Анотація до роботи:

Войнарович І. М. Структура і стимульовані зміни параметрів об’ємних та плівкових нанокомпозитів Bi(Sb) – As₂S_3. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників та діелектриків. – Ужгородський національний університет, Ужгород, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню структури і стимульованих змін параметрів нанокомпозитів на основі халькогенідних напівпровідників системи Bi(Sb) – As₂S₃ у плівковому і в об’ємному вигляді. Введенням Bi₂S₃ у As₂S₃ отримано об’ємні нанокомпозити з неорієнтованою або частково орієнтованою кристалічною фазою Bi₂S₃. Показано, що введення Bi₂S₃ в халькогенідне скло та термічна обробка впливають на оптичні та електрофізичні властивості композиту.

Методом вакуумного циклічного термічного напилення виготовлено якісні багатошарові наноструктури з періодами композиційної модуляції від ~3 нм і вище. Визначено характер зміни електропровідності та оптичного поглинання, які проходять переважно за рахунок дифузії металу і халькогену. Взаємодифузія компонент в наногетероструктурі Bi(Sb)\As₂S₃ має переважно термоактиваційний характер із більшим внеском світлостимульованої компоненти у випадку Sb-вмісних структур. Розроблені матеріали можуть бути використані для створення елементів дифракційної оптики, інтегрально-оптичних схем та середовищ для архівної побітової пам’яті.

У результаті проведення теоретичних пошукових та експериментальних робіт по вивченню стимульованих змін в аморфних склоподібних матеріалах із систем Bi(Sb) – As₂S₃ та наноструктурах на їх основі показано, що:

1. Використанням методів перекристалізації, як основи технологічного процесу «bottom-up», в системі (As₂S₃)_1-х-(Bi₂S₃)_х виявлено, що створення об’ємних нанокомпозитів можливе при відпалі складів з х6 мол. % в області температур 280–350^оС, а в системі (As₂S₃)_1-х-Sb_х такий процес в межах концентрацій х<15 мол. % не реалізується за рахунок розширених меж області склоутворення або лікваційного механізму фазового розділення.

2. Дослідження за допомогою скануючого електронного мікроскопа показало, що створенню об’ємного склокристалічного нанокомпозиту при відпалі в системі (As₂S₃)_1-х-(Bi₂S₃)_х перешкоджають поверхнева кристалізація і зміна складу поверхні. Однак поверхнева кристалізація дає можливість створювати шар переважно орієнтованої кристалічної фази Bi₂S₃ в склоподібній матриці.

3. Порівняння прямих (електронно-мікроскопічних, рентгеноструктурних) і непрямих (оптичних і електрофізичних) параметрів, на прикладі вибраних складів системи (As₂S₃)_1-х-(Bi₂S₃)_х, показує, що зміни структури на етапі зародкоутворення та росту нанокристалів можуть бути ефективно контрольовані за змінами оптичних та електрофізичних параметрів.

4. Дослідженнями і моделюванням спектрів КР та рентгенівської дифракції виявлено, що в результаті структурних перетворень в об’ємних композитах та внаслідок фото-термостимульованої взаємодифузії компонент в БС Bi\As₂S₃,, у вісмутовмісній аморфній системі створюються структурні одиниці BiS_3/2, з яких може сформуватися стабільна кристалічна фаза.

5. Технологія вакуумного напилення з двох джерел дозволяє створити якісні багатошарові структури з розрахунковими товщинами острівкових або суцільних субшарів металу 0,5–2 нм і більше, з періодом модуляції складу 6–10 нм та загальною товщиною структури від 0,5 до 2 мкм, хоча і не з такою чіткою границею між шарами, як у класичних кристалічних наногетероструктурах. Виявлено, що оптимальними з точки зору стимульованих в реальному масштабі часу змін структури, за рахунок фото-термостимульованої взаємодифузії компонент в БС і проведення вимірювань оптичного пропускання є товщини субшарів металу 1.0–1.5 нм та 6–8 нм As₂S₃.

6. Виявлено, що аморфні наногетероструктури Bi(Sb)\As₂S₃ чутливі до дії опромінення в широкому спектральному діапазоні (від ~ 0,7 до 3 мкм) і при цьому виявляють зміни t та n в межах до 70 % та 0,1 відповідно, що значно перевищує параметри відомої з літературних джерел системи типу Se/As₂S₃. Показано, що крім великого оптичного контрасту і широкого діапазону чутливості, в даних БС відсутня помітна локалізована зміна об’єму, на відміну від багатошарових систем a-Se/As₂S₃, що може бути перевагою для певних умов голографічного амлітудно-фазового запису.

7. Зміна електрофізичних параметрів при взаємодії компонент в БС дає принципову можливість зчитування оптичного рельєфу за локальною зміною електропровідності, що може бути важливим для виготовлення комбінованих систем "оптичний запис – оптичне і електричне зчитування".

Публікації автора:

1. Voynarovych I.M. Characterization of SbSI nanocrystals by electron microscopy, X-ray diffraction and Raman scattering / I.M. Voynarovych, A.V. Gomonnai, A.M. Solomon, Yu.M. Azhniuk, A.A.Kikineshi, V.P. Pinzenik, M.Kiss-Varga, L.Daroczy, V.V.Lopushansky // J. Optoelectr. Adv. Mater. – 2003. – V. 5. – № 3. – P. 713–718.

2. Gomonnai A.V. X-ray diffraction and Raman scattering in SbSI nanocrystals / A.V.Gomonnai, I.M.Voynarovych, A.M.Solomon, Yu.M.Azhniuk, A.A.Kikineshi, V.P.Pinzenik, M.Kiss-Varga, L.Daroczy, V.V.Lopushansky // Materials Research Bulletin. – 2003. – V. 38. . – No. 13. – № 1767–1772.

3. Kokenyesi S. Photo-stimulated changes in metal-amorphous chalcogenide layered nanocomposites / S.Kokenyesi, V.Takats, I.Vojnarovich, V.Cheresnya, M.Shiplyak // Proceeding of SPIE. – 2006. – V. 6327. – P.632711-1 – 632711-9,.

4. Voynarovych I. Amorphous Chalcogenide-Metal Multilayers / I.Voynarovych, V.Takach, V.Cheresnya, V.Pynzenik, I.Makauz, S.Chernovich // Фізика і хімія твердого тіла. – 2007. – Т. 8, № 4. – С. 722-726.

5. Voynarovych I. Nanocrystallites in Bi-As-S system / I.Voynarovych, V.Pinzenyk, I.Makayz, M.Shyplyak, S.Kokenyesi, L.Daroci // Jornal of Non-Crystalline Solids. – 2007. – Vol. 353. – P.1478–1482.

6. Takats V. Stimulated Changes in Bi(Sb)/As₂S₃ Nanolayered Structures / V.Takats, I.Vojnarovich, V.Pinzenik, I.Mojzes, S.Kokenyesi, KS.Sangunni // Journal of Physics and Chemistry of solids. – 2007. – Vol. 68, Issue: 5–6. – P. 943–947.

7. Gomonnai A.V. Raman scattering in chalcogenide-based ferroelectrics: from bulk to nanoscale / A.V.Gomonnai, Yu.M. Azhniuk, Yu.M.Vysochanskii, I.P.Prits, I.M.Voynarovych, V.V.Lopushansky // Physica status solidi (с). – 2004. – Vol. 1, № 11. – P. 3166–3169.

8. Vojnarovich I. Structure and optical properties of chalcogenide ferroelectric nanocrystals / I.Vojnarovich, V.Pinzenyk, I.Makauz, V.Cheresnya, A.Gomonnai, A.Kikineshi // 1-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (з міжнародною участю). Тези доповідей. – Одеса. – 2002. – Т. 2. – С. 126.

9. Войнарович І.М. Одержання та властивості нанокомпозитів на основі халькогенідних напівпровідників в діелектричній матриці / І.М.Войнарович, В.П.Пинзеник, І.І.Макауз, Т.М.Бурин, В.М.Черешня, М.М.Шипляк // Матеріали Х міжнародної конференції МКФТТП-Х.. – Ів.-Франківськ, Україна. – 2005. – Т.2. – C.59.

10. Takats V. Stimulated Changes in Bi(Sb)/ As₂S₃ Nanolayered Structures / V.Takats, I.Vojnarovich, V.Pinzenik, I.Mojzes, K.S.Sangunni, //Book of abstracts. 7^th International conference Solid State Chemistry. – Pardubice, (Chech Republic). – 2006. – P.177-178.

11. Vojnarovich I. Nanocomposites in Bi-As-S. / I.Vojnarovich, M.Shiplyak, S.Kokenyesi, V.Pinzenik, I.Makauz, // Book of abstract. International Symposium on Non-oxide and Optical Glasses. (ISNOG 2006). – Bangalore, India. – 2006. – P.77.

12. Kokenyesi S. Photo-stimulated сhanges in metal-amorphous chalcogenide layered nanocomposites. / S.Kokenyesi, V.Takats, I.Vojnarovich, V.Cheresnya, M.Shiplyak //Book of abstract. SPIE. Optics, Photonics. San Diego Convention Center. – San Diego, California, USA. – 2006. – P.342.

13. Vojnarovich I. Stimulated transformations in metal- chalcogenide nanocomposites. / I.Vojnarovich, V.Cheresnya, V.Takats, V.Pinzenik, I.Makauz, A.Csik, I.Mojzes // Book of abstracts. Clusters and nanostructured materials, (CNM-2006). – Uzhgorod, Ukraine. – 2006. P.224.

14. Kokenyesi S. Surfaсe Relief Recording in Amorphous Chalcogenide Nanomultilayers / S.Kokenyesi, V.Tokats, Cs.Csernati, I.Szabo, I.Voynarovych, M.Shyplyak // (НАНСИС 2007). Тези конференції. – Київ. – 2007. – С.5-28.

15. Takats V. Stimulated structural transformation in Sb(Bi)/As-S heterostractures. / V.Takats, I.Voynarovich, M.Shiplyak, L.Daroczi, K.S.Sangunni, S.Kokenyesi //Abstract Book, Third International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides –Fundamentals and Applications. – Brasov, Romania. – 2007.

16. Vojnarоvich I. Amorphous chalcogenide-metal multilayers / I.Vojnarоvich, V. Takats, V.Cheresnya, V.Pinzenik, I.Makauz, M.Charnovich // ICPTTFN X1 International conference. Physics and technology of thin films and nanosystems. Clusters and nanostructured materials, CNM-2007. – Ivano-Frankivsk, Ukraine. – 2007. – P.258.

17. Takats V. Stimulated Interdiffusion and Optical Recording in Sb/As₂S₃ Nanomultilayers / V.Takats, I.Vojnarovich, I.Csarnovich, K.S.Sangunni, A.Csik, V.Cheresnya, M.Shyplyak // Book of abstracts. 16^th International Symposium on Non oxide and New Optical Glasses (ISNOG 2008) – “Le Corum”, Montpellier, France. – 2008.

18. Vojnarovich I. Comparison of laser- and e-beam data recording in nanostructured chalcogenide layers / I.Vojnarovich, V.Takats, M.Shyplyak, M.Trunov, V.Cheresnya, I.Makauz, S.Kokenyesi //Збірник тез. Міжнародний симпозіум "НАНОФОТОНИКА". –Ужгород. –2008. C.У-10.

19. Войнарович І.М., Пинзеник В.П., Шипляк М.М., Кикинеші О.О., Макауз І.І., Черешня В.М. Структура і стимульовані зміни параметрів об’ємних та плівкових композитів Bi(Sb)/As₂S₃ / І.М.Войнарович, В.П.Пинзеник, М.М.Шипляк, О.О.Кикинеші, І.І.Макауз, В.М.Черешня // Матеріали міжнародної конференції (НСС–2008). – Ужгород «Водограй». – 2008. – С. 42.