Процессы самосборки массивов и энергетический спектр нанокристаллов CdS, синтезированных в матрице Ленгмюра-Блоджетт тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Свит, Кирилл Аркадьевич

• Свит, Кирилл Аркадьевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Свит, Кирилл Аркадьевич

Содержание

Список основных обозначений и сокращений

Введение

Глава 1. Полупроводниковые нанокристаллы

1.1 Методы синтеза нанокристаллов

1.2 Самосборка массивов нанокристаллов

1.2.1 Самосборка с помощью шаблонов

1.2.2 Самосборка с помощью внешних полей

1.2.3 Самосборка в отсутствие шаблонов и внешних полей

1.3 Энергетический спектр нанокристаллов

Глава 2. Методические вопросы исследования

2.1 Исследуемые образцы методики их изготовления

2.1.1 Условия получения НК на подложке ВОПГ

2.1.2 Условия получения НК на подложке кремния со слоем термического БЮг

2.2 Методы исследования Нк и условия экспериментов

2.3 Метод исследования энергетического спектра НК

Глава 3. Самосборка НК СёБ в процессе термодесорбции ЛБ-матрицы на поверхности ВОПГ

3.1 Экспериментальные результаты

3.2 Обсуждение результатов

Глава 4. Самосборка НК СёБ в процессе термодесорбции ЛБ-матрицы на поверхности БЮ2

4.1 Экспериментальные результаты

4.2 Обсуждение экспериментальных результатов

Глава 5. Исследование энергетического спектра одиночных НК СёБ, самособранных в массивы при термодесорбции матрицы Ленгмюра-Блоджетт

5.1 Экспериментальные данные

5.2 Анализ экспериментальных данных

5.2.1 Зонная диаграмма НК на подложке ВОПГ

5.2.2 Зарядовое состояние НК

5.2.3 Размерная зависимость ОМП

5.2.4 Особенности на туннельных спектрах нанокристаллов, расположенных

вблизи краев массивов

Заключение

Список литературы

Список основных сокращений и обозначений

АСМ - атомно-силовая микроскопия

ВОПГ - высокоориентированный пиролитический графит

ВАХ - вольт-амперная характеристика

ЗЗ - запрещенная зона

ОМП - область малой проводимости

ИМС - индуцированные металлом состояния

ИБС - индуцированные беспорядком состояния

КТ - квантовая точка

КС - коллоидный синтез

ЛБ - Ленгмюра-Блоджетт

МС - монослой

МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия НК - нанокристалл

ПЭМВР - просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения

СЭМ - сканирующая электронная микроскопия

СТМ - сканирующая туннельная микроскопия

СТС - сканирующая туннельная спектроскопия

ТБНЗ - туннелирование без накопления заряда

ФИП - фокусируемый ионный пучок

ХОГФ - химическое осаждение из газовой фазы

ЭШЗЗ - эффективная запрещенная зона

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Процессы самосборки массивов и энергетический спектр нанокристаллов CdS, синтезированных в матрице Ленгмюра-Блоджетт»

Введение

Актуальность работы. Несколько последних десятилетий полупроводниковые нанокристаллы (НК) привлекают огромное внимание исследователей благодаря свойствам, не присущим объёмному материалу. Энергетический спектр НК в отличие от объемного материала зависит от размера, формы, состояния поверхности и окружения НК. Возможность изменять энергетический спектр НК открывает широкие возможности их применения в таких областях как оптика, электроника, медицина и т. д.. Малые размеры НК приводят к росту вклада поверхности в их физические свойства. Доля поверхностных атомов в НК может достигать десятков процентов, что приводит к росту влияния поверхностных состояний на оптоэлектронные свойства НК. Рост влияния поверхности ставит задачи исследования оболочки НК, позволяющей модифицировать плотность и энергетический спектр поверхностных состояний НК. В НК возрастает влияние объёмных дефектов и примесей. Так добавление даже нескольких атомов примеси в НК, состоящий из порядка 10 атомов, приводит к эффектам сильного легирования, а в случае дефектов - к высокой вероятности захвата носителей заряда на уровни дефекта, нарушениям кристаллической и энергетической структуры НК. Помимо исследования свойств одиночных НК, значительное внимание исследователей привлекают коллективные явления, которые проявляются при объединении НК в массивы, влияют на энергетический спектр НК, приводят к транспорту носителей заряда между соседними НК.

В большинстве своем НК синтезируются из элементов групп Ш-У, 11-У1 или 1У-У1 периодической таблицы. НК демонстрируют высокоэффективную люминесценцию и перспективны для практического применения в фотонных устройствах, таких как эмиттеры цветных дисплеев [1], световые модификаторы светодиодов [2], низкопороговые лазеры [3] и волоконно-оптические усилители [4]. Кроме того, недавно обнаруженное явление мультиэкситонной генерации [5] открывает широкие возможности для создания высокоэффективных солнечных

батарей третьего поколения, позволяющих преодолеть предел Шоккли-Квейсера [6].

Среди наиболее распространённых методов получения НК можно выделить эпитаксиальные методы и химический подход. На данный момент эпитаксиальные методы успешно применяются при создании структур для низкопороговых лазеров [7], однако более широкое применение данной технологии получения НК сдерживается из-за высокой стоимости производства, особенно при больших размерах подложки, а также ограничением, связанным с согласованием материалов подложки и выращиваемого слоя. Химический подход лишен данных недостатков и позволяет создавать структуры из НК на различных подложках большой площади без применения дорогостоящего оборудования. В случае коллоидного синтеза можно создавать растворы НК с заданными свойствами, которые затем можно перенести на подложки практически любого типа. Благодаря описанным возможностям коллоидный синтез занимает лидирующие позиции среди методик изготовления НК. Однако необходимость применения пассивирующих лигандов, создающих дополнительный барьер между НК и ухудшающих перенос заряда между ними, усложняет создание на их основе высокоэффективных электронных или оптоэлектронных устройств, таких как солнечные батареи, фоторезисторы или полевые транзисторы.

Альтернативой является технология с использованием метода Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) [8]. Данная технология позволяет синтезировать НК сульфидов металлов, таких как С^, PbS, CdS и др., в твердой органической матрице, в качестве которой выступает ЛБ-плёнка [9]. Удаляя органическую матрицу, можно создавать массивы плотноупакованных НК. Данный подход не требует применения сурфактантов для пассивации НК, вместо них используется низкотемпературный отжиг в атмосфере пассивирующих газов, например, аммиака. Толщина пассивирующей оболочки в случае пассивации аммиаком около 0.5 нм, в то время как оболочка из оксида триоктилфосфина, одного из самых популярных сурфактантов в коллоидном синтезе, имеет толщину 1.1 нм. Учитывая экспоненциальную зависимость степени перекрытия волновых

функций электронов соседних НК от толщины оболочки между ними, данное различие позволяет заметно улучшить проводимость между НК в массиве, сохраняя их квантово-размерные свойства. Увеличение перекрытия волновых функций электронов из соседних НК приводит к размытию энергетических уровней НК, нивелированию влияния разброса НК по размерам на положение энергетических уровней и появлению минизон проводимости. Между тем вопрос о природе и физических свойствах оболочки, которая окружает НК после удаления матрицы до сих пор остаётся открытым.

В свете вышеуказанных потенциальных преимуществ актуальным становится изучение процессов самосборки массивов НК при удалении ЛБ-матрицы. Процессы самосборки НК в массивы широко изучены для коллоидных систем. Установлено, что процесс самосборки НК при равномерном испарении тонкой плёнки растворителя хорошо описывается моделью разделения фаз в бинарных жидкостях, в которой взаимодействие между компонентами описывается потенциалом Леннарда-Джонса. Также показано, что в случае неполного смачивания поверхности подложки материалом растворителя, процесс самосборки может существенно изменяться за счет действия капиллярных сил и силы поверхностного натяжения. Процесс самосборки НК при термодесорбции органической ЛБ-матрицы осложняется тем, что размер молекул растворителя (длина молекулы бегеновой кислоты около 3 нм) сравним с размерами НК. При таком соотношении размеров молекул растворителя и НК на процесс самосборки и морфологию получаемых массивов НК значительное влияние могут оказывать вязкоэластичные эффекты, связанные с деформацией молекул растворителя при движении НК и приводящие к снижению подвижности НК и их массивов в процессе самосборки.

Для дальнейшего развития перспективной технологии получения массивов НК на основе метода Ленгмюра-Блоджетт актуальным является изучение процессов самосборки НК в массивы в процессе удаления ЛБ-матрицы и исследование энергетического спектра получаемых НК.

Целями работы являлись установление механизмов и особенностей процессов самосборки массивов нанокристаллов СёБ, полученных с помощью метода Ленгмюра-Блоджетт, в процессе термодесорбции органической матрицы, и определение энергетического спектра одиночных нанокристаллов в составе самособранных массивов, получение информации о природе и физических параметрах оболочки нанокристаллов.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Изучение и анализ морфологии массивов НК, самособранных в процессе удаления матрицы различной толщины на смачиваемой материалом ЛБ-матрицы подложке высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ).

2. Анализ характерных особенностей морфологии массивов НК, связанных с вязкостью матрицы на процесс самосборки.

