Науково-дослідна лабораторія матеріалів твердотільної мікроелектроніки (НДЛ МТМЕ)

Керівник:

Цмоць Володимир Михайлович, завідувач лабораторії, професор кафедри теоретичної фізики і методики викладання фізики Інституту фізики, математики та інформатики Дрогобицького державного педагогічного університету імені Івана Франка, доктор фізико-математичних наук, професор

 

Напрями діяльності, тематика досліджень:

1. Комплексне дослідження домішково-дефектних станів у ковалентних напівпровідниках; експериментальне дослідження впливу термічних дефектів на магнітні властивості ниткопо-дібного кремнію та твердих розчинів Si-Ge; електричні, магнітні та фотолюмінесцентні властивості термообробленого та пластично-деформованого кремнію; дослідження дефектної структури напівпровідникових матеріалів методами позитронної анігіляційної спектроскопії. (Цмоць В.М.)

2. Структура, властивості та радіаційно-індуковані явища у халькогенідних склоподібних напівпровідниках; нові фотонні композиційні матеріали з іонно-синтезованими металічними наночастинками; дослідження дефектної структури матеріалів методами позитронної анігіляційної спектроскопії. (Кавецький Т.С.)

3. Електричні, магнітні та фотолюмінесцентні властивості термообробленого та пластично деформованого кремнію. (Лучкевич М.М.)

4. Дослідження несамостійного газового розряду в гелії з термічним джерелом вільних електронів з метою його використання в якості високочутливого хроматографічного детектора для визначення різних домішок у концентраціях від 0,1 ppb (10 – 9 або 10 – 7 % ) та вище. (Саприкін Ю.О. )

5. Магнітні та електричні властивості заміщених натрієм манганітів лантану.
(Паньків Л.І.)

6. Дослідження магнітних та електричних властивостей заміщених манганітів з надлишковим вмістом марганцю. (Паньків І.С.)

 

Історична довідка:

У 1987 році відповідно до спільного наказу Президента Академії наук УРСР та Міністра освіти УРСР (№ 195/82 від 20.03.1987р.) у складі науково-дослідницького сектора Дрогобицького державного педагогічного інституту імені Івана Франка (сьогодні Дрогобицького державного педагогічного університету імені Івана Франка – ДДПУ) створено спільну з Інститутом фізики АН УРСР науково-дослідну лабораторію матеріалів твердотільної мікроелектроніки (надалі – лабораторія). Завідуючим лабораторії призначено професора, доктора фіз.-мат. наук Цмоць Володимира Михайловича.

Головні завдання лабораторії відповідно до цього наказу були наступні:

–          дослідження магнітних, електричних, рекомбінаційних та резонансних властивостей багатоатомних і складних напівпровідників, а також можливостей формування потрібних властивостей напівпровідників за допомогою термообробки, пластичних деформацій та радіаційних впливів;

–          дослідження домішково-дефектних взаємодій у ковалентних напівпровідниках;

–          створення магнітних та електричних методів діагностики домішково-дефектних станів напівпровідників та контролю якості відповідних напівпровідникових матеріалів.

На сьогоднішній день за результатами виконаних досліджень співробітниками лабораторії захищено 1 докторську дисертацію (Цмоць В.М. – завідувач лабораторії) та 6 кандидатських дисертацій (Михайлівський Ю.Г., Кабалдін О.М., Штим В.С., Янішевський В.С., Павловський Ю В., Лучкевич М.М.).

Співробітниками лабораторії опубліковано понад 300 робіт, серед яких:

–          2 навчальних посібники з фізики твердого тіла (у співавторстві) та молекулярної фізики;

–          більше, ніж 150 статей у зарубіжних журналах;

–          19 статей в Українському фізичному журналі;

–          10 авторських свідоцтв;

–          більше, ніж 100 матеріалів міжнародних конференцій.

 

Співробітники:

1. Кавецький Тарас Степанович – кандидат фізико-математичних наук, лауреат премії Президента України для молодих вчених;

2. Саприкін Юрій Олександрович – кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник;

3. Лучкевич Михайло Михайлович – кандидат фізико-математичних наук, молодший науковий співробітник;

4. Паньків Людмила Іванівна – старший науковий співробітник;

5. Паньків Ігор Степанович: – старший науковий співробітник;

6. Щупляк Андрій Несторович – інженер;

7. Павлюх Наталія Степанівна – інженер;

8. Погорєлий Олександр Іванович – технік;

9. Ковтало Оксана Романівна – студент;

10. Баранецька Оксана Степанівна – студент.

 

Результати досліджень:

Цмоць Володимир Михайлович

Електронна адреса: tsmots@drohobych.net

Напрями наукових досліджень: встановлення впливу домішково-дефектних станів на електрофізичні та магнітні властивості ковалентних напівпровідників і на процеси, що відбуваються в них під дією внутрішніх та зовнішніх чинників; пошук оптимальних методів виявлення мікронеоднорідностей просторового розподілу домішкового кисню та кисневмісних термічних і радіаційних дефектів у монокристалічному кремнії, вирощеному методом Чохральського; експериментальне дослідження впливу термічних дефектів на магнітні властивості ниткоподібного кремнію та твердих розчинів Si-Ge; електричні та магнітні властивості термообробленого та пластично деформованого кремнію; дослідження дефектної структури напівпровідникових матеріалів методами позитронної анігіляційної спектроскопії.

Основні наукові праці: За період науково-педагогічної діяльності опубліковано понад 270 наукових праць, у тому числі 9 патентів і 2 посібники. Зокрема опубліковано:

1. Ivanov-Omskii V.I.,  Kolomiets B.T., Ogorodnikov V.K., Rud Yu.V., Tsmots V.M. Magnetism of CdTe Lattice Defects. //Phys. Stat. Sol.(a).- 1972.- 13, № 61. – P.61-65.

