Разработка и исследование технологических основ синтеза формирования нанокристаллических пленок LiNbO3 методом импульсного лазерного осаждения для пьезоэлектрических преобразователей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Вакулов Захар Евгеньевич

• Вакулов Захар Евгеньевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Вакулов Захар Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НИОБАТА ЛИТИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1 Современное состояние и перспективы развития в области создания пьезоэлектрических преобразователей энергии

1.2 Физико-химические свойства ниобата лития

1.3 Технологические методы изготовления нанокристаллических пленок Ы№>Оз

1.4 Выводы и постановка задачи

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ИСПАРЕНИИ МИШЕНИ НИОБАТА ЛИТИЯ

2.1 Оценка распределения основных параметров вдоль оси факела при лазерном испарении мишени ЫКЪО3

2.2 Термодинамические закономерности фазообразования в системе материалов литий-ниобий-кислород

2.3 Оценка фазового состава факела при абляции мишени ЫКЪО3

2.4 Выводы по главе

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НИОБАТА ЛИТИЯ МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ

3.1 Оборудование, используемое при проведении экспериментальных исследований

3.2 Влияние расстояния от мишени до подложки на параметры нанокристаллических пленок ниобата лития

3.3 Влияние давления газа в ростовой камере на свойства нанокристаллических пленок ниобата лития

3.4 Влияние температуры подложки при импульсном лазерном осаждении на свойства нанокристаллических пленок LiNЪO3

3.5 Исследование влияния времени осаждения на свойства нанокристаллических пленок LiNЪO3

3.6 Выводы по главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

4.1 Разработка технологии изготовления и исследование параметров пьезоэлектрического наногенератора на основе гибридной углеродной наноструктуры

4.2 Разработка конструкции и технологии изготовления пьезоэлектрического преобразователя энергии на основе массива гибридных наноструктур

4.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологических основ синтеза формирования нанокристаллических пленок LiNbO3 методом импульсного лазерного осаждения для пьезоэлектрических преобразователей»

Актуальность диссертационной работы

С развитием электроники возникла потребность в разработке новых принципов формирования питающих элементов, поскольку возможности электрохимических источников тока не могут в полной мере отвечать растущим запросам. Кроме того, на сегодняшний день существуют определенные сложности, связанные с утилизацией отработанных батарей. В связи с этим ведутся активные исследования по модернизации имеющихся конструкций и технологий формирования, а также разработке принципиально новых источников энергии на основе наноматериалов, отвечающих требованиям эффективности, универсальности и экологической безопасности.

Перспективным направлением в области создания элементов питания является разработка пьезоэлектрических преобразователей, использующих механическую энергию окружающей среды в качестве источника электроснабжения для устройств носимой электроники («умные» часы, мобильные телефоны, кардиостимуляторы, датчики в составе экипировки для экстремальных применений). При этом механическая энергия доступна практически во всех местах и в любое время: она может поступать из окружающего шума, вибраций, потоков воздуха, активности человеческого тела. Использование подобных пьезоэлектрических преобразователей может расширить возможности устройств носимой электроники, существенно увеличив время их автономной работы и снизив массогабаритные показатели питающих элементов. Особое внимание при разработке пьезоэлектрических преобразователей уделяют гибридным углеродным наноструктурам, которые обладают высокой прочностью и упругостью, что позволяет им выдерживать значительные градиенты деформации.

Кроме того, с точки зрения экологической безопасности и расширения области возможного применения подобных устройств (медицина, спорт, образовательная сфера и др.), особый интерес вызывает использование

бессвинцовых пьезоэлектрических материалов (оксид цинка ^пО), ниобат лития (LiNЪO3) и т.д.). Уникальное сочетание пьезоэлектрических, оптических и сегнетоэлектрических свойств LiNЮ3 открывает широкие возможности при его использовании для создания перспективных пьезоэлектрических преобразователей энергии по микроэлектронной технологии, отличающихся высокой эффективностью и экологической безопасностью.