3. Изучение и анализ морфологии массивов НК, самособранных в процессе удаления матрицы при различных температурах отжига на несмачиваемой материалом ЛБ-матрицы подложке диоксида кремния.

4. Измерение энергетического спектра одиночных НК в составе самособранных массивов на поверхности ВОПГ и анализ его особенностей. Анализ факторов, влияющих на энергетический спектр НК. Формулирование модели, описывающей особенности энергетического спектра НК.

5. Анализ зависимости области малой проводимости на туннельных спектрах одиночных НК от их размера и определение ширины запрещённой зоны и эффективной диэлектрической проницаемости оболочки НК.

Новизна полученных результатов. Основные результаты и выводы работы получены впервые. Обнаружено, что термодесорбция ЛБ-матрицы приводит к увеличению доли молекул СёБ, участвующих в образовании НК, с ~20% до 100%. Впервые были определены механизмы самосборки НК СёБ, полученных с помощью метода ЛБ, в процессе термодесорбции ЛБ-матрицы. Установлено, что механизм самосборки НК зависит

от смачиваемости подложки материалом ЛБ-матрицы. Показано, что на смачиваемой подложке самосборка НК происходит за счёт взаимодействия Ван-дер-Ваальсового притяжения между НК и вязкоэластичных свойств матрицы, связанных с крупным размером молекул растворителя и анизотропией их формы. На несмачиваемой подложке процесс самосборки НК полностью определяется и описывается гидродинамическими процессами распада ЛБ-матрицы на капли в ходе ее термодесорбции. Показано, что в процессе распада на капли ЛБ-матрица с растворёнными в ней НК ведет себя как жидкость высокой вязкости, что проявляется в виде таких особенностей, как пальцевидная нестабильность и дендритная структура фронтов разрастающихся в плёнке пор. Впервые на основе измерений методом сканирующей туннельной спектроскопии определены ширина запрещенной зоны и эффективная диэлектрическая проницаемость оболочки НК после термодесорбции матрицы. Обнаружено, что НК, расположенные вблизи краев самособранных массивов, имеют аномально-малую область малой проводимости, вплоть до 0 В, что связано с континуумом внутризонных состояний в НК. Предложен механизм спекания соседних НК с образованием дефектной области кристаллической решетки на границе контакта, объясняющий появление и пространственное распределение аномальных НК.

Практическая значимость. Практическую ценность составляет наблюдение и анализ механизмов влияния матрицы на процесс самосборки НК в массивы при её испарении, что важно при дальнейшей подготовке структур для приборов и исследований. Вторым моментом является разработка методики по определению ширины запрещённой зоны и эффективной диэлектрической проницаемости оболочки НК с помощью сканирующей туннельной спектроскопии. Методика основана на аппроксимации размерной зависимости величины области малой проводимости на туннельных спектрах НК с помощью модели, учитывающей влияние конечной высоты барьера и эффективной диэлектрической проницаемости окружения на энергетический спектр НК.

На защиту выносятся следующие научные положения.

1. В процессе термодесорбции ЛБ-матрицы НК СёБ собираются в массивы, морфология которых главным образом определяется смачиваемостью подложки материалом ЛБ-матрицы. На полностью смачиваемой подложке морфология массивов НК определяется процессами агрегации и коалесценции, инициируемыми Ван-дер-Ваальсовыми силами притяжения, и вязкоэластичными эффектами, обусловленными анизотропией длинных молекул матрицы и их деформацией в процессе движения НК. На несмачиваемой или частично смачиваемой подложке процесс самосборки массивов НК определяется гидродинамическими процессами распада ЛБ-плёнки на капли в процессе ее плавления и термодесорбции, происходящими при появлении и движении фронта разрастающихся в плёнке дырок.

2. Термодесорбция ЛБ-матрицы приводит к увеличению доли молекул СёБ, участвующих в образовании НК, что связано с увеличением концентрации молекул СёБ процессе термодесорбции матрицы.

3. Положение уровня Ферми в НК СёБ, синтезированных в матрице Ленгмюра-Блоджетт, определяется уровнями поверхностных состояний, расположенными в верхней части запрещенной зоны. В процессе туннелирования электронов через НК возможен их захват на поверхностные состояния. Пассивация поверхности НК молекулами аммиака приводит к снижению вероятности захвата электрона на поверхностные состояния.

4. НК, полученные с помощью метода ЛБ в процессе отжига органической матрицы в атмосфере аммиака, покрыты оболочкой. Ширина запрещенной зоны оболочки около 4 эВ, а эффективная диэлектрическая проницаемость около 13.

5. В НК наблюдается аномально-малая, вплоть до 0 эВ величина зазора нулевой проводимости. Аномальная величина зазора нулевой проводимости проявляется только у НК, расположенных вблизи краёв самособранных массивов, и не зависит от размера НК.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях: 11 Международная конференция молодых специалистов в области микро/нанотехнологий и электронных устройств 2010 (Чемал, Россия); Международная научная студенческая конференция 2011 (Новосибирск); Международная конференция по инженерии и прикладной науке (2012, Пекин, Китай); Международная конференция по наноматериалам (2013, Прага, Чехия); Международная конференция по квантовым точкам (2014, Пиза, Италия); 17 международная конференция по соединениям А2В6 (2015, Париж, Франция), 17 Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур (2015, Санкт-Петербург), 24 международный симпозиум "Наноструктуры: физика и технология" - НАНО 2016 (2016, Санкт-Петербург), 33 международная конференция по физике полупроводников 2016 (Пекин, КНР).

Личный вклад автора состоит в планировании экспериментов по исследованию морфологии массивов НК и энергетического спектра отдельных НК с помощью различных методов микроскопии и метода сканирующей туннельной спектроскопии, участии в экспериментальных исследованиях, анализе полученных данных, выборе и разработке теоретических моделей, проведении расчётов и подготовке публикаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи [1A-4A] в рецензируемых научных журналах работ и 9 тезисов [5A-13A] в сборниках трудов российских и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 124 страницы, включая 31 рисунок и список цитируемой научной литературы из 177 наименований.

ГЛАВА 1. Полупроводниковые нанокристаллы

Данная глава является обзорной. В первом параграфе обсуждаются различные методики синтеза НК, перечисляются их достоинства и недостатки. Схематично описывается методика получения НК с помощью технологии Ленгмюра-Блоджетт. Второй параграф посвящен явлению самосборки массивов НК. Третий параграф посвящен энергетическому спектру НК . В данном параграфе обсуждаются факторы которые определяют энергетический спектр НК. Кроме того. обсуждается влияние присутствия в НК носителей заряда, которые образовались там в процессе измерения, на измеряемый спектр.

1.1 Методы синтеза нанокристаллов

Существует множество методов синтеза нанокристаллических структур, которые можно разделить на такие две категории как "сверху вниз" и противоположный ему "снизу вверх".

Метод создания наноструктур "сверху вниз" заключается в уменьшении размеров изначально объемного полупроводника. В качестве объемного полупроводника обычно выступает эпитаксиальный слой, выращенный на подложке другого материала. Большинство методик данного подхода основано на применении различных литографических техник. В данных техниках наноструктуры получаются путем прохождения нескольких этапов, таких как нанесение фоторезиста (или электронного резиста), экспонирование и травление фоторезиста, травление полупроводникового слоя, удаление фоторезиста. Схематически описанный процесс проиллюстрирован на рисунке 1.1.

Применение шаблона (маски) дает возможность контроля размеров, формы и распределения НК по подложке в данном подходе. К недостаткам данного подхода можно отнести ограничения, связанные с самими литографическими методами. Один из наиболее существенных недостатков заключается в ограничении размеров подготавливаемых структур длиной волны экспонирующего излучения. Типичные размеры НК, получаемых по методике "сверху вниз", находятся в пределах десятков нанометров [1 0], чего чаще всего

подложка

о Удаление фоторезиста

подложка

^Сг^ Травление полупроводника

ПО/" уп ровол ник

подложка

^у^ Экспонирование +проявление

фоторезист полупроводник

подложка

Нанесение фоторезиста полупроводник подложка

Рис. 1.1. Схематичное изображение получения наноструктур с помощью литографических методов.

недостаточно для проявления квантово-размерных эффектов при комнатной температуре.

Вторым недостатком является высокая структурная дефектность НК, связанная с применением шаблона. Важную роль в подходе "сверху вниз" для создания наноструктур играет травление. При сухом травлении частицы реактивного газа запускаются в камеру травления, и одновременно включается радиочастотное возбуждение для создания плазмы, которая разделяет реактивный газ на более активные компоненты. Часть этих компонентов имеет высокую кинетическую энергию и, бомбардируя поверхность полупроводника, вступает с ним в реакцию с образованием летучего соединения. Если в качестве высокоэнергетичных частиц выступают ионы, данный процесс носит название реактивного ионного травления. С помощью данного травления, где в качестве реактивной смеси газов использовался аргон и трихлорид бора, удалось получить 40 нм НК в системе GaAs/AlGaAs [11]. Реактивно-ионное травление успешно используется для создания структур, где требуется контроль размера и положения НК. Упорядоченные массивы наностолбов GaN с КТ InGaN в их вершине размерами ~20 нм, отделённые друг от друга на расстояние ~300 нм были получены с использованием Ar и Cl2 [12].

