. Особенность переизлучения ультрафиолетового спектра, таких материалов, в область видимого диапазона в перспективе позволит повысить эффективность существующих фотоэлектрических преобразователей на 1-2%, а также повысить устойчивость фотопреобразователя к УФ-разрушению. Ожидается получение прототипов диодных структур, в частности туннельного диода, обладающих отрицательным дифференциальным сопротивлением, на основе гибридных органических цинковых комплексов. Отдельно стоит отметить получение композитной гетероструктуры базирующейся на связке фуллерена (С60, С70, PCBM) и органических гибридных материалов. Которая позволит в зависимости от химического состава органических и координационных соединений и концентрации наноструктурированной фазы углерода изменять спектральные свойства фотопреобразующих структур в широком диапазоне длин волн. (что будет на 20% дешевле существующих мировых аналогов).

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Полимерные нанокомпозиты являются потенциальными материалами современной электроники. Изменение структуры полимеров путем включения полупроводниковых и проводящих материалов позволяет существенно улучшить их свойства. Так, в последние годы исследователи уделяют большое внимание изучению квантовых точек (КТ) из-за их новых структурных, электрических и оптических свойств. Использование квантовых точек на основе сульфида серебра позволяет сочетать в себе преимущества и высокую эффективность КТ, а также малую токсичность. Формирование гибридных наноструктур на основе полупроводниковых коллоидных квантовых точек и наночастиц благородных металлов позволяет управлять фундаментальными свойствами КТ. Представлены результаты исследования структурных и электрофизических параметров коллоидных квантовых точек сульфида серебра (КТ Ag2S/SiO2) и плазмонных наночастиц Au. Показано, что КТ Ag2S/SiO2 содержат кристаллическое ядро размером 1.6 нм в моноклинной модификации и аморфную SiO2 оболочку толщиной около 1.6 нм, что соответствует примерно одному монослою органического лиганда (3-меркаптопропил)-триметоксисилана. Показано, что сэндвич-структура Al-Ag2S/SiO2-ITO имеет ВАХ барьерного типа, определяющуюся барьером Шоттки, возникающим на границе плёнка КТ Ag2S-Al. Использование плазмон-экситонных КТ Ag2S/SiO2/Au при формировании сэндвич-структур Al-Ag2S/SiO2/Au-ITO изменяет ВАХ на линейную. Также, в отличие от структуры на основе КТ Ag2S/SiO2 для Al-Ag2S/SiO2/Au-ITO обнаружен фотоотклик. Сделано заключение, что декорирование КТ Ag2S/SiO2 наночастицами Au повышает светочувствительность сэндвич-структуры. Добавление фуллерена С60 в структуру Al−Ag2Se−ITO позволило получить область с токовой неустойчивости с инверсией знака протекающего тока. Область токовой неустойчивости наблюдалась в диапазоне напряжений от 1.60 до 1.85 V при значениях тока от -2.5 до -3.0 μA. Полученные результаты свидетельствуют о формировании тонкопленочной сэндвич-структуры Ag2Se−С60, обладающей принципиально новыми электрофизическими свойствами. Впервые показано, что коллоидные КТ Ag2Se обладают токовой неустойчивостью с инверсией знака протекающего тока, которая может быть в перспективе использована для первичной генерации сигналов. Полученные отрицательные проводимости в гетероструктуре Al−С60−Ag2Se−ITO позволяют говорить о создании современных генераторов, поддерживающих уровни напряжений транзисторно-транзисторной логики, которые могут быть интегрированы в традиционную полупроводниковую электронику. При этом явным преимуществом исследуемых структур является упрощенный технологический цикл на основе коллоидной химии, позволяющий получать дешевые активные элементы.

 

Публикации

1. Гурченко В.С., Мазинов А.С., Тютюник А.С., Гревцева И.Г., Смирнов М.С., Асланов С.В., Овчинников О.В. Токовая неустойчивость в гетероструктурах на основе тонких слоев коллоидных квантовых точек Ag2Se и фуллерена С60 Письма в журнал технической физики, Т. 49, В. 21, С. 38 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.21.56463.19687

2. Гурченко В.С., Мазинов А.С., Тютюник А.С., Гревцева И.Г., Смирнов М.С., Чевычелова Т.А., Овчинников О.В. The voltage–current and spectral characteristics of thin layers of Ag2S quantum dots and their mixtures with plasmon nanoparticles Journal of the Korean Physical Society, V. 83(6), PP. 471–476 (год публикации - 2024) https://doi.org/10.1007/s40042-023-00890-y

3. Гурченко В.С., Тютюник А.С., Мазинов А.С. Фотоэлектрические и спектральные характеристики тонких пленок коллоидных квантовых точек сульфида серебра Прикладная физика, - (год публикации - 2023)