Наиболее распространенная конструкция пьезоэлектрических преобразователей - преобразователи балочного типа [1-3], которые в настоящее время широко используются при изготовлении микроэлектромеханических структур (МЭМС). В качестве материала консольной балки в такой конструкции могут использоваться кремний или металл, а активным слоем является пленка пьезоэлектрического материала. Малые размеры такой конструкции позволяют снизить резонансную частоту [4].

Однако создание устройств на основе сегнето- и пьезоэлектрических пленок на современном этапе развития технологии затруднено из-за проблем, связанных с недостаточной проработанностью технологии их получения. Большинство сегнето- и пьезоэлектрических материалов (ВаТЮ3, PbTiO3, LiNЪO3) является многокомпонентными оксидами, что существенно усложняет технологический процесс получения и их интеграцию с кремниевой технологией микро- и наноэлектроники. Импульсное лазерное осаждение (ИЛО) - перспективный метод формирования пленок многокомпонентных оксидов, который благодаря большому количеству технологических параметров позволяет управлять составом формируемых пленок, а также их морфологическими и электрическими параметрами.

Таким образом, актуальной задачей современной электроники является необходимость исследования процессов формирования пленок многокомпонентных оксидов, выявление закономерностей влияния условий синтеза нанокристаллических пленок LiNЪO3 методом ИЛО на их параметры, а также разработка на основе полученных пленок перспективных пьезоэлектрических преобразователей.

Цели и задачи диссертационной работы

Цель диссертационной работы - исследование и разработка процессов получения нанокристаллических пленок LiNЮ3 методом импульсного лазерного осаждения с учетом особенностей фазообразования при лазерном испарении многокомпонентной мишени и условий синтеза для пьезоэлектрических преобразователей на основе гибридных углеродных наноструктур.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Определить теоретические закономерности фазообразования при лазерной абляции мишени LiNЪO3 с учетом термодинамических закономерностей взаимодействия в системе материалов литий-ниобий-кислород, температуры факела и давления газа в ростовой камере.

2. Провести экспериментальные исследования закономерностей влияния условий синтеза нанокристаллических пленок LiNЪO3 методом импульсного лазерного осаждения на их морфологические и электрофизические параметры.

3. Разработать технологический маршрут изготовления и провести исследования пьезоэлектрического наногенератора на основе углеродной нанотрубки и нанокристаллической пленки LiNЪO3.

4. Разработать технологический маршрут изготовления пьезоэлектрического преобразователя на основе массива гибридных углеродных наноструктур для нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9.

Научная новизна работы:

1. Получены термодинамические закономерности процессов взаимодействия в системе материалов литий-ниобий-кислород с учетом нелинейных температурных зависимостей теплофизических свойств материалов и давления газа в ростовой камере.

2. Установлены общие закономерности физико-химических процессов в факеле при лазерной абляции мишени LiNЮ3 с учетом диссоциации и синтеза компонентов материала мишени, температуры факела и давления в ростовой камере.

3. Экспериментально установлены закономерности влияния условий синтеза нанокристаллических пленок LiNЮ3 методом импульсного лазерного осаждения на их электрофизические свойства с учетом основных технологических параметров процесса ИЛО (расстояния от мишени до подложки, давления газа в ростовой камере, температуры подложки, длительности осаждения).

Практическая значимость:

1. Определены условия синтеза нанокристаллических пленок LiNЪO3 методом импульсного лазерного осаждения, позволяющие получать пленки с контролируемыми параметрами в диапазоне удельного сопротивления от 1,3-10-2 Ом-см до 5,3-105 Ом-см.

2. Разработан маршрут изготовления методом импульсного лазерного осаждения нанокристаллических пленок LiNЪO3, проявляющих сегнето- и пьезоэлектрические свойства (остаточная поляризация 322 мкКл/см2, пьезоэлектрический коэффициент еъъ 2,132).

3. Разработан пьезоэлектрический наногенератор на основе углеродной нанотрубки и нанокристаллической пленки LiNЪO3, позволяющий генерировать ток до 18 нА при силе воздействия 600 нН.