2. Цмоць В.М. Магнетизм дырок на акцепторных центрах в кристаллах с зоной симетрии Г8.//УФЖ.- 1980.- 25, № 6.- C. 927-932

3. Новиков Н.Н., Цмоць В.М., Иванов-Омский В.И. Влияние дислокаций на магнитную восприимчивость кристаллов германия и кремния. // ФТТ – 1981, Т.23, №8 – с.2446-2449.

4. Матусевич В.А., Миневрина Н.Р., Мясников В.М., Прокофьев Е.В., Цмоць В.М .//Сборник: Вопросы оборонной техники. Серия ХI.–1982.–в.82.–С.68–70.

5. М.М.Новиков, Б.Д.Пацай, В.М.Цмоць, Ю.В.Павловський. / Дослідження впливу високотемпературної обробки на магнітні та структурні характеристики кристалів кремнію // УФЖ. 2003, т.48, № 5, с. 481-485.

6. С.С. Варшава, І.П. Островський, В.М. Цмоць, Ю.В. Павловский, Л.І.Паньків. / Магнітні властивості ниткоподібних кристалів кремнію // Вісник національного університету “Львівська політехніка”, журнал “Електроніка”.- 2003 – № 482 – с.92-97.

7. I.P.Ostrovskii, Ya.S.Gij, V.M.Tsmots, Yu.V.Pavlovskii. / A study of the Morphology and Magnetic Properties of Silicon Whiskers. // Crystallography Report, Vol. 49, No. 2, 2004, pp.202-205. Translated from Kristallografiya, Vol. 49, No. 2, 2004, pp. 253-256.

8. V.Neymash, M. Kras’ko, A. Kraitchinskii, Voytovych, O. Kabaldin, V. Tsmots, E. Simoen, C. Claeys. / Oxygen presipitation and thermal donor formation in Pb- and C-doped n-type czochralski silicon. Electrochemical Society Proceedings. // V. 2004-05, p. 286 – 293.

9. T. Kavetskyy, V. Tsmots, O. Šauša, and A.L. Stepanov / Structural modification of chalcogenide glasses by gamma-irradiation studied with DBAL technique // Phys. Status Solidi C, Vol. 9, No. 12, 2012, P. 2420-2423.

10. T. Kavetskyy, N. Lyadov, V. Valeev, V. Tsmots, T. Petkova, V. Boev, P. Petkov and A.L. Stepanov / New organic-inorganic hybrid ureasil-based polymer and glasspolymer composites with ion-implanted silver nanoparticles // Phys. Status Solidi C, Vol. 9, No. 12, 2012, P. 2444-2447.

 

Кавецький Тарас Степанович

Електронна адреса: kavetskyy@yahoo.com

Напрями наукових досліджень: дослідження структури, властивостей та радіаційно-індукованих явищ у халькогенідних склоподібних напівпровідниках; дослідження нових фотонних композиційних матеріалів з іонно-синтезованими металічними наночастинками на основі органічних та неорганічних стекол; дослідження дефектної структури матеріалів методами позитронної анігіляційної спектроскопії.

Основні наукові праці: За період наукової діяльності опубліковано понад 150 наукових праць, у тому числі 6 глав у монографіях, 58 статей у реферованих журналах, 1 патент України на винахід. Зокрема опубліковано:

1. T. Kavetskyy, O. Šauša, J. Krištiak, T. Petkova, P. Petkov, V. Boev, N. Lyadov, A. Stepanov. New organic-inorganic hybrid ureasil-based polymer materials studied by PALS and SEM techniques // Materials Science Forum. – 2013. – Vol. 733. – P. 171-174.

2. T. Kavetskyy, N. Lyadov, V. Valeev, V. Tsmots, T. Petkova, V. Boev, P. Petkov, A.L. Stepanov. New organic-inorganic hybrid ureasil-based polymer and glass-polymer composites with ion-implanted silver nanoparticles // Physica Status Solidi C. – 2012. – Vol. 9, No. 12. – P. 2444-2447.

3. T. Kavetskyy, V. Tsmots, O. Šauša, A.L. Stepanov. Structural modification of chalcogenide glasses by gamma-irradiation studied with DBAL technique // Physica Status Solidi C. – 2012. – Vol. 9, No. 12. – P. 2420-2423.

4. Т.С. Кавецкий, В.Ф. Валеев, В.И. Нуждин, В.М. Цмоць, А.Л. Степанов. Оптические свойства халькогенидных стекол с ионно-синтезированными наночастицами меди // Письма в Журнал Технической Физики. – 2012. – Том. 38, Вып. 23. – С. 11-18.

5. A. Chrissanthopoulos, P. Jóvári, I. Kaban, S. Gruner, T. Kavetskyy, J. Borc, W. Wang, J. Ren, G. Chen, S.N. Yannopoulos. Structure of AgI-doped Ge-In-S glasses: Experiment, reverse Monte Carlo modelling, and density functional calculations // Journal of Solid State Chemistry. – 2012. – Vol. 192. – P. 7-15.

6. T. Kavetskyy, J. Borc, P. Petkov, K. Kolev, T. Petkova. Free-volume defects and microstructure in ion-conducting Ag/AgI-As2S3 glasses as revealed from positron annihilation and microhardness measurements // Solid State Ionics. – 2011. – Vol. 183. – P. 16-19.

7. Т.С. Кавецкий. Влияние толщины образца и дозы g-облучения на проявление радиационно-индуцированных оптических эффектов в халькогенидных стеклообразных полупроводниках системы Ge-Sb-S // Физика и Техника Полупроводников. – 2011. – Том. 45, № 4. – С. 506-509.

8. В.М. Цмоць, Т.С. Кавецький, Л.І. Паньків. Дослідження радіаційно-індукованих процесів у халькогенідних склоподібних напівпровідниках методом вимірювання магнітної сприйнятливості // Актуальні Проблеми Фізики, Математики та Інформатики. – 2011. – № 3. – P. 16-20.