Среди литографических методов особое место занимает электронная литография с последующим травлением электронного резиста. Этот метод очень гибок в создании наноструктур и позволяет создавать различной формы квантовые нити, кольца и НК с высокой точностью латеральных размеров и периодичностью. Данный метод позволяет создавать наноструктуры с разрешением ~10 нм [13], но также слабо распространён по причине высокой стоимости и низкой производительности процесса.

Технологии с использованием фокусируемого ионного пучка (ФИП) также позволяют создавать НК с достаточно высокой латеральной точностью. Высоко сфокусированный пучок из источника с расплавленным металлом (Ga, Au/Si, Au/Si/Be или Pd/As/B) может быть использован для прямого формирования рисунка травления на поверхности полупроводника. Размер, форма и расстояние

между соседними НК в данном случае определяются диаметром ионного пучка, который имеет величину 8-20 нм для лабораторных и промышленных систем, что позволяет создавать НК с размерами менее 100 нм [14]. Техника ФИП также может быть использована для селективного осаждения материала из газа прекурсора [15]. С помощью сканирования образца ионным пучком (по аналогии с электронным в электронной литографии) в заданных местах можно получить требуемый рисунок осаждения и травления с высоким разрешением. Однако данная методика является достаточно дорогостоящей, с низкой производительностью процесса. Кроме того, к недостаткам можно отнести остаточное повреждение поверхности после бомбардировки ионами.

Второй подход "снизу вверх" является более распространённым и включает в себя множество методик синтеза НК, которые можно условно разделить на химические методы и методы осаждения из паровой фазы. Данный подход основан либо на выращивании НК на поверхности подложки, как, например, в эпитаксиальных методах, либо на создании НК в иной среде с последующим их нанесением на требуемую поверхность.

К методам осаждения из паровой фазы можно отнести различные методики химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) [16] и молекулярно-лучевую эпитаксию (МЛЭ) [17,18]. При использовании данных методов НК получаются в процессе гетероэпитаксиального роста на подложке высоконапряженных материалов. Данные методы начинаются с процесса, при котором слои осаждаемого вещества растут атом за атомом с образованием кристаллической структуры. Различают три механизма роста эпитаксиальных пленок: механизм Франка - Ван дер Мерве (послойный рост), Вольмера- Вебера (островковый рост) и Странского-Крастанова (послойный рост с островками) [19]. Один из приведённых механизмов роста наблюдается в зависимости от соотношения поверхностных энергий и рассогласования постоянных кристаллической решетки. Например, НК могут быть сформированы по механизму Странского-Крастанова из материала, который имеет хорошее согласование кристаллической решетки с подложкой. В данном случае поверхностная энергия подложки должна быть

меньше чем сумма поверхностной энергии осаждаемого слоя плюс межфазной поверхностной энергии слой-подложка [20]. В других случаях НК формируются за счет релаксации напряжений в эпитаксиальном слое. В случае если осаждаемый материал имеет большое рассогласование решётки с материалом подложки и, соответственно, малые энергии поверхности и межфазной границы, то изначальный рост осаждаемого материала будет происходить послойно (механизм Франка- Ван дер Мерве). Однако когда толщина плёнки будет достаточной (несколько монослоев) для достижения необходимого уровня напряжений, вносимых рассогласованием кристаллических решёток, произойдет снижение полной энергии системы за счёт разрыва плёнки на отдельные островки или НК (механизм Вольмера-Вебера). Метод ХОГФ находит широкое применение в синтезе НК различных материалов [21]. Например, Ким и др. [22] синтезировали НК ZnSe/ZnS с помощью химического осаждения из газовой фазы металлоорганических соединений в режиме атомно-слоевой эпитаксии. Средняя высота НК была в пределах 1.5 нм. Также стоит отметить успехи в создании с помощью металлоорганического ХОГФ высокоэффективных солнечных батарей на основе НК в системе GaAs/InAs [23]. Отдельно стоит выделить молекулярно-лучевую эпитаксию , которая является одним из наиболее популярных методов создания НК. МЛЭ используется для выращивания наноструктур из элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений [24,25]. Особенностью метода является осаждение материала на нагретую подложку в

о

условиях сверхвысокого вакуума (10- Па). Базовый принцип МЛЭ заключается в испарении осаждаемого вещества из молекулярного источника (ячейка Кнудсена) для формирования направленного пучка (луча) атомов или молекул. Пучки молекул в процессе МЛЭ могут быть созданы как из твёрдотельных источников (элементарный Ga, As), так и из комбинации твёрдотельных источников и газа (AsH3, PH3). Достоинствами данного метода являются высокая прецезионность контроля состава НК, а также возможность создания НК с высокой степенью пассивации за счет их включения в гетероструктуры [26]. К настоящему времени

НК, полученные с помощью МЛЭ, занимают лидирующее положение в исследованиях, направленных на создание полупроводниковых лазеров [27].

К недостаткам эпитаксиальных методик синтеза НК можно отнести сравнительно высокую стоимость оборудования и самого процесса, а также сложность технологического процесса, которая заключается как в подготовке источников необходимого материала высокой чистоты, так и в подборе пары подложка-осаждаемый материал с соответствующими условиями роста.

Химический подход к созданию НК включает в себя различные методики, из которых можно выделить коллоидный синтез (КС) [28] и методику создания НК с помощью технологии Ленгмюра-Блоджетт [29]. В данном подходе НК синтезируются в процессе химической реакции в твердой или жидкой фазе и не требуют применения дорогостоящего вакуумного оборудования, что значительно снижает себестоимость процесса. Процесс формирования НК в химическом подходе неизменно включает в себя первичную нуклеацию и дальнейший ограниченный рост кристаллов. Нуклеация может быть разделена на гомогенную и гетерогенную (в том числе и вторичную) нуклеацию [30]. Гомогенная нуклеация не нуждается в наличии центра нуклеации и происходит когда молекулы вещества собираются вместе и превышают определенный критический размер. С помощью варьирования различных условий, при которых происходит процесс нуклеации можно синтезировать НК требуемых размеров.

Коллоидный синтез является наиболее распространённым методом получения НК среди всех известных, так как позволяет синтезировать НК из широкого спектра материалов [31]. В коллоидном синтезе имеется разделение процесса непосредственного получения НК от процесса их осаждения. НК сначала синтезируются в жидкой фазе, а затем уже переносятся на любую требуемую подложку. Получение НК коллоидным методом обладает рядом таких преимуществ, как возможность контроля роста НК, хорошая пассивация поверхностных состояний, узкое распределение по размерам (порядка 5-8%), возможность последующего выделения НК по причине отсутствия матрицы.

Наиболее общая методика синтеза коллоидных НК заключается в следующем. В нагретый, помешиваемый растворитель (дисперсионную среду) вносятся соединения реагентов с элементами, из которых в дальнейшем будет образован НК. После химической реакции образуется локально пересыщенный раствор и одновременно происходит образование (нуклеация) зародышей твердой фазы. При образовании зародышей появляется новая поверхность раздела фаз, что приводит к увеличению свободной энергии пропорционально квадрату радиуса зародыша. Одновременно с этим происходит снижение энергии системы за счет образования объема зародыша, пропорциональное радиусу кристаллита в кубе. Таким образом, зависимость суммарного изменения свободной энергии имеет экстремум при критическом размере зародыша гкр. Все зародыши с размером меньше критического будут растворяться, а с размером больше Rкp. расти. Когда реагенты исчерпаны, происходит финальный этап под названием Оствальдовское созревание [32], который заключается в росте крупных НК за счет растворения более мелких. Нужно отметить, что Оствальдовское созревание приводит к достаточно широкому распределению НК по размерам, которое описывается распределением Лифшица-Слезова [33], поэтому НК с высокой степенью монодисперсности можно получить лишь при остановке процесса синтеза на ранних стадиях нуклеации. Необходимость применения сурфактантов в коллоидном синтезе накладывает ограничение, связанное с расстоянием между НК. Расстояние между НК является важным фактором, определяющим проводимость и коллективные свойства массивов НК [34]. Проводимость массивов НК, т. е. эффективность переноса заряда, играет большую роль при создании солнечных элементов на основе НК [35], а также при применении НК в канале полевого транзистора [36]. Проводимость между НК зависит от степени перекрытия их электронных состояний и может изменяться на порядок при изменении расстояния между соседними НК с 1 до 2 А [37]. Оксид триоктилфосфина, который является одним из наиболее популярных сурфактантов в коллоидной химии, имеет длину молекулы порядка 1 нм, что дает разделение около 2 нм между соседними НК в массиве. Талапин и др. [38]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Свит, Кирилл Аркадьевич, 2017 год

Список цитируемой литературы

[1] Zhenyue L. Emerging quantum-dots-enhanced LCDs / L. Zhenyue, X. Daming, W. Shin-Tson. // Journal of display technology. - 2014. - Vol. 10. - P. 526539.

[2] Sunqwoo K. Performance of light-emitting-diode based on quantum dots / K. Saunqwoo, I. Sang Hyuk, K. Sang-Wook. // Nanoscale. - 2013. - Vol. 5. - P. 52055214.