4. Разработан технологический маршрут изготовления пьезоэлектрического преобразователя на основе массива ориентированных углеродных нанотрубок, покрытых нанокристаллической пленкой LiNbO3, для нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9.

Положения, выносимые на защиту:

1. Термодинамические закономерности процессов взаимодействия в системе материалов литий-ниобий-кислород, полученные с учетом нелинейных температурных зависимостей теплофизических свойств материалов, распределения основных параметров факела вдоль его оси и давления газа в ростовой камере.

2. Закономерности физико-химических процессов в факеле при лазерной абляции мишени LiNbO3 с учетом диссоциации и синтеза компонентов материала мишени, температуры факела и давления в ростовой камере.

3. Закономерности влияния условий синтеза нанокристаллических пленок LiNbO3 методом импульсного лазерного осаждения на их морфологические и электрофизические параметры с учетом технологических режимов.

Реализация результатов работы:

Диссертационная работа выполнялась в НОЦ и ЦКП «Нанотехнологии» ЮФУ, а также на кафедре НТ МСТ ИНЭП в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ в 2015-2019 гг.: «Исследование процессов формирования наноструктурированных пленок LiNbO3 лазерными и ионно-плазменными методами для интегральных элементов акустооптоэлектроники» (Российский фонд фундаментальных исследований, 2016-2017 гг.) и «Разработка новых композитных керамических материалов на основе массивов углеродных нанотрубок для пьезоэлектрических преобразователей энергии» (Российский фонд фундаментальных исследований, 2018 г.), «Разработка высокоэффективных солнечных фотопреобразователей на основе массивов ориентированных углеродных нанотрубок с использованием плазменных и лазерных технологий» (ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», 2017-2018 гг.).

Имеется 3 акта, подтверждающие факт внедрения результатов диссертационной работы: результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре НТ МСТ ЮФУ, а также при выполнении работ в рамках НИР в Институте нанотехнологий, электроники и приборостроения и ООО «Центр нанотехнологий».

При выполнении работ в рамках диссертационного исследования использовалось технологическое и аналитическое оборудование НОЦ и ЦКП «Нанотехнологии» ЮФУ, а также Национального университета Чао Тунг (National Chiao Tung University) (Тайвань) и Сувонского Университета (University of Suwon) (Республика Корея).

Апробация работы:

Основные научные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждались на международных и всероссийских конференциях и семинарах различного уровня: International Conferences on «Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications» (PHENMA) 2016 - 2018 (г. Сурабая, Индонезия, 2016, г. Джабалпур, Индия, 2017, г. Пусан, Республика Корея, 2018), 4th and 5th International Schools and Conferences «Saint Petersburg OPEN» (г. Санкт-Петербург, Россия 2017, 2018), International conference «Physica.SPb/2016» (г. Санкт-Петербург, Россия, 2016), International Conference Scanning Probe Microscopy (SPM-2018) (г. Екатеринбург, Россия, 2018), The International Conference «Micro-and Nanoelectronics - 2018» (ICMNE-2018) including the extended Session «Quantum Informatics» (г. Звенигород, Россия, 2018), V International Conference «Modern nanotechnologies and nanophotonics for science and industry» (MNNSI-2016) (г. Суздаль, Россия, 2016).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ. Список основных публикаций автора состоит из трех статей, опубликованных в журналах, входящих в перечень ВАК, а также трех статей, опубликованных в журналах, входящих в базы данных Scopus и Web of Science.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и приложения.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, представлены цель и основные задачи исследования, научная новизна и практическая значимость, а также сведения об апробации результатов и структуре диссертации.