9. T. Kavetskyy, J. Borc, K. Sangwal, V. Tsmots. Indentation size effect and Vickers microhardness measurement of metal-modified arsenic chalcogenide glasses // Journal of Optoelectronics and  Advanced Materials. – 2010. – Vol. 12, No. 10. – P. 2082-2091.

10. T. Kavetskyy, O. Shpotyuk, I. Kaban, W. Hoyer. Radiation-modified structure of Ge25Sb15S60 and Ge35Sb5S60 glasses // Journal of Chemical Physics. – 2008. – Vol. 128, No. 24. – P. 244514(1)-244514(8).

 

Саприкін Юрій Олександрович

Напрям наукового дослідження: Дослідження несамостійного газового розряду в гелії з термічним джерелом вільних електронів з метою його використання в якості високочутливого хроматографічного детектора для визначення різних домішок у концентраціях від 0,1 ppb (10 – 9 або 10 – 7 % ) та вище.

Основні наукові праці:

1. Ю.А. Сапрыкин, В.М. Цмоць, М.В. Цюпер, Ю.А. Паздерский. Гелиевый ионизационный хроматографический детектор с термоэмиссионным источником электронов // Журнал аналитичекой химии. – 2009. – том 64, № 3. – C. 292-296.

 

Лучкевич Михайло Михайлович

Електронна адреса: mikl_lab@mail.ru

Напрям наукового дослідження: Електричні, магнітні та фотолюмінесцентні властивості термообробленого та пластично деформованого кремнію.

Основні наукові праці:

1. The effect of thermal treatments on the magnetic susceptibility of Czochralski-grown n-Si monocrystals / V.M. Tsmots, P.G. Litovchenko, N.N. Novikov, Yu.V. Pavlovskyy, H.M. Khlap, M.M. Luchkevych, V.P. Salan, B.D. Patsai // Phys. Stat. Sol. (a). – 2008. – Vol. 205, № 2.– P. 368–372.

2. Дослідження магнітної сприйнятливості пластично деформованих монокристалів кремнію і германію / В.М. Цмоць, П.Г. Литовченко, Ю.В. Павловський, М.М. Лучкевич // УФЖ. – 2009. – Т.54, №10. – С. 1009–1015.

3. Вплив високотемпературної обробки на структурні та магнітні зміни в кристалах кремнію / Н.Н. Новиков, Б.Д. Пацай, В.М. Цмоць, П.Г. Литовченко, Ю.В. Павловський, М.М. Лучкевич // Журнал фізичних досліджень. – 2005. – Т. 9, № 4. – С. 319–324.

4. V.М. Babych, M.M. Luchkevych, Yu.V. Pavlovskyy, V.M Tsmots / Magnetic susceptibility of p-Si(B) single crystals grown in “vacancy” regime at presence of thermodonors created by thermal treatments at 450°C. // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2008. – Vol. 11, № 3. – P. 226–229.

5. V.М. Babych, M.M. Luchkevych, V.M. Tsmots. / Magnetic susceptibility of n- and p-Si monocrystals containing thermodonors // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2010. – V. 13, № 4. – P. 384–388.

 

Паньків Людмила Іванівна

Електронна адреса: lyuda_pankiv@mail.ru

Напрям наукового дослідження: Магнітні та електричні властивості заміщених натрієм манганітів лантану.

Основні наукові праці:

1. Pan’kiv L.I., Tsmots V.M.,  Pan’kiv I.S., Matviyenko A.I., Tovstolytkin A.I. Dynamics of magnetic and electric parameters transformation in thin films of sodium-doped lanthanum manganites // Functional Materials. – 2012. – v. 19, No. 2. – P. 1–6.

2. Tovstolytkin A.I., Matviyenko A.I., Tsmots V.M., Pan’kiv L.I., Pan’kiv I.S. Highly anisotropic magnetic properties of ultrathin (La,Na)MnO3 films on LaAlO3 (001) substrate // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. – 2011. – v. 42, No. 2. – P. 151–153.

3. Товстолиткін О.І., Дзюблюк В.В., Матвієнко О.І., Цмоць В.М., Паньків Л.І., Паньків І.С. Особливості переходу парамагнетик-феромагнетик у частково кристалізованих плівках заміщених натрієм манганітів лантану // Металлофиз. новейшие технол. – 2010. – т. 32, №4. –  С. 459–474.

4. Товстолыткин А.И., Цмоць В.М., Панькив Л.И., Литовченко П.Г., Панькив И.С. / Магнитные и магниторезистивные свойства натрийзамещенных манганитов лантана // ФНТ. – 2010. – т. 36, №3. –  С. 280-286.

 

Паньків Ігор Степанович

Напрям наукового дослідження: Дослідження магнітних та електричних властивостей заміщених манганітів з надлишковим вмістом марганцю.

Основні наукові праці:

1. V.M.Tsmots, P.G.Litovchenko, N.N. Novikov, Yu.V.Pavlovskyy, H.M. Khlyap, M.M. Luchkevych, V.P. Salan, I.S. Pan’kiv. / The effect of thermal treatments on the magnetic susceptibility of Czochralski-grown n-Si monocrystals. // Phys. stat. sol. (a), 2007.

2. Патент 77284 України, МПК (2006) G01 R 33/16. Пристрій для вимірювання магнітної сприйнятливості матеріалів / В.М. Цмоць, І.С. Паньків, Л.І. Паньків, Ю.В. Павловський, В.В. Петренко, Т.С. Кавецький, Д.В. Лабовка, М.М. Лучкевич, Р.В. Охримович, В.П. Салань, М.В. Цюпер; заявник і власник патенту Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка. // –№ 20041008650; заявл. 25.10.2004; опубл.15.11.2006, Бюл. № 11.