[3] Butkus M. High-power quantum-dot-based semiconductor disk laser / M. Butkus, K. G. Wilcox, J. Rautianen, O. G. Okhotnikov, S. S. Mikhrin, I. L. Krestnikov, A. V. Kovsh, M. Hoffman, T. Sudmeyer, U. Keller, E. U. Rafailov. // Optics Letters. -2009. - Vol. 34. - P. 1672-1674.

[4] Pang F. A PbS quantum dots fiber amplifier excited by evanescent wave / F. Pang, X. Sun, H. Guo, J. Wang, X. Zeng, Z. Chen, T. Wang // Opt. Express. - 2010. -Vol. 18. - P. 14024-14030.

[5] Nozik A. J. Multiple exciton generation in semiconductor quantum dots / A. J. Nozik. // Chem. Phys. Lett. - 2008. - Vol. 457. - P. 3-11.

[6] Nelson C. Exceeding the Shockley-queisser limit in solar energy conversion / C. Nelson, N. Monahan, X. Zhu // Energy Environ. Sci. - 2013. - Vol. 6. - P. 35083519.

[7] Shimizu H. InAs quantum dot lasers with extremely low threshold current density (7 A/cm /layer) / H. Shimizu, S. Saravanan, J. Yoshida, S. Ibe, N. Yokouchi // Jpn. J. Appl. Phys. - 2005. - Vol. 44. - P. 33-36.

[8] Bagaev E. A. Photoluminescence from cadmium sulfide nanoclusters formed in the matrix of a Langmuir-Blodgett film / E. A. Bagaev, K. S. Zhuravlev, L. L. Sveshnikova, I. A. Badmaeva, S. M. Repinskii, M. Voelskow // Semiconductors. -2003. - Vol. 37. P. 1321-1325.

[9] Milekhin A. G. Optical vibration modes in (Cd, Pb, Zn)S quantum dots in the Langmuir-Blodgett Matrix / A. G. Milekhin, L. L. Sveshnikova, S. M. Repinskii, A. K. Gutakovskii, M. Friedrich, D. R. T. Zahn // Phys. Solid State. -2002. - Vol. 44. P. 19761980.

[10] Meyers M. A. Mechanical properties of nanocrystalline materials / M. A. Meyers, A. Mishra, D. J. Benson. // Progress in materials science. - 2006. - Vol. 51. -P. 427-556.

[11] Scherer A. Gallium-arsenide and aluminum gallium-arsenide reactive ion etching in boron-trichloride argon mixtures/ A. Scherer, H. G. Craighead, E. D. Beebe // J. Vac. Sci. Technol. B. - 1987. - Vol. 5. - P. 1599-1605.

[12] Lee L. K. Fabrication of site-controlled InGaN quantum dots using reactive-ion etching / L. K. Lee, P. C. Ku // Phys. Stat. Sol. C. - 2012. - Vol. 9. - P. 609-612.

[13] Hu W. Sub-10nm electron beam lithography using cold development of poly(methylmethacrylate) / W. Hu, K. Sarveswaran, M. Lieberman, G. H. Bernstein // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2004. - Vol. 22. - P. 1711-1716.

[14] Chason E. Ion beams in silicon processing and characterization / E. Chason, S. T. Picraux, J. M. Poate, J. O. Borland, M. I. Current, T. D. Rubia, D. J. Eaglesham, O. W. Holland, M. E. Law, C. W. Magee, J. W. Mayer, J. Melngailis, A. F. Tasch // J. Appl. Phys. - 1997. - Vol. 81. P. 6513-6561.

[15] Brunel D. Characterization of ion/electron beam induced deposition of electrical contacts at the sub-^m scale / D. Brunei, D. Troadec, D. Hourlier, D. Deresmes, M. Zdrojek, T. Melin // Microelectronic Engeneering. - 2011. - Vol. 88. P. 1569-1572.

[16] Boucaud P. Intraband absorption in Ge/Si self-assembled quantum dots / P. Boucaud, V. L. Thanh, S. Sauvage, D. Debarre, D. Bounchier // Apll. Phys. Lett. -1999. - Vol. 74. P. 401-403.

[17] Leonard D. Direct formation of quantum-sized dots from uniform coherent islands of InGaAs on GaAs-surfaces / D. Leonard, M. Krishnamurthy, C. M. Reaves, S. P. Denbaars, P. M. Petroff // Appl. Phys. Lett. - 1993. - Vol. 63. P. 3203-3205.

[18] Xin S. H. Formation of self-assembling CdSe quantum dots on ZnSe by molecular beam epitaxy / S. H. Xin, P. D. Wang, A. Yin, C. Kim, M. Dobrowolska, J. L. Merz, J. K. Furdyna // Appl. Phys. Lett. - 1996. - Vol. 69. P. 3884-3886.

[19] Frigeri P. Molecular beam epitaxy: an overview / P. Frigeri, L. Seravalli, G. Trevisi, S. Franchi // Semicond. Sci. Technol. - 2011. - Vol. 3. P. 480-522.

[20] Eaglesham D. J. Dislocation-free stranski-krastanov growth of Ge on Si(100) / D. J. Eaglesham, M. Cerullo // Phys. Rev. Lett. - 1990. - Vol. 64. P. 1943-1946.

[21] Hersee S. D. Low-pressure chemical vapor deposition / S. D. Hersee, J. P. Duchemin // Ann. Rev. Mater. Sci. - 1982. - Vol. 12. P. 65-80.

[22] Kim Y. G. Temperature-dependent photoluminescence of ZnSe/ZnS quantum dots fabricated under the Stranski-Krastanov mode / Y. G. Kim, Y. S. Joh, J. H. Song, K. S. Baek, S. K. Chang, E. D. Sim // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 83. P. 2656-2658.

[23] Tanabe K. High-efficiency InAs/GaAs quantum dot solar cells by metalorganic chemical vapor deposition / K. Tanabe, D. Guimard, D. Bordel, Y. Arakawa // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol. 100. P. 193905-1-3.

[24] Kaiser U. The structure of Si nanocrystals on SiC / U. Kaiser, A. Chuvilin, K. Saitoh, W. Richter // Journalk of Electron Microscopy. - 2001. - Vol. 50. P. 311-319.

[25] Неведомский В. Н. Структуры GaAs с квантовыми точками InAs и As, полученные в едином процессе молекулярно-лучевой эпитаксии / В. Н. Неведомский, Н. А. Берт, В. В. Чалдышев, В. В. Преображенский, М. А. Путято, Б. Р. Семягин // Физика и техника полупроводников. - 2009. Т. 42. С. 1662-1666.

[26] Леденцов Н. Н. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры / Н. Н. Леденцов, В. М. Устинов, В. А. Щукин, П. С. Копьев, Ж. И. Алферов, Д. Бимберг // Физика и техника полупроводников. - 1998. Т. 32. С. 385-410.

[27] Wang Z. High performance InAs quantum dot lasers on silicon substrates by low temperature Pd-GaAs wafer bonding / Z. Wang, R. Yao, S. F. Preble, C.S. Lee, L. F. Lester, W. Guo // Appl. Phys. Lett. - 2015. - Vol. 107. P. 261107-1-4.

[28] Yadong Y. Colloidal nanocrystal synthesis and the organic-inorganic interface / Y. Yadong, A. P. Alivisatos // Nature. - 2005. - Vol. 437. P. 664-670.

[29] Nabok A. V. Cadmium sulfide nanoparticles in Langmuir-Blodgett films of calixarenes / A. V. Nabok, T. Richardson // Langmuir. - 1997. - Vol. 13. P. 3198-3201.

[30] Engelbrecht A. Heterogeneous and homogeneous crystal nucleation in a colloidal model system of charged spheres at low metastabilities / A. Engelbrecht, R. Meneses, H. J. Schope // Soft Matter. - 2011. - Vol. 7. P. 5685-5690.

[31] Jun Y. Symmetry-controlled colloidal nanocrystals: nonhydrolytic chemical synthesis and shape determining parameters / Y. Jun, J.H. Lee, J. Choi, J. Cheon // J. Phys. Chem. B. - 2005. - Vol. 109. P. 14795-14806.

[32] Baldan A. Progress in Ostwald ripening theories and their applications to nickel-base superalloys / A. Baldan // J. Mater. Sci. - 2002. - Vol. 37. P. 2171-2202.

[33] Lifshitz I. M. The kinetics of precipitation from supersaturated solid solutions / I. M. Lifshitz, V. V. Slyozov // J. Phys. Chem. Solids. - 1961. - Vol. 19. 3550.

[34] Pileni M. P. Nanocrystal self-assemblies: fabrication and collective properties / M. P. Pileni // J. Phys. Chem. B. - 2001. - Vol. 105. P. 3358-3371.

[35] Semichaevsky A. V. Carrier transport in a quantum dot solar cell using semiclassical and quantum mechanical models / A. V. Semichaevsky, H. T. Johnson // Sol. Energ. Mat. Sol. Cells. - 2013. - Vol. 108. P. 189-199.

[36] Mentzel T. S. Charge transport in PbSe nanocrystal arrays / T. S. Mentzel, V. J. Porter, S. Geyer, K. MacLean, M. G. Bawendi, M. A. Kastner // Phys. Rev. B. -2008. - Vol. 77. P. 075316-1-8.

[37] Lee J. Nonmonotonic size-dependent carrier mobility in PbSe nanocrystal arrays / J. Lee, O. Choi, E. Sim // J. Phys. Chem. Lett. - 2012. - Vol. 3. P. 714-719.

[38] Lee J. S. Band-like transport, high electron mobility and high photoconductivity in all-inorganic nanocrystal arrays / J. S. Lee, M. V. Kovalenko, J. Huang, D. S. Chung, D. V. Talapin // Nat. Nanotechnol. -2011. - Vol. 6. P. 348-352.

[39] Kovalenko M. V. Colloidal nanocrystals with molecular metal chalcogenide surface ligands / M. V. Kovalenko, M. Scheele, D. V. Talapin // Science. - 2009. - Vol. 324. P. 1417-1420.

[40] Багаев Е. А. Изменение оптическихсвойств нанокластеров CdS, полученных методом Ленгмюра-Блоджетт при пассивации в аммиаке / Е. А. Багаев, К. С. Журавлев, Л. Л. Свешникова, Д . В. Щеглов // ФТП. - 2003. - Т. 42. -№. 6. - С. 718-725.

[41] Nabok A. Evolution of CdS nanoparticles self-assembled within two-dimensional Langmuir-Blodgett layers / A. Nabok, I. Iwantono, A. Ray, I. Larkin, T. Richardson // J. Phys. D: Appl. Phys. -2002. - Vol. 35. P. 1512-1515.

[42] Facci. A. Evidence for structural and electronic anisotropy in CdS nanocrystal layers from Langmuir-Blodgett film precursors / P. Facci, M. P. Fontana // Solid State Commun. - 1998. - Vol. 108. P. 5-9.

[43] Milekhin A. G. Optical vibration modes in (Cd, Pb, Zn)S quantum dots in the Langmuir-Blodgett Matrix / A. G. Milekhin, L. L. Sveshnikova, S. M. Repinskii, A. K. Gutakovskii, M. Friedrich, D. R. T. Zahn // Phys. Solid State. -2002. - Vol. 44. P. 1976-1980.

[44] Grzybowski B. A. Self-assembly: from crystals to cells / B. A. Grzybowski, C. E. Wilmer, J. Kim, K. P. Browne, K. J. M. Bishop // Soft Matter. - 2009. - Vol. 5. -P. 1110-1128.

[45] Nie Z. Properties and emerging applications of self-assembled structures made from inorganic nanoparticles / Z. Nie, A. Petukhova, E. kumacheva // Nat. Nanotechnol. - 2010. - Vol. 5. - P. 15-25.

[46] Kitching H. Self-assembly of metallic nanoparticles into one dimensional arrays / H. Kitching, M. J. Shiers, A. J. Kenyon, I. V. Parkin // J. Mat. Chem. A. - 2013. - Vol. 1. - P. 6985-6999.

[47] Lee H. J. In-situ growth of copper sulfide nanocrystals on multiwalled carbon nanotubes and their application as novel solar cell and amperometric glucose sensor materials / H. J. Hyunju, S. W. Yoon, E. J. Kim, J. Park // Nano Lett. - 2007. -Vol. 7. - P. 778-784.

[48] Banerjee S. Synthesis and characterization of carbon nanotube-nanocrystal heterostructures / S. Banerjee, S. S. Wong // Nano Lett. - 2002. - Vol. 2. - P. 195-200.

[49] Artemyev M. Self-organized, highly luminescent CdSE nanorod-DNA complexes / M. Artemyev, D. Kisiel, S. Abmiotko, M. N. Antipina, G. B. Khomutov, V. V. Kislov, A. A. Rakhnyanskaya // J. Am. Chem. Soc. - 2004. - Vol. 126. - P. 1059410597.

[50] Lu N. Lateral patterning of luminescent CdSe nanocrystals by selective dewetting from self-assembled organic templates / N. Lu, X. Chen, D. Molenda, A. Naber, H. Fuchs, D. V. Talapin, H. Weller, J. Muller, J. M. Lupton, J. Feldmann, A. L. Rogach, L. Chi // Nano Lett. - 2004. - Vol. 4. - P. 885-888.

[51] Phillips K. R. A colloidoscope of colloid-based porous materials and their uses / K. R. Phillips, G. T. England, S. Sunny, E. Shirman, T. Shirman, N. Vogel, J. Aizenberg // Chem. Soc. Rev. - 2016. - Vol. 45. - P. 281-322.

[52] Park S. M. Sub-10 nm nanofabrication via nanoimprint directed self-assembly of block copolymers / S. M. Park, X. Liang, B. D. Harteneck, T. E. Pick, N. Hiroshiba, Y. Wu, B. A. Helms, D. L. Olynick // ACS Nano. - 2011. Vol. 5. - P. 85238531.

[53] Jiang M. Reusable inorganic templates for electrostatic self-assembly of individual quantum dots? Nanodiamonds, and lanthanide-doped nanoparticles / M. Jiang, J. A. Kurvits, Y. Lu, A. V. Nurmikko, R. Zia // Nano Lett. - 2015. - Vol. 15. - P. 5010-5016.

[54] Smagina Zh. V. Chains of quantum dot molecules grown on Si surface pre-patterned by ion-assisted nanoimprint lithography / Zh. V. Smagina, N. P. Stepina, V. A. Zinovyev, P. L. Novikov, P. A. Kuchinskaya, A. V. Dvurechenskii // Appl. Phys. Lett. - 2014. - Vol. 105. - P. 153106-1-4.

[55] Ye Y. H. Self-assembly of three-dimensional photonic-crystals with air-core line defects / Y. H. Ye, T. S. Mayer, I. C. Khoo, I. B. Divliansky, N. Abrams, T. E. Mallouk // J. Matter. Chem. - 2002. - Vol. 12. - P. 3637-3639.

[56] Borg M. Mechanisms of template-assisted selective epitaxy of InAs nanowires on Si / M. Borg, H. Schmid, K. E. Moselund, D. Cutaia, H. Riel // J. Appl. Phys. - 2015. - Vol. 117. - P. 144303-1-7.

[57] Liang J. A growth pathway for highly ordered quantum dot arrays / J. Liang, H. Luo, R. Beresford, J. Xu // Appl. Phys. Lett. - 2004. - Vol. 85. - P. 5974-5976.

[58] Sekiguchi H. Formation of InGaN quantum dots in regulary arranged GaN nanocolumns growth by rf-plasma-assisted molecular-beam epitaxy / H. Sekiguchi, K. Kishino, A. kikuchi // Phys. Stat. Solidi C. - 2010. - Vol. 7. - P. 2374-2377.

[59] Sahoo Y. Field-directed self-assembly of magnetic nanoparticles / Y. Sahoo, M. Cheon, S. Wang, H. Luo, E. P. Furlani, P. N. Prasad // J. Phys. Chem. B. - 2004. -Vol. 108. - P. 3380-3383.

[60] Ryan K. M. Electric-field-assisted assembly of perpendicularly oriented nanorod superlattices / K. M. Ryan, A. Mastroianni, K. A. Stancil, H. Liu, A. P. Alivisatos // Nano Lett. - 2006. - Vol. 6. - P. 1479-1482.

[61] Basu R. Evidence for directed self-assembly of quantum dots in a nematic liquid crystal / R. Basu, G. S. Iannacchione // Phys. Rev. E Stat. Nonlin. Soft. Matter. Phys. - 2009. - Vol. - 80. - P. 010701-1-14.

[62]Burns M. M. Optical matter: crystallization and binding in intense optical fields / M. M. Burns, J. M. Fournier, J. A. Golovchenko // Science. - 1990. - Vol. 249. -P. 749-754.

[63] Zhang H. Directing the self-assembly of nanocrystals beyond colloidal crystallization / H. Zhang, E. W. Edwards, D. Wang, H. Mohwald // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2006. - Vol. 8. - P. 3288-3299.

[64] Dong A. Two-dimensional binary and ternary nanocrystals superlattices: the case of monolayers and bilayers / A. Dong, X. Ye, J. Chen, C. B. Murray // Nano Lett. -2011. Vol. 11. - P. 1804-1809.

[65] Weddemann A. Review and outlook: from single nanoparticles to self-assembled monolayers and granular GMR sensors / A. Weddemann, I. Ennen, A. Regtmeier, C. Albon, A. Wolff, K. Eckstadt, N. Mill, M. K. H. Peter, J. Mattay, C. Plattner, N. Sewald, A. Hutten // Beilstein J. Nanotechnol. - 2010. - Vol. 1. - P. 75-93.

[66] Yang L. Hierarchical architecture of self-assembled carbon nitride nanocrystals / L. Yang, P. W. May, Y. Huang, L. Yin // J. Mater. Chem. - 2007. Vol. 17. - P. 1255-1257.

[67] Vanmaekelbergh D. Self-assembly of colloidal nanocrystals as a route to novel classes of nanostructured materials / D. Vanmaekelbergh // Nanotoday. - 2011. -Vol. 6. - P. 419-437.

[68] Peyrade D. Direct observation and localization of colloidal nanoparticles on patterned surface by capillary forces / D. Peyrade, M. Gordon, G. Hyvert, K. Berton, J. Tallal // Microelectron. Eng. - 2006. - Vol. 83. - P. 1521-1525.

[69] Tang J. Gas-liquid-solid phase transition model for two-dimensional nanocrystals self-assembly on graphite / J. Tang, G. Guanglu, L. E. Brus // J. Phys. Chem. - 2002. - Vol. 106. - P. 5653-5658.

[70] Ohara P. C. Self-assembly of submicrometer rings of particles from solution of nanoparticles / P. C. Ohara, J. R. Health, W. M. Gelbart // Angew. Chem. Int. Ed. -1997. - Vol. 36. - P. 1078-1080.

[71] Maillard M. Rings and hexagons made of nanocrystals: a Maragoni effect / M. Maillard, L. Motte, A. T. Ngo, M. P. Pileni // J. Phys. Chem. B. - 2000. - Vol. 104. -P. 11871-1877.

[72] Ngo A. Crack patterns in superlattices made of maghemite nanocrystals / A. Ngo, J. Richardi, M. P. Pileni // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2013. - Vol. 15. - P. 1066610672.

[73] Denkov N. Mechanism of formation of two-dimensional crystals from latex particles on substrates / N. Denkov, O. Velev, P. Kralchevski, I. Ivanov, H. Yoshimura, K. Nagayama // Langmuir. - 1992. - Vol. 8. - P. 3183-3190.

[74] Chatterjee J. Prediction of coupled menisci shapes by Young-Laplace equation and the resultant variability in capillary retention / J. Chatterjee // J. Colloid Interface Sci. - 2007. - Vol. 314. - P. 199-206.

[75] Denkov N. D. Mechanism of formation of two-dimensional crystals from latex particles on substrates / N. D. Denkov, O. D. Velev, P. A. Kralchevsky, I. B. Ivanov, H. Yoshimura, K. Nagayama // Langmuir. - 1992. - Vol. 8. - P. 3183-3190.

[76] Kralchevsky P. A. Capillary forces and structuring in layers of colloid particles / P. A. Kralchevsky, N. D. Denkov // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. - 2001.

- Vol. 6. - P. 383-401.

[77] Dimitrov A. S. Continuous convective assembling of fine particles into two-dimensional arrays on solid surfaces / A. S. Dimitrov, K. Nagayama // Langmuir. -1996. - Vol. 12. - P. 1303-1311.

[78] Wang C. Understanding the forces within self-assembly and the implications on constructing 3D supercrystals / C. Wang, C. Siu, J. Zhang, J. Fang // Nano Res. -2015. - Vol. 8. - P. 2445-2466.

[79] Masuda Y. Self-assembly patterning of silica colloidal crystals / Y. Masuda, T. Itoh, K. Koumoto // Langmuir. - 2005. - Vol. 21. - P. 4478-4481.

[80] Colvin V. I. Semiconductor nanocrystals covalently bound to metal surfaces with self-assembled monolayers / V. I. Colvin, A. N. Goldstein, A. P. Alivisatos // J. Am. Chem. Soc. - 1992. - Vol. 114. - P. 5221-5230.

[81] Jdira L. Size-dependent single-particle energy levels and interparticle Coulomb interactions in CdSe quantum dots measured by scanning tunneling spectroscopy / L. Jdira, P. Liljeroth, E. Stoffels, D. Vanmaekelbergh, S. Speller // Phys. Rev. B. - 2006. - Vol. 73. - P. 115305-1-6.

[82] Lee. L. T. Controlled nanoparticle assembly by dewetting of charged polymer solution / L. T. Lee, C. A. P. Leite, F. Galembeck // Langmuir. - 2004. - Vol. 20. - P. 4430-4435.

[83] Wilson W. L. Quantum confinement in size-seleted, surface-oxidized silicon nanocrystals / W. L. Wilson, P. F. Szajowski, L. E. Brus // Science. - 1993. - Vol. 262.

- P. 1242-1244.

[84] Pedrueza E. The effect of quantum size confinement on the optical properties of PbSe nanocrystals under exposure to heat and hydrostatic pressure / E. Pedrueza, A. Sequra, R. Abarques, J. B. Bailach, J. C. Chervin, J. P. Martinez-Pastor // Nanotechnology. - 2013. - Vol. 24. - P. 205701-1-9.

[85] Moradian R. Structural, optical, and electrical properties of thioglycolic acid-capped CdTe quantum dots thin films / R. Moradian, M. Elahi, A. Hadizadeh, M. Roshani, A. Taghizadeh, R. Sahraei // Int. Nano. Lett. - 2013. - Vol. 3. - P. 56-1-6.

[86] Hapala P. Theoretical analysis of electronic band structure of 2- to 3-nm Si nanocrystals / P. Hapala, K. Kusova, I. Pelant, P. Jelinek // Phys. Rev. B. - 2013. - Vol. 87. - P. 195420-1-13

[87] Lipovskii A. Synthesis and characterization of PbSe quantum dots in phosphate glass / A. Lipovskii, E. Kolobkova, V. Petrikov // Appl. Phys. Lett. - 1997. -Vol. 71. - P. 3406-3408.

[88] Nanda K. K. Energy levels in embedded semiconductor nanoparticles and nanowires / K. K. Nanda, F. E. Kruis, H. Fissan // Nano Letters. - 2001. - Vol. 1. - P. 605-611.

[89] Bryant G. W. Excitons in quantum boxes: correlation effects and quantum confinement / G. W. Bryant // Phys. Rev. B. - 1988. - Vol. 37. - P. 8763-8772.

[90] Tudury G. E. Effect of band anisotropy on electronic structure of PbS, PbSe, and PbTe quantum dots / G. E. Tudury, M. V. Marquenzini, L. G. Ferreira, L. C. Barbosa, C. L. Cesar // Phys. Rev. B. - 2000. -Vol. 62. - P. 7357-7364.

[91] Lippens P. E. Calculation of the band gap for small CdS and ZnS crystallites / P. E. Lippens, M. Lannoo // Phys. Rev. B. - 1989. - Vol. 39. - P. 10935-10942.

[92] Delerue C. Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon / C. Delerue, G. Allan, M. Lannoo // Phys. Rev. B. - 1993. - Vol. 48. - P. 11024-11036.

[93] Wang L. W. Pseudopotential calculations of nanoscale CdSe quantum dots / L. W. Wang, A. Zunger // Phys. Rev. B. - 1996. - Vol. 53. - P. 9579-9582.

[94] Pelligrini G. Finite depth square well model: applicability and limitations / G. Pellegrini, G. Mattei, P. Mazzoldi // J. Appl. Phys. - 2005. - Vol. 97. - P. 073706-18.

[95] Franceschetti A. Addition energies and quasiparticle gap of CdSe nanocrystals / A. Franceschetti, A. Zunger // Appl. Phys. Lett. - 2000. - Vol. 76. - P. 1731-1733.

[96] Franceschetti A. Pseudopotential calculations of electron and hole addition spectra of InAs, InP, and Si quantum dots / A. Franceschetti, A. Zunger // Phys. Rev. B.

- 2000. - Vol. 62. - P. 2614-2623.

[97] Niquet Y. M. Interpretation and theory of tunneling experiments on single nanostructures / Y. M. Niquet, C. Delerue, G. Allan, M. Lannoo // Phys. Rev. B. -2002. - Vol. 65. - P. 165334-1-14.

[98] Jiang P. Single-electron tunneling in a single PbS nanocrystals nucleated on 1-mercaptoundecanoic acid self-assembled monolayer at room temperature / P. Jiang, Z. F. Liu, S. M. Cai // J. Appl. Phys. - 2001. - Vol. 90. - P. 2039-2041.

[99] Brus L. E. Electron-electron and electron-hole interactions in small semiconductor crystallites: the size dependence of the lowest excited electronic state / L. E. Brus // J. Chem. Phys. - 1984. - Vol. 80. - P. 4403-4409.

[100] Banin U. Identification of atomic-like electronic states in indium arsenide nanocrystals quantum dots / U. Banin, Y. Cao, D. Katz, O. Millo // Nature. - 1999. -Vol. 400. - P. 542-544.

[101] Tari D. Optical properties of tetrapod-shaped CdTe nanocrystals / D. Tari, M. D. Giorgi, F. D. Sala, L. Carbone, R. Krahne, L. Manna, R. Cingolani, S. Kudera, W. J. Parak // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 87. - P. 224101-1-3.

[102] Hens Z. Effects of crystal shape on the energy levels of zero-dimensional PbS quantum dots / Z. Hens, D. Vanmaekelbergh // Phys. Rev. Lett. - 2002. - Vol. 88.

- P. 236803-1-4.

[103] Fanyao Q. Effects of nanocrystals shape on the physical properties of colloidal ZnO quantum dots / Q. Fanyao, D. R. Santos Jr., N. O. Dantas, A. F. G. Monte, P. C. Morais // Physica E. - 2004. - Vol. 23. - P. 410-415.

[104] Fonoberov V. A. Exciton states and optical transitions in colloidal CdS quantum dots: shape and dielectric mismatch effects / V. A. Fonoberov, E. P. Pokatilov // Phys. Rev. B. - 2002. - Vol. 66. - P. 085310-1-13.

[105] Li L. Band gap variation of size- and shape-controlled colloidal CdSe quantum rods / L. Li, J. Hu, W. Yang, A. P. Alivisatos // Nano Lett. - 2001. Vol. 1. - P. 349-351.

[106] Nanda K. K. Energy levels in embedded semiconductor nanoparticles and nanowires / K. K. Nanda, F. E. Kruis, H. Fissan // Nano Lett. 2001. - Vol. 1. - P. 605611.

[107] Reiss P. Core/shell semiconductor nanocrystals / P. Reiss, M. Protiere, L. Li // Small. - 2009. - Vol. 5. - P. 154-168.

[108] Smith A. M. Semiconductor nanocrystals: structure, properties, and band gap engineering / A. M. Smith, S. Nie // Acc. Chem. Res. - 2001. - Vol. 43. - P. 190200.

[109] Smith A. M. Tuning the optical and electronic properties of colloidal nanocrystals by lattice strain / A. M. Smith, A. M. Mohs, S. Nie // Nat. Nanotechnol. -2009. - Vol. 4. - P. 56-63.

[110] Nirmal M. Luminescence photophysics in semiconductor nanocrystals / M. Nirmal, L. Brus // Acc. Chem. Res. - 1999. - Vol. 32. - P. 407-414.

[111] Bagaev E. A. Temperature dependence of photoluminescence from CdS nanoclusters formed in the matrix of Langmuir-Blodgett film / E. A. Bagaev, K. S. Zhuravlev, L. L. Sveshnikova // Phys. Stat. Sol. C. - 2006. - Vol. 3. - P. 3951-3954.

[112] Hummon M. R. Measuring charge trap occupation and energy level in CdSe/ZnS quantum dots using a scanning tunneling microscope / M. R. Hummon, A. J. Stollenwerk, V. Narayanamurti, P. O. Anikeeva, M. J. Panzer, V. Wood, V. Bulovic // Phys. Rev. B. - 2010. - Vol. 81. - P. 115439-1-8.

[113] Babentsov V. N. Defects with deep donor and acceptor levels in nanocrystals of CdTe and CdSe / V. N. Babentsov // Semicond. Phys. Quantum Electron. Otoelectron. - 2006. - Vol. 9. - P. 94-98.

[114] Xu X. Dynamics of bound exciton complexes in CdS nanobelts / X. Xu, Y. Zhao, E. J. Sie, Y. Lu, B. Liu, S. A. Ekahana, X. Ju, Q. Jiang, J. Wang, H. Sun, T. C. Sum, C. H. A. Huan, Y. P. Feng, Q. Xiong // ACS Nano. - 2011. - Vol. 5. - P. 36603669.

[115] Erwin S. C. Doping semiconductor nanocrystals / S. C. Erwin, L. Zu, M. I. Haftel, A. L. Efros, T. A. Kennedy, D. J. Norris // Nature. - 2005. - Vol. 436. - P. 9194.

[116] Mandal P. Orange-red luminescence from Cu doped CdS nanophosphor prepared using mixed Langmuir-Blodgett multilayers / P. Mandal, S. S. Talwar, S. S. Major, R. S. Srinivasa // J. Chem. Phys. - 2008. - Vol. 128. - P. 114703-1-7.

[117] Dalpian G. M. Self-purification in semiconductor nanocrystals / G. M. Dalpian, J. R. Chelikowsky // Phys. Rev. Lett. - 2006. - Vol. 96. - P. 226802-1-4.

[118] Bhattacharjee A. K. Optical properties of paramagnetic ion-doped semiconductor nanocrystals / A. K. Bhattacharjee, J. Perez-Conde // Phys. Rev. B. -2003. - Vol. 68. - P. 045303-1-6.

[119] Srivastava B. B. Doping Cu in semiconductor nanocrystals: some old and some new physical insights / B. B. Srivastava, S. Jana, N. Pradhan // J. Am. Chem. Soc. - 2011. - Vol. 133. - P. 1007-1015.

[120] Hanif K. M. Magnetic ordering in doped Cd(1-x)Co(x)Se diluted magnetic quantum dots / K. M. Hanif, R. W. Meulenberg, G. F. Strouse // J. Am. Chem. Soc. -2002. - Vol. 25. - P. 11495-11502.

[121] Sahu A. Electronic impurity doping in CdSe nanocrystals / A. Sahu, M. S. Kang, A. Kompch, C. Notthoff, A. W. Wills, D. Deng, M. Winterer, C. D. Frisbie, D. J. Norris // Nano Lett. - 2012. - Vol. 12. - P. 2587-2594.

[122] Mocatta D. Heavily doped semiconductor nanocrystals quantum dots / D. Mocatta, G. Cohen, J. Schattner, O. Millo, E. Rabani, U. Banin // Science. - 2011. -Vol. 332. - P. 77-81.

[123] Monch W. On the physics of metal-semiconductor interfaces / W. Monch // Rep. Prog. Phys. - 1990. - Vol. 53. - P. 221-278.

[124] Heine V. Theory of surface states / V. Heine // Phys. Rev. - 1965. - Vol. 138. - P. A1689-A1696.

[125] Hasegawa H. Unified disorder induced gap state model for insulator-semiconductor and metal-semiconductor interfaces / H. Hasegawa, H. Ohno // J. Vac. Sci. Technol. B. - 1986. - Vol. 4. - P. 1130-1138.

[126] Oncel N. Metal induced gap states on Pt-modified Ge(001) surfaces / N. Oncel, W. J. Van Beek, B. Poelsema, H. J. W. Zandvliet // New. J. Phys. - 2007. - Vol. 9. - P. 1367-2630.

[127] Nishimura T. Evidence for strong Fermi-level pinning due to metal-induced gap states at metal/germanium interface / T. Nishimura, K. Kita, A. Toriumi // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 91. - P. 123123-1-3.

[128] Berthod C. Schottky barrier heights at polar metal/semiconductor interfaces / C. Berthod, N. Binggeli, A. Baldereschi // Phys. Rev. B. - 2003. - Vol. 68. - P. 085323-1-11.

[129] Saraf D. Electronic structure at nanocontacts of surface passivated CdSe nanorods with gold clusters / D. Saraf, A. Kshirsagar // Phys. Chem. Chem. Phys. -2014. - Vol. 16. - P. 10823-10829.

[130] Cohen M. L. Nanotubes, nanoscience, and nanotechnology / M. L. Cohen // Mater. Sci. Eng. C. - 2001. - Vol. 15. - P. 1-11.

[131] Ruppalt L. B. Metal-induced gap states at a carbon-nanotube intramolecular heterojunction observed by scanning tunneling microscopy / L. B. Ruppalt, J. W. Lyding // Small. - 2007. - Vol. 3. - P. 280-284.

[132] Achatz P. Optical properties of nanocrystalline diamond thin films / P. Achatz, J. A. Garrido, M. Stutzmann, O. A. Williams, D. M. Gruen, A. Kromka, D. Steinmuller // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 88. - P. 101908-1-3.

[133] Peng J. A theoretical study of resonant tunneling in the double-barrier structure / J. Peng, H. Chen, S. Zhou // J. Phys. Condens. Matter. - 1989. - Vol. 1. - P. 5451.

[134] Milekhin A. G. Surface-enhanced Raman spectroscopy of semiconductor nanostructures / A. G. Milekhin, L. L. Sveshnikova, T. A. Duda, N. A. Yerukov, E. E. Rodyakina, A. K. Gutakovskii, S. A. Batsanov, A. V. Latyshev, D. R. T. Zahn // Phys. E. - 2016. - Vol. 75. - P. 210-222.

[135] Rama Krishna M. V. Quantum confinement effects in semiconductor clusters / M. V. Rama Krishna, R. A. Friesner // J. Chem. Phys. - 1991. - Vol. 95. - P. 8309-8322.

[136] Repinskii S. M. Kinetics of sulfiding multimolecular metal behenate layers / S. M. Repinskii, L. L. Sveshnikova, Yu. I. Khrapov // Russ. J. Phys. Chem. A. - 1998. - Vol. 72. - P. 825-828.

[137] Yao J. H. Theory and simulation of Ostwald ripening / J. H. Yao, K. R. Elder, H. Guo, M. Grant // Phys. Rev. B. - 1993. - Vol. 47. - P. 14110-14125.

[138] Cahn J. W. Phase separation by spinodal decomposition in isotropic systems / J. W. Cahn // J. Chem. Phys. - 1965. - Vol. 42. - P. 93-99.

[139] Bagaev E. A. Changes in optical properties of CdS nanoclusters in Langmuir-Blodgett films on passivation in ammonia / E. A. Bagaev, K. S. Zhuravlev, L. L. Sveshnikova, D. V. Shcheglov // Semiconductors. - 2008. - Vol. 42. - P. 702-709.

[140] Ou Y. C. Interplay of spinodal and diffusion-limited aggregation in formation of nanocrystals assembled 2D islands / Y. C. Ou, K. S. Zhuravlev, J. Fang, W. B. Jian // J. Phys. Chem. C. - 2010. - Vol. 114. - P. 17416-17421.

[141] Koster L. J. A. Controlling the assembly of CdS nanorods via solvent and acidity / L. J. A. Koster, S. Khodabakhsh, N. C. Greenman // Soft Matter. - 2014. - Vol. 10. - P. 6485-6490.

[142] Rabani E. Drying-mediated self-assembly of nanoparticles / E. Rabani, D. R. Reichman, P. L. Geissler, L. E. Brus // Nature. - 2003. - Vol. 26. - P. 271-274.

[143] Koch S. W. Dynamics of phase separation in two-dimensional fluids: Spinodal decomposition / S. W. Koch, C. Rashmi, C. Desai, F. F. Abraham // Phys. Rev. A. - 1983. - Vol. 27. - P.2152-2167.

[144] Guanglu G. Evidence for spinodal phase separation in two-dimensional nanocrystal self-assembly / G. Guanglu, L. Brus // J. Phys. Chem B. - 2000.- Vol. 104. - P. 9573-9575.

[145] Cai L. H. Mobility of nonsticky nanoparticles in polymer liquids / L. H. Cai, s. Panyukov, M. Rubinstein. // Macromolecules. - Vol. 44. - P. - 7853-7863.

[146] Limpert E. Log-normal distributions across the sciences: keys and clues / E. Limpert, W. A. Stahel, M. Abbt // BioScience. - 2008. - Vol. 51. - P. 341-352.

[147] Wang D. Formation of precise 2D Au particle arrays via thermally induced dewetting on pre-patterned substrates / D. Wang, R. Ji, P. Schaaf // Beilsteinn J. Nanotechnol. - 2011. - Vol. 2. - P. 318-326.

[148] Pakarinen O. H. Towards an accurate description of the capillary force in nanoparticle-surface interactions/ O. H. Pakarinen, A. S. Foster, M. Paajanen, T.

Kalinainen, J. Katainen, I. Makkonen, J. Lantinen, R. M. Nieminen // Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. - 2005. - Vol. 13. - P. 1175-1186.

[149] Xue L. Pattern formation by dewetting of polymer thin film / L. Xue, Y. Han // Prog. Polym. Sci. - 2011. - Vol. 36. - P. 269-293.

[150] Sachan P. Hierarchical micro/nano structures by combined self-organized dewetting and photopatterning of photoresist thin films / P. Sachan, M. Kulkarni, A. Sharma // Langmuir. - 2015. - Vol. 31. - P. 12505-12511.

[151] Sharma A. Nonlinear stability, rupture, and morphological phase separation of thin fluid films on apolar and polar substrates / A. Sharma, A. T. Jameel // J. Colloid Interface Sci. - 1993. - Vol. 161. - P. 190-208.

[152] Sharma A. Pattern formation in unstable thin liquid films / A. Sharma, R. Khanna // Phys. Rev. Lett. - 1998. - Vol. 81. - P. 3463-3466.

[153] Carel J. V. O. Interfacial Lifshitz-van der Waals and polar interactions in macroscopic systems / J. V. O. Carel, M. K. Chaudhury, R. J. Good // Chem. Rev. -1988. - Vol. 88. - P. 927-941.

[154] Seemann R. Dewetting patterns and molecular forces: a reconciliation / R. Seemann, S. Herminghaus, K. Jacobs // Phys. Rev. Lett. - 2001. - Vol. 86. - P. 55345537.

[155] Gu X. Hole-growth instability in the dewetting of evaporating polymer solution films / X. Gu, D. Raghavan, J. F.Douglas,A. Karim // J.Polym. Sci. Part B Polym. Phys. - 2002. - Vol. 40. - P. 2825-2832.

[156] Baumchen O. Influence of slip on the Rayleigh-Plateau rim instability in dewetting viscous films / O. Baumchen, L. Marquant, R. Blossey, A. Munch, B. Wagner, K. Jacobs // Phys. Rev. Lett. - 2014. - Vol. 113. - P. 014501-1-5.

[157] Bergeron V. Hole formation and sheeting in the drainage of thin liquid films / V. Bergeron, A. I. Jimenez-Laguna, C. J. Radke // Langmuir. - 1992. - Vol. 8. -P. 3027-3032.

[158] Vancea I. Front instabilities in evaporately dewetting nanofluids / I. Vancea, U. Thiele // Phys. Rev. E. - 2008. - Vol. 78. - P. 041601-1-15.

[159] Li S. Control of viscous fingering patterns in a radial hele-shaw cell / S. Li, J. S. Lowengrub, J. Fontana, P. Palffy-Muhoray // Phys. Rev. Lett. - 2009. - Vol. 102. -P. 174501-1-4.

[160] McCloud K. V. Experimental pertubirations to Saffman-Taylor flow / K. V. McCloud, J. V. Maher // Phys. Rep. - 1995. - Vol. 260. - P. 139-185.

[161] King J. R. Linear stability of a ridge / J. R. King, A. Munch, B. Wagner // Nonlinearity. - 2006. - Vol. 19. - P. 2813-2831.

[162] Kracker M. Textures of Au, Pt and Pd/PdO nanoparticles thermally dewetted from thin metal layers on fused silica / M. Kracker, W. Wisniewski, C. Russel // RSC Adv. - 2014. - Vol. 4. - P. 48135-48143.

[163] Erokhin V. Observation of room temperature mono-electron phenomena on nanometer-sized CdS particles / V. Erokhin, P. Facci, S. Carrara, C. Nicolini // J. Phys. D: Appl. Phys. - 1995. - Vol. 28. - P. 2534-2538.

[164] Ou Y. C. Size dependence in tunneling spectra of PbSe quantum-dot arrays / Y. C. Ou, S. F. Feng, W. B. Jian // Nanotechnology. - 2009. - Vol. 20. - P. 28541-1-5.

[165] Chen K. T. Post-growth annealing of CdS crystals grown by physical vapor transport / K. T. Chen, Y. Zhang, S. U. Egarievwe, M. A. George, A. Burger, C. H. Su, Y. G. Sha, S. L. Lehoczky // J. Crys. Growth. - 1995. - Vol. 166. - P. 731-735.

[166] Veamatahau A. Origin of surface trap states in CdS quantum dots: relationship between size dependent photoluminescence and sulfur vacancy trap states/ A. Veamatahau, B. Jiang, T. Seifert, S. Makuta, K. Latham, M. Kanehara, T. Teranishi, Y. Tachibana // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2015. -17. - P. 2850-2858.

[167] Elavarthi P. Room temperature ferromagnetism and white light emissive CdS:Cr nanoparticles synthesized by chemical co-precipitation method / P. Elavarthi, A. Kumar, G. Murali, D. Reddy, K. Gunasekar // J. Alloys Compd. - 2016. - 25. - P. 510517.

[168] Nanda K. K. Effective mass approximation for two extreme semiconductors: band gap of PbS and CuBr nanoparticles / K. K. Nanda, F. E. Kruis, H. Fissan, S. N. Behera // J. Appl. Phys. - 2004. - Vol. 95. - P. 5035-5041.

[169] Bakkers E. P. A. M. Shell-tunneling spectroscopy of the single-particle energy levels of insulating quantum dots / E. P. A. M. Bakkers, Z. Hens, A. Zunger, A. Franceschetti, L. P. Kouwenhoven, L. Gurevich, D. Vanmaekelbergh // Nano Lett. -2001. - Vol. 1. - P. 551-556.

[170] de Alcantara Bonfim O. F. Exact and approximate energy spectrum for the finite square well and related potentials / O. F. de Alcantara Bonfim, D. J. Griffins // Am. J. Phys. - 2006. - Vol. 74. - P. 43-48.

[171] Jones W. Organic Molecular Solids: Properties and Application / W. Jones - CRC Press: Boca Raton, 1997. -267 p.

[172] Dunstan P. R. The correlation of electronic properties with nanoscale morphological variations measured by SPM on semiconductor devices / P. R. Dunstan, T. G. Maffeis, M. P. Ackland, G. T. Owen, S. P. Wilks // J. Phys. Condens. Matter. -2003. - Vol. 15. - P. S3095-3112.

[173] Palankovski V. Study of dopant-dependent band gap narrowing in compound semiconductor devices / V. Palankovski, G. Kaiblinger-Grujin, S. Selberherr // Mater. Sci. Eng. B. - 1999. - Vol. 66. - P. 46-49.

[174] P. N. First Metallicity and gap states in tunneling to Fe clusters in GaAs(110) / P. N. First, J. A. Stronscio, R. A. Dragoset, D. T. Pierce, R. J. Celotta // Phys. Rev. Lett. - 1989. - Vol. 63. - P. 1416-1419.

[175] Oncel N. Metal induced gap states on Pt-modified Ge(001) surfaces / N. Oncel, W. J. van Beek, B. Poelsema, H. J. Zandvliet // New. J. Phys. - 2007. - Vol. 9. -P. 449-1-7.

[176] Joannopoulos J. D. Effects of disorder on the electronic density of states of III-V compounds / J. D. Joannopoulos, M. L. Cohen // Phys. Rev. B. - 1974. - Vol. 10. -P. 1545-1559.

[177] Asoro M. A. Effect of surface carbon coating on sintering of silver nanoparticles: in situ TEM observations / M. A. Asoro, D. Kovar, P. J. Ferreira // Chem. Commun. - 2014. - Vol. 50. - P. 4835-4838.