В первой главе представлены результаты аналитического обзора информационных источников по проблеме использования пьезоэлектрических материалов в преобразователях энергии. На сегодняшний день наиболее распространенным типом пьезоэлектрических преобразователей энергии

являются преобразователи балочного типа, широко используемые в МЭМС. В качестве материала консольной балки в такой конструкции обычно применяются кремний, металл или нитевидные нанокристаллы (ННК), а активным материалом является пленка из пьезоэлектрического материала. За последние годы выходное напряжение подобных пьезоэлектрических преобразователей на основе массивов нитевидных нанокристаллов ZnO удалось повысить до единиц вольт. Однако особое внимание уделяется использованию сегнетоэлектрических пленок многокомпонентных оксидов и углеродных наноструктур, которые отличаются высокими значениями механической прочности и упругости, что позволяет им выдерживать значительные градиенты деформации, тем самым повышая эффективность преобразования. Кроме того, благодаря своим электрическим свойствам углеродные наноструктуры могут также использоваться в качестве высокоэластичных электродных материалов в составе преобразователей энергии.

Рассмотрены основные физико-химические свойства многокомпонентного оксида - ниобата лития допускающие его использование при

разработке и изготовлении пьезоэлектрических преобразователей на основе сегнетоэлектрических материалов. Проведен анализ пьезоэлектрических характеристик преобразователей энергии, представленных в литературе. Выявлены основные требования к нанокристаллическим пленкам LiNbO3 для обеспечения высокой эффективности преобразования механической энергии в электрический ток.

Проведен анализ методов получения, совместимых с интегральной технологией микро- и наноэлектроники, которые позволяют формировать пленки LiNbO3. Показана перспективность импульсного лазерного осаждения при использовании его в качестве метода формирования пленок LiNbO3.

Показано, что неконгруэнтное испарение компонентов мишени и, как следствие, формирование пленки, отличающейся от стехиометрического состава мишени, является одной из ключевых особенностей процесса осаждения многокомпонентных оксидов. Сделан вывод о необходимости проведения исследований влияния условий синтеза нанокристаллических пленок LiNbO3 на

их свойства с учетом основных параметров процесса ИЛО. По результатам аналитического обзора информационных источников была определена цель и сформулированы задачи работы.

Во второй главе с использованием ранее разработанной методики была проведена оценка основных параметров факела при лазерном испарении LiNЪOз в вакууме с остаточным давлением 10-5 Торр и атмосфере кислорода с давлением 10-2 Торр. Проведена оценка температуры поверхности абляции в области воздействия лазерного излучения на мишень LiNbO3, которая составила 6024 °С и 7492 °С при распылении мишени в вакууме и атмосфере кислорода при давлении 10-2 Торр соответственно. На основании полученных результатов теоретически рассчитано распределение основных параметров факела при лазерном испарении мишени LiNbO3 (температура, давление и концентрация частиц) вдоль оси факела.

Путем расчета температурных зависимостей изменения свободной энергии Гиббса (АО) с учетом нелинейных температурных зависимостей теплофизических свойств материалов выполнен анализ термодинамических закономерностей процессов межфазного взаимодействия в системе материалов литий-ниобий-кислород. Проведены расчеты реакций диссоциации оксидов лития и ниобия, а также реакций взаимодействия лития и ниобия с кислородом.

Рассмотрены теплофизические условия, соответствующие химическим реакциям синтеза и процессам конденсации LiNbO3. На основе сопоставления результатов исследования процессов в факеле при лазерной абляции мишени ниобата лития и расчетов закономерностей фазообразования в системе материалов литий-ниобий-кислород было сделано предположение о существовании в пределах расширяющегося факела областей с преимущественным содержанием различных оксидов ниобия и лития. Полученные в ходе теоретических исследований результаты использовались при проведении экспериментальных исследований влияния условий синтеза нанокристаллических пленок ниобата лития методом импульсного лазерного осаждения на их морфологические и электрофизические параметры.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований условий синтеза нанокристаллических пленок LiNЪO3 методом ИЛО. Установлены закономерности влияния условий синтеза нанокристаллических пленок LiNЪO3 методом ИЛО на их свойства с учетом основных технологических параметров (расстояние от мишени до подложки, давление газа в ростовой камере, температура подложки), позволяющих формировать нанокристаллические пленки LiNЮ3 c контролируемыми параметрами. Определены условия синтеза, наиболее пригодные для получения нанокристаллических пленок LiNbO3, обладающих спонтанной поляризацией и пьезоэлектрическим эффектом.

