Donāts Erts LU Ķīmiskās fizikas institūts Nanovadu struktūras ir parādījušas sevi kā efektīvi (Nat. Mater, 2005, 4, 455) fotošūnu elektrodu materiāli 1.katrs nanovads nodrošina tiešu elektronu ceļu uz kolektora elektrodu, 2. samazinās elektronu ķērāju centru daudzums salīdzinot ar plaši pielietotajiem nanokristāliskoiem elektrodiem, kur tie šādi centri veidojas uz kristalītu robežas. 3.Nanovadi nodrošina garāku optisko ceļu multiizkliedei. Tiks pētīta silīcija, ģermānija, bismuta un antimonija sulfīdu un citu pusvadītāju nanovadu pielietošana enerģijas konversācijai, tiks noteikta pārveidošanas efektivitāte, optimālā nanovadu struktūra, tiks kontrolēta katra individuāla nanovada foto efekta iznākums, tiks noteikta lādiņu mobilitāte un citi parametri.
1. Kontaktu veidošana pie individuāliem Sb 2 S 3 nanovadiem, izmantojot elektronu litogrāfiju Si/SiO 2 16 elektrodu plāksnīte Rozetēs sakārtoti Sb 2 S 3 NW Uz plāksnītes uznesti Bi 2 S 3 NW Individuāls Bi 2 S 3 NW, Ø 200 nm
Ar EBL uz individuāliem Bi 2 S 3 NW izveidoti elektrodi
2. Veikt individuālu un nanoporās audzētu Sb 2 S 3 nanovadu elektrovadošo īpašību pētījumus Pusvadītāja materiāls Zonas platums 1,8 2,5 ev Cietības skalas vērtība 2 (Mosa skala) Pielietojuma iespējas Saules enerģijas izmantošana Foto elektriskas ierīces
Vadāmības mērōišana ar elektrovadošu AFM zondi Modifikācija, pārvietošanās Translācijas kustība Rotācijas kustība Vada pielipšana adatai
Vadāmības mērīšana ar elektrovadošu AFM zondi Kontakpretestība (5 20 GΩ) Īpatnējā pretestība (1400 3700 Ω m) Literatūras avotos (10 5 10 12 Ω m, vidēji 5 10 6 Ω m) Strāvas stiprums I, pa 1000 80 70 y = 19,067x + 11,81 60 500 50 40 30 20 0-10 -5 0 5 10 10 Pretestība R (GΩ) 0 0-500 1 2 3 4 Attālums no elektroda l (μm) -1000 Pieliktais spriegums U,V R = R 0 + l ρ S
in situ eksperimenti Nanoporās sakārtoti nanovadi Individuāls nanovads ρ=1.5 4.0 kω cm ρ=4 10 kω cm ρ=20 28 kω cm
3. Veikt Sb 2 S 3 nanovadu fotovadāmības pētījumus un salīdzināt ar Bi 2 S 3 fotovadāmību. EL 3 4 20 15 10 5 Vadības bloks 0 0.6 0.4 0.2 5 0 0.2 0.4 0.6 10 Light OFF 15 Light ON 20 25 I{nA}=f(U{V}) Sb2S3 eksperimenti tiks pabeigti decembra sākumā)
Impedances pirmie mērījumi Al 2 O 3 poras (rūpnieciskās atvērtas), Al 2 O 3 poras (100 nm) pārklātas ar Au (50 100 nm), Al 2 O 3 poras (200 nm) pārklātas ar Pd (200 nm)
Sendviča veida elektrolītiskās šūnas impedances mērījumiem Apzīmējumi: 1- elektrolīts; 2- anods 3- alumīnija poras 4- katods 5- references elektrods 6- tiltiņš no filtrpapīra
Impedances spektri uzņemti rūpnieciski ražotiem alumīnija oksīda poru plāksnītēm: pēc poru atvēršanas un pēc Au vai Pd slāņa uzputināšanas. Redzams, ka uzputinot Au vai Pd samazinās kopējā pretestība modulis Z (ω) no 18 kω līdz 10-11 kω. Impedances spektri vienotā skalā pārsedzas, tas nozīmē, ka moduļus savā starpā drīkst salīdzināt, jo tie ir vienas dabas. Visi trīs impedances spektri labi aprakstās ar ekvivalento elektrisko shēmu, kas parādīta apakšā un kas sastāv no diviem cikliem (polarizācijas pretestības R 2, R 3 un konstantās fāzes elementa Q 1, Q 2 ) un elektrolīta pretestības R 1. Elektroķīmiskie impedances spektri Impedances spektri vienotā skalā -Zj, kω cm 2 12 10 8 6 4 2 0 Al2O3 poras atvērtas Al2O3 poras + uzputināts Pd Z (ω)=11.16 kω Al2O3 poras + uzputināts Au Z (ω)=10.47 kω Z (ω)=18.04 kω 0 5 10 15 20 25 Z r, kω cm 2 -Zj / (Zr, max - Ze) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 (Z r - Z e ) / (Z r, max - Z e )
Sakarība starp kapacitāti, potenciālu un uzputināto metālu Cs, μf cm -2 40 30 20 10 Al 2 O 3 poras atvērtas Al 2 O 3 poras + uzputināts Au Al 2 O 3 poras + uzputināts Pd 0-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Potenciāls, V
. Elektroķīmiska loga statistiskais apgabals kurā ir vismazākā strāvas plūsma. Al 2 O 3 poras pārklātas ar Au un Pd slānīti. Potenciāls no +0.08 līdz +0.37 V, strāva -0,5 +0.5 μa.
Rezultāti J. Bukins, G. Kunakova, P. Birjukovs, J. Prikulis, J. Varghese, J.D. Holmes, D. Erts.. Characterization of conductive properties of semiconductor nanowires by conductive AFM and in-situ methods. Advanced Materials Research, submitted J. Varghese, S. Barth, A. Panneerselvam, L. Keeney, P. Birjukovs, D. Erts, R. Whatmore, J.D. Holmes. Piezoelectric Sb 2 S 3 nanowire arrays. Sagatavots iesniegšanai 2 bakalaura darbi: J. Bukins (Fizikas matemātikas fakultāte); Gunta Kunakova (Ķīmijas fakultāte) Strādā doktorants Pāvels Birjukovs, grāda pretendente Jana Andžāne, iesaistīoti studenti Līga Jasulaņeca, Raimonds Meija