 

Щупляк Андрій Несторович

Основні наукові праці:

1. Цмоць В.М., Литовченко П.Г., Павловський Ю.В., Островський І.П., Павловська Н. Т., Щупляк А.Н. Вдосконалення технології вирощування ниткоподібних кристалів кремнію та дослідження їх магнетизму // Нові технології. – 2008. – C. 113-118.

 

Короткі звіти з виконуваних робіт:

1. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2005-2007 рр.

Назва роботи: “Роль зовнішніх чинників (попередньої термообробки, радіаційного опромінення та пластичної деформації) на преципітацію кисню у кристалах кремнію”

Категорія роботи: прикладна

Пріоритетний напрям відповідно до Закону України: Нові речовини і матеріали

Пріоритетний напрям відповідно до наказу ректора: Удосконалення хімічних технологій, нові матеріали, розвиток біотехнологій

Термін виконання: 01.01.2005 – 31.12.2007

Керівник роботи: Цмоць Володимир Михайлович, доктор фіз.-мат. наук, професор кафедри теоретичної фізики і методики викладання фізики ІФМІ

Основні наукові результати

У процесі дослідження впливу термообробки в інтервалі 650-1100оС на магнітну сприйнятливість монокристалів n-Si встановлено температурні інтервали зростання та зменшення в них концентрації парамагнітних центрів. Показано, що виявлені зміни магнітної сприйнятливості пов’язані з генерацією кисневмісних кластерів та дислокаційних петель. На основі одержаних експериментальних результатів і теоретичних розрахунків зроблено висновок про те, що нейтралізація парамагнітних центрів може бути викликана як появою дислокаційних акцепторних центрів так і зміною форми преципітатів від пластинчатих до октаедричних. Встановлено, що поряд з кисневмісними також утворюються кластери міжвузлового типу. Останнє підтверджується електронномікроскопічними спостереженнями. Встановлено, що легування кремнію Pb приводить до переводу значної частини атомів C у оптично неактивний стан, виключаючи його із процесу утворення комплексів СIСS під електронним опроміненням та до зменшення ефективності генерації радіаційних комплексів VO приблизно на третину. Причиною цього ймовірно є зменшення стаціонарної концентрації вакансій під опроміненням за рахунок їх захоплення дисперсними атомами свинцю. Гранична розчинність свинцю в кремнії становить величину порядку 1017-3. Вона може бути збільшена принаймні втричі шляхом паралельного легування кристалів Si вуглецем. Ймовірною причиною цього є утворення комплексів СPb, що призводить до взаємної компенсації пружних деформацій в кристалі, створюваних атомами С і Pb. Вперше встановлено, що термообробка в інтервалі 700-1100оС, зразків кремнію легованих ізовалентними домішками C та Pb, приводить до генерації в них парамагнітних центрів, причому значно ефективніше, ніж в промисловому матеріалі. Максимальний ефект спостерігається в околі 900оС. Виявлено, що чим вища концентрація атомарного вуглецю в зразках, тим більше вводиться парамагнітних центрів в процесі термообробок. Встановлено, що наявність в цих зразках ізовалентної домішки свинцю на 2-3% сповільнює генерацію парамагнітних центрів у процесі термообробок. Це, пояснюється корельованим розподілом атомів свинцю та вуглецю, наприклад у вигляді компресів PbC, що, виключає частину вуглецю із процесів термічного дефектоутворення в зразках. Вперше встановлено, що характер залежність мікротвердості зразків Si легованих ізовалентними домішками (C, Pb) від температури їх обробки корелює з такими ж залежності магнітної сприйнятливості. Показано, що зростання парамагнітної складової магнітної сприйнятливості та мікротвердості кремнію пов’язані зі зростанням внутрішніх деформаційних напружень, створюваних домішковими преципітатами. Встановлено, що поведінка магнітної сприйнятливості ниткоподібних кристалів Si та Si 0,95 Ge 0,05 різного діаметру істотно відрізняється від МС об’ємного матеріалу, для якого
(c ≈ –11,6·10-8 см3/г) і не залежить від напруженості магнітного поля. У субмікронних кристалах зі зменшенням їх діаметрів від 3-1 до 0,1 мкм зростає парамагнітна складова магнітної сприйнятливості, і з’являються нелінійності залежності магнітної сприйнятливості від напруженості магнітного поля, що, можливо, пов’язано з наявністю на поверхні цих зразків нанопористої оболонки. У випадку субміліметрових кристалів виявлено зростання парамагнетизму і нелінійностей залежності c(Н), зі збільшенням їх діаметрів, що може бути спричинено утворенням макропреципітатів Si-Pt. Аналізуючи нелінійності залежності c(Н) можна припустити, що частина парамагнітних центрів утворюють нанокластери, які мають суперпарамагнітну природу. На основі запропонованої моделі оцінено концентрацію суперпарамагнітних кластерів, яка змінюється в межах 109-1010 см-3, і концентрацію парамагнітних центрів в одному кластері, яка для всіх зразків є близькою в околі 5000 ± 300. Встановлено, що у ниткоподібних кристалах Si та твердих розчинах Si 0,95 Ge 0,05 діаметрами 2-6 мкм вклад суперпарамагнітного та парамагнітного внесків є мінімальним, в той час, як діамагнетизм є дещо більшим ніж в об’ємному матеріалі, але в межах запропонованої моделі залишається незмінним для всіх досліджуваних зразків.

 

2. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2006-2007 рр.

Назва роботи: “Розробка нових наноструктурних халькогенідних склоподібних напівпровідників для функціональної оптоелектроніки”

Категорія роботи: прикладна

Пріоритетний напрям відповідно до Закону України: Нові речовини і матеріали

Пріоритетний напрям відповідно до наказу ректора: Удосконалення хімічних технологій, нові матеріали, розвиток біотехнологій

Термін виконання: 01.04.2006 – 31.12.2007

Керівник роботи: Цмоць Володимир Михайлович, доктор фіз.-мат. наук, професор кафедри теоретичної фізики і методики викладання фізики ІФМІ

Відповідальний виконавець: Кавецький Тарас Степанович, канд. фіз.-мат. наук, с.н.с.

Основні наукові результати

Синтезовано зразки бінарних, псевдо-бінарних, потрійних стехіометричних та нестехіометричних систем ХСН, проведено експрес-тестування зразків, відібрано позитивно атестовані зразки та підготовлено їх до експериментальних вимірювань. Проведено радіаційну обробку підготовлених зразків ХСН g-квантами Co60  в умовах стаціонарного радіаційного поля (F > 1 МГр). Досліджено наноструктурне впорядкування вихідних та радіаційно-модифікованих зразків ХСН на рівні атомних видозмін методами рентгенівської дифракції, коливної спектроскопії та магнітної сприйнятливості. Встановлено композиційні особливості параметрів середнього порядку в досліджуваних зразках, а саме квазі-періодичної відстані та структурної кореляційної довжини. Ідентифіковано процеси радіаційно-індукованого координаційного дефектоутворення в структурі стекол, представлено їх механізми та розвинуто тополого-математичну модель. Проаналізовано польові та температурні залежності магнітної сприйнятливості для вихідних та структурно-модифікованих зразків, з’ясовано вплив g-опромінення на магнітні властивості халькогенідних стекол та концентрацію взаємодіючих парамагнітних центрів. Досліджено наноструктурне впорядкування вихідних та радіаційно-модифікованих зразків ХСН на рівні атомно-дефіцитних видозмін методами рентгенівської дифракції та спектроскопії часів життя позитронів. Встановлено емпіричне співвідношення між положенням першого різкого дифракційного максимуму та розміром нанопустот для бінарних та псевдо-бінарних систем ХСН з шарувато-подібною структурою. Проаналізовано залежність розміру нанопустот від зміни хімічного складу та типу структурних одиниць. Встановлено вплив корисної радіаційної модифікації на параметри атомно-дефіцитної структури халькогенідних стекол. На прикладі склоподібного трисульфіду миш’яку проаналізовано можливості використання методу високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції для вивчення атомної та атомно-дефіцитної структури халькогенідних стекол. Розвинена нова адекватна теоретична модель, так звана FSDP-related BFSA-CTD void-based model, яка дозволяє проаналізувати спостережувані композиційні особливості радіаційно-індукованих ефектів в досліджуваних ХСН на рівні їх атомного та атомно-дефіцитного впорядкування.

 

3. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2007 р.

Назва роботи: “Дослідження атомної та атомно-дефіцитної наноструктури в оптоелектронних середовищах на основі халькогенідних склоподібних напівпровідників”

Категорія роботи: фундаментальна

Пріоритетний напрям відповідно до Закону України: Фізика та астрономія

Пріоритетний напрям відповідно до наказу ректора: Удосконалення хімічних технологій, нові матеріали, розвиток біотехнологій

Термін виконання: 01.09.2007 – 31.12.2007

Керівник роботи: Цмоць Володимир Михайлович, доктор фіз.-мат. наук, професор кафедри теоретичної фізики і методики викладання фізики ІФМІ

Відповідальний виконавець: Кавецький Тарас Степанович, канд. фіз.-мат. наук, с.н.с.

Основні наукові результати

Досліджено атомну наноструктуру вихідних та радіаційно-модифікованих зразків ХСН As2S3 та As2Se3 методами традиційної рентгенівської дифракції в застосуванні до першого різкого дифракційного піку, високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції (включаючи метод тонкої структури рентгенівського поглинання) та статичної магнетохімії. Встановлено, що опромінення стекол суттєво впливає на параметри їх ближнього та середнього порядку, фактор упаковки шаруватої конфігурації та середню координацію в області атомів миш’яку. Знайдено, що положення пре-піку FSDP (1.2-1.3 Å1) не змінюється після опромінення, тоді як зміна інтенсивності FSDP вказує на структурні перетворення в матриці скла. Досліджено атомно-дефіцитну наноструктуру вихідних та радіаційно-модифікованих зразків ХСН методами традиційної рентгенівської дифракції в застосуванні до першого різкого дифракційного піку, високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції та спектроскопії часів життя позитронів. Встановлено, що опромінення стекол впливає на перерозподіл нанопустот (вакансійно-подібних дефектів) в структурній сітці без істотної зміни їх розмірів у добрій відповідності з рентгенівськими дослідженнями (зміни інтенсивності FSDP без зміни положення пре-піку) та моделі координаційного топологічного дефектоутворення.

 

4. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2008-2009 рр.

Тема роботи: “Розроблення нового комплексного підходу до наноструктурної характеризації напівпровідникових склоподібних матеріалів для оптоелектроніки”

Вид роботи: прикладна

Керівник роботи: Кавецький Тарас Степанович, кандидат фіз.-мат. наук, с.н.с.

Основні наукові результати

Проведено історичний огляд по проблемі наноструктурної характеризації напівпровідникових склоподібних матеріалів та відображено еволюцію атомного та атомно-дефіцитного нанорівнів в напівпровідникових склоподібних матеріалах. Розроблено методологію наноструктурної характеризації напівпровідникових склоподібних матеріалів дифракційними методами (техніки традиційної рентгенівської дифракції в області першого різкого дифракційного піку, високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції та спектроскопії тонкої структури рентгенівського поглинання) за допомогою якої можна вивчати як атомну, так і атомно-дефіцитну наноструктуру матеріалів, що є важливим у фундаментальному та прикладному значенні. Встановлено, що проведені дослідження напівпровідникових склоподібних матеріалів оптоелектроніки у немодифікованому та радіаційно-модифікованому станах дифракційними методами (технікою традиційної рентгенівської дифракції в області першого різкого дифракційного піку, високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції та спектроскопії тонкої структури рентгенівського поглинання) за розробленою методологією вказують на переваги структурної модифікації склоподібної матриці та здійснення цілеспрямованого контролю фізичними та експлуатаційними властивостями матеріалів. Розроблено методологію наноструктурної характеризації напівпровідникових склоподібних матеріалів оптоелектроніки методом комбінаційного розсіювання світла. Встановлено, що за розробленою методологією наноструктурної характеризації напівпровідникових склоподібних матеріалів оптоелектроніки методом комбінаційного розсіювання світла можна вивчати особливості середнього атомного упорядкування в матриці скла та оцінити чутливість склоподібної матриці до впливу зовнішніх чинників, зокрема високоенергетичного іонізуючого g-опромінення.

 

5. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2008-2009 рр.

Тема роботи: “Дослідження атомної та атомно-дефіцитної наноструктури в оптоелектронних середовищах на основі халькогенідних склоподібних напівпровідників бінарних, псевдо-бінарних та потрійних систем ”

Вид роботи: фундаментальна

Керівник роботи: Кавецький Тарас Степанович, кандидат фіз.-мат. наук, с.н.с.

Основні наукові результати

Проведено дослідження атомної та атомно-дефіцитної наноструктури в ХСН бінарних систем (As2Se3:Eu, As2Se3:InSe, As-Se, As-Te), шляхом комплексного та систематичного підходу з використанням методів традиційної рентгенівської дифракції в застосуванні до першого різкого дифракційного піку (FSDP), високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції та спектроскопії часів життя позитронів (PALS). Встановлено закономірності формування атомної та атомно-дефіцитної наноструктури для досліджуваних зразків ХСН в залежності від вмісту легуючих елементів та концентрації атомів катіонів. Встановлено, що фактор атомної упаковки зменшується з добавкою легуючих домішок Eu та InSe в матрицю скла. Знайдено, що положення пре-піку FSDP залежить від концентрації атомів катіонів в структурі скла і його композиційна поведінка для систем As-Se та As-Te істотно відрізняється. Встановлено, що добавка Eu в матрицю As2Se3 не впливає істотно на параметри нанопустот, тоді як добавка InSe проявляє тенденцію до збільшення об’єму нанопустот в матриці скла. Знайдено добру кореляцію між об’ємами нанопустот, розрахованими за даними FSDP та PALS (положення Q1 та компонента t2) для стекол системи As-Se. Проведено дослідження атомної та атомно-дефіцитної наноструктури в ХСН потрійних систем Ge-As-S (As2S3-Ge2S3) та Ge-Sb-S (Sb2S3-Ge2S3) шляхом комплексного та систематичного підходу з використанням методів традиційної рентгенівської дифракції в застосуванні до першого різкого дифракційного піку (FSDP), високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції та спектроскопії часів життя позитронів (PALS). Встановлено закономірності формування атомної та атомно-дефіцитної наноструктури для досліджуваних зразків ХСН. Виявлено, що положення пре-піку FSDP залежить від типу концентрації атомів катіонів в структурі скла. Встановлено, що розміри нанопустот в структурі скла складають порядку двох чи моно-атомних вакансій (об’ємом приблизно 40 Å3) для стекол потрійних систем із структурою пірамідально-тетраедричного типу. Встановлено, що для ХСН системи Ge-Sb-S (Sb2S3-Ge2S3) у формуванні склоподібної матриці та її модифікації під дією опромінення важливу роль відіграють гетерополярні зв’язки Ge-Sb, які раніше не бралися до уваги при розгляді структури стекол, оскільки виключалися за моделлю хімічно-впорядкованої сітки.

 

6. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2009-2010 рр.

Тема роботи: “Розроблення нових екологічночистих та високонадійних халькогенідних склоподібних напівпровідників для оптичної телекомунікації, сенсорики та біомедичної діагностики”

Вид роботи: прикладна

Керівник роботи: Кавецький Тарас Степанович, кандидат фіз.-мат. наук, п.н.с., докторант

Основні наукові результати

Відібрано зразки халькогенідних склоподібних напівпровідників (ХСН) за хіміко-технологічними параметрами (рентген-аморфність зразків, гомогенність, раковистий злом, прозорість в ближній та середній ІЧ областях, твердість) систем As-Se, As-Te, As-S-Se, As-Sb-S, As-Bi-Se, As2Se3:Eu, As2Se3-InSe, As2Se3:RE (RE = Nd, Sm, Ho, Er), Ge-Sb-S, Ge-As-S, As-S-Ag та As-S-AgI. Проведено дослідження ефекту мікровдавлювання на розмір відбитку (відомого в англомовній літературі як “indentation size effect – ISE”) для вибраних систем ХСН (As2Se3:RE (RE = Nd, Sm, Ho, Er) та As-S-Ag/AgI. Встановлено характеристичні особливості розмірного ефекту мікровдавлювання в ХСН систем As2Se3:RE (RE = Nd, Sm, Ho, Er) та As-S-Ag/AgI. Розроблено методику характеризації ефектів катіонного заміщення в зразках халькогенідних склоподібних напівпровідників та встановлено їх механізми. Визначено параметри моделювання ефектів катіонного заміщення в зразках халькогенідних склоподібних напівпровідників. Розроблено технічну документацію критерію отримання нових екологічночистих і високонадійних зразків халькогенідних склоподібних напівпровідників для оптичної телекомунікації, сенсорики та біомедичної діагностики.

 

7. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2009-2010 рр.

Тема роботи: “Дослідження атомної та атомно-дефіцитної наноструктури в срібло-містких халькогенідних стеклах з потенційним застосуванням для батарей та магнітних сенсорів”

Вид роботи: прикладна

Керівник роботи: Кавецький Тарас Степанович, кандидат фіз.-мат. наук, п.н.с., докторант

Основні наукові результати

Проведено дослідження атомної та атомно-дефіцитної наноструктури склоподібних зразків систем As2S(Se)3-Ag та As2S(Se)3-AgI у вихідному стані. Здійснено порівняльну характеристику структури, вільного об’єму та властивостей для срібло-містких сульфідних та селенідних стекол. Встановлено, що добавлення Ag та AgI в межах 15 ат.% до основної матриці стекол As2S3 та As2Se3 не впливає на формування основних структурних одиниць, пірамід AsS3 та AsSe3, але впливає на розподіл вільного об’єму в сітці скла та приводить до розм’якшення структурного каркасу, особливо у випадку добавлення AgI. Знайдено кореляцію між дефектами-пустотами та мікроструктурою досліджуваних срібло-містких стекол за даними спектроскопії часів життя позитронів та вимірювань мікротвердості при різних навантаженнях на індентор. Досліджено атомну та атомно-дефіцитну наноструктури зразків систем As2S3-Ag, As2S3-AgI, As2Se3-Ag та As2Se3-AgI у радіаційно-модифікованому стані. На основі експериментальних результатів, отриманих з використанням методів високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції, тонкої структури рентгенівських спектрів поглинання, традиційної рентгенівської дифракції в застосуванні до першого різкого дифракційного піку та спектроскопії часів життя позитронів представлено атомно-розмірні моделі спостережуваних радіаційно-структурних змін для As2S3– та As2Se3-базованих стекол.

 

8. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2011-2012 рр.

Тема роботи: «Синтез нових фотонних композиційних матеріалів з металічними наночастинками на основі халькогенідних склоподібних напівпровідників»

Вид роботи: фундаментальна

Керівник роботи: Кавецький Тарас Степанович, кандидат фіз.-мат. наук, п.н.с., докторант

Основні наукові результати

Проведено хіміко-технологічний відбір і експрес діагностику матриць халькогенідних склоподібних напівпровідників (ХСН) для іонної імплантації. Синтезовано нові фотонні композиційні матеріали з металічними наночастинками (Cu+) на основі позитивно атестованих матриць ХСН (As2S3 та Ge15.8As21S63.2) при дозах 5´1015 іон/см2 та 1.5´1017 іон/см2. Встановлено, що імплантація іонами Cu+ даних ХСН проявляється у поверхневому плазмонному поглинанні в наночастинках міді на частотах видимого оптичного спектрального діапазону. Проаналізовано особливості використання органічно-неорганічних гібридних полімерних матриць (ureasil) та скло-полімерних (As2S3-ureasil) композитів для іонної імплантації. Встановлено, що час життя орто-позитронію o-Ps t3 практично не залежить від введення As2S3 кластерів в матрицю ureasil, тоді як інтенсивність орто-позитронію o-Ps I3 зменшується з ростом вмісту As2S3 в матриці ureasil. Розраховано за допомогою програми SRIM-2012 для вибраних умов гаусів профіль розподілу по глибині імплантованої домішки міді в матриці As2S3, який демонструє товщину залягання іонів в приповерхневому шарі напівпровідника ~ 60 нм. Подібні оцінки отримано і для ХСН Ge15.8As21S63.2. В даному шарі атомна концентрація міді досягає величини порядку 2.0×1021 атом/см3, що помітно перевищує поріг розчинення міді при кімнатній температурі в оксидних напівпровідниках, таких як ZnO, TiO2 та ін. Даний факт дозволив припустити, що ефективне накопичення атомів міді до границі розчинення в ХСН при низькоенергетичній імплантації повинно привести до зародження і росту металічних наночастинок безпосередньо в приповерхневій області опроміненого матеріалу. Аналіз композиційних шарів здійснено вимірюванням лінійного оптичного пропускання. На відміну від вихідної матриці, імплантований зразок Cu:As2S3 характеризується наявністю у видимій області спектру селективної смуги поглинання з максимумом ~580-590 нм. Дана смуга вказує на формування в As2S3 наночастинок міді. Її наявність зумовлена ефектом поверхневого плазмонного резонансу (ППР) в металічних наночастинках. В спектрі пропускання зразка Cu:Ge15.8As21S63.2 ППР-поглинання металічних наночастинок спостерігається менш чітко. Тим не менше, концентрація міді, яка визначається іонною дозою, в матриці ХСН Ge15.8As21S63.2 така велика, що її також цілком вистарчає для зародження і формування наночастинок міді.

9. Анотований звіт по завершеній науковій роботі за 2011-2012 рр.

Тема роботи: «Нанорозмірна характеризація халькогенідних та халькогенгалогенідних стекол з вмістом металів та рідкісноземельних елементів для прогресивних технологічних застосувань»

Вид роботи: прикладна

Керівник роботи: Кавецький Тарас Степанович, кандидат фіз.-мат. наук, п.н.с., докторант

Основні наукові результати

Встановлено кореляції на атомному нанорозмірному рівні для зразків систем As2Se3-Ag/AgI та As2S3-Ag/AgI з використанням техніки вимірювання магнітної сприйнятливості. Оцінено концентрацію магніто-впорядкованих кластерів (Ncl) і парамагнітних центрів у одному кластері (N0). Встановлено кореляцію даних по оціненій концентрації Ncl і N0 з результатами ЕПР для неопроміненого та g-опроміненого скла As2S3. Виявлено вплив Ag та AgI на концентрацію Ncl і N0 для досліджуваних зразків. Встановлено кореляції на атомно-дефіцитному нанорозмірному рівні для зразків систем As2Se3:Bi та As2Se3-Bi2Se3,які можна представити в залежності від вмісту вісмуту як систему (As1xBix)2Se3, з використанням техніки вимірювання мікротвердості від прикладеного навантаження (розмірний ефект мікровдавлювання). Встановлено, що значення незалежної від навантаження твердості H0, розраховане з експериментальної залежності твердості HV від діагоналей відбитку d в областях I та II, максимальні значення твердості Hmax від HV(d) в області I та мінімальне значення твердості Hmin від HV(d) в області II спочатку зростає до максимального значення при x ≈ 0.025, а потім зменшується з ростом вмісту вісмуту x. Запропоновано пояснення, що це спостереження пов’язано зі змінами в структурі текучих дефектів (flow defects), які беруть участь у пластичній деформації, і говорить про різну структуру вільного об’єму (атомно-дефіцитних видозмін) в залежності від вмісту вісмуту в системі (As1xBix)2Se3. Проаналізовано особливості нормального розмірного ефекту мікровдавлювання на основі загальних теоретичних моделей (закону Меєра, підходу Гайса і Кендала, моделі пружно/пластичної деформації та моделі пропорціонального опору зразка) на прикладі найпростішої (модельної – на основі As2Se3) системи халькогенідних стекол легованих рідкісноземельними (РЗ) елементами, а саме: As2Se3 + 0.5 ат.% Nd, As2Se3 + 0.5 ат.% Sm, As2Se3 + 0.5 ат.% Ho, As2Se3 + 0.5 ат.% Er. З використанням сучасного методу 109Ag ЯМР спостережено різну динаміку срібла для стекол з супер-іонною провідністю в системі Ag2S-As2S3-AgI у порівнянні з стеклами з іонною провідністю в системі As2S3-AgI. Застосовано метод часового розподілу анігіляційних фотонів для вивчення порожнинних дефектів у GeS2-базованих халькогалогенідних стеклах легованих  рідкісноземельним елементом (Tm3+)на основі системи 70GeS2-10In2S3-20CsBr (мол%) з концентрацією Tm2S3 в області 0.05-0.5 мол%. Отримані результати показали, що час життя дефектної компоненти t2 і відповідна інтенсивність I2 мають екстремальні значення (мінімальне значення t2 та максимальне значення I2) для складу з 0.38 мол% Tm2S3 у якому в літературі спостережено підвищення смуги люмінесценції при положенні 1480 нм. На основі співвідношення між часом життя дефектної компоненти t2 та радіуса порожнини R для R < 5 Å розраховано середній розмір порожнинних дефектів, який для складу з 0.38 мол% Tm2S3 складає порядку R = 2.5 Å чи V = 65 Å3 у сферичному наближенні.

 

10. Анотований звіт по науковій роботі за 2011-2012 рр.

Тема роботи: «Нанорозмірні механізми радіаційно-структурних змін у халькогенідних склоподібних напівпровідниках»

Вид роботи: фундаментальна

Термін виконання: 01.04.2011 – 31.12.2013

Керівник роботи: Цмоць Володимир Михайлович, доктор фіз.-мат. наук, професор

Відповідальний виконавець: Кавецький Тарас Степанович, канд. фіз.-мат. наук, п.н.с.

Основні наукові результати

Досліджено радіаційно-структурні зміни у модельних, бінарних та псевдо-бінарних системах халькогенідних склоподібних напівпровідників. На основі експериментальних результатів, отриманих методом високоенергетичної синхротронної рентгенівської дифракції, тонкої структури рентгенівських спектрів поглинання та позитронної анігіляційної спектроскопії, встановлено атомно-розмірні моделі радіаційно-структурних змін для стекол As2S3, As2Se3-базованих систем та системи As2S3-As2Se3.

 

Співпраця з навчальними та науковими установами, організаціями та підприємствами України:

Інститут фізики НАН України; Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України; Інститут ядерних досліджень НАН України; Інститут магнетизму НАН та МОНмолодьспорту України; Інститут загальної та неорганічної хімії НАН України; Київський національний університет імені Тараса Шевченка; Львівський національний університет імені Івана Франка; Національний університет «Львівська політехніка»; Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича; Ужгородський національний університет; Прикарпатський національний університет імені В. Стефаника.

 

Міжнародна співпраця:

У рамках співробітництва із зарубіжними організаціями налагоджено контакти з Технічним університетом в Хємніці (м. Хємніц, Німеччина, 2005р.), Інститутом комплексних матеріалів (м. Дрезден, Німеччина, 2009р.), Науково-дослідним інститутом фізики твердого тіла та оптики Угорської академії наук (м. Будапешт, Угорщина, 2009р.), Науково-дослідною фундацією Hellas, Університет Патрас, (м. Патрас, Греція, 2009р.), Університетом хімічної технології та металургії (м. Софія, Болгарія, 2009р.), Інститутом електрохімії та енергетичних систем Болгарської академії наук (м. Софія, Болгарія, 2009р.), Східним Китайським університетом науки та технології (м. Шанхай, Китайська Народна Республіка, 2009р.), Технічним університетом в Любліні (м. Люблін, Польща, 2010р.), Інститутом фізики Словацької академії наук (м. Братіслава, Словацька Республіка, 2011р.), Казанським фізико-технічним інститутом Російської академії наук (м. Казань, Росія, 2011р.), Вестфальським університетом імені Вільгельма в Мюнстері (м. Мюнстер, Німеччина, 2011р.), Уханським технічним університетом (м. Ухань, Китайська Народна Республіка, 2012р.), Національним інститутом прогресивної промислової науки та технології (м. Цукуба, Японія, 2012р.). Результатом наукового співробітництва виступає проведення спільних наукових досліджень, виконання спільних двосторонніх науково-дослідних проектів, публікація результатів спільних наукових досліджень та їх представлення на Всеукраїнських та Міжнародних конференціях.

 

 

Контактна інформація:     e-mails tsmots@drohobych.net; kavetskyy@yahoo.com