В четвертой главе представлены результаты разработки и исследования параметров пьезоэлектрического наногенератора на основе углеродной нанотрубки и нанокристаллической пленки LiNbO3. В качестве активного элемента использовалась углеродная нанотрубка диаметром 95 нм, покрытая нанокристаллической пленкой LiNbO3 толщиной (110,1±8,8) нм. При приложении механического воздействия с силой 600 нН генерируемый ток составил 18 нА.

Исследование стабильности параметров наногенератора на основе единичной гибридной углеродной структуры показало, что под влиянием многократных деформирующих воздействий наногенератор сохранил способность вырабатывать электрический ток несмотря на начавшийся после 218 цикла процесс постепенной деградации его параметров.

На основе полученных результатов была предложена конструкция и разработан технологический маршрут изготовления пьезоэлектрического преобразователя на основе массива гибридных углеродных наноструктур. С использованием программы COMSOL МиШрИуБЮВ 5.2 рассчитано распределение электрического потенциала в структуре предложенного пьезоэлектрического преобразователя при механическом воздействии силой 1 Н. Рассчитанное значение генерируемого напряжения структурой, состоящей из 100 гибридных углеродных структур, составило 3,5 В.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Диссертация изложена на 119 страницах, включая 8 таблиц, 49 рисунков и 125 наименований списка используемых источников. В приложении приведены акты внедрения результатов исследований диссертационной работы.

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НИОБАТА ЛИТИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1 Современное состояние и перспективы развития в области создания пьезоэлектрических преобразователей энергии

За последние несколько лет существенно расширилась номенклатура беспроводных носимых датчиков и устройств портативной электроники, для питания которых в большинстве случаев применяются электрохимические батареи [5-7]. Несмотря на то, что производительность электронных устройств возрастает с каждым годом, значительного прогресса в создании перспективных элементов питания достигнуть пока не удалось. На рисунке 1.1 представлены графики, отражающие основные тенденции до 2010 года в области создания элементов вычислительной техники и элементов энергоснабжения для них [8]. Несмотря на существенное улучшение характеристик компонентов вычислительных систем, по сравнению с 1990 годом, значительного прогресса в области создания элементов питания достигнуть пока не удалось. Характер приведенных на рисунке 1.1 зависимостей не претерпел существенных изменений и по-прежнему актуален. Повышение производительности привело к увеличению энергопотребления, которое, в случае современной КМОП технологии, пропорционально скорости вычислений, что приводит к сокращению времени автономной работы, существенно ограничивает функциональность современных электронных устройств и увеличивает массогабаритные параметры питающих элементов.

100 ООО -з-

1990 1995 2000 2005 2010

Год

Рисунок 1.1 - Тенденции в области создания элементов вычислительной техники

и элементов энергоснабжения для них [8]

В поисках решения данной проблемы рассматривается возможность получения электрической энергии из окружающей среды, в которой находится устройство. В окружающей среде существует множество источников энергии: механическая, тепловая, химическая и солнечная. На сегодняшний день существует несколько возможных способов получения электрической энергии из энергии окружающей среды: использование солнечной энергии [9], электромагнитной индукции [10], электростатической генерации [11], диэлектрических эластомеров [12] и пьезоэлектрических материалов [13]. Каждый из перечисленных способов в состоянии обеспечить питаемое устройство небольшим количеством энергии. Однако благодаря способности преобразовывать механическую энергию (энергию деформаций) в полезную электрическую энергию и относительной легкости, с которой пьезоэлектрические материалы могут быть интегрированы в комплексную систему, именно их использование получило наиболее широкое распространение [14].

Преобразование энергии в пьезоэлектрическом материале становится возможным благодаря существованию локального разделения зарядов, называемого электрическим диполем. Когда к пьезоэлектрическому материалу

прикладывают механическое напряжение, диполь деформируется с образованием электрического тока, который может быть использован для питания различных устройств портативной электроники [15]. Данный эффект используется при работе датчиков на основе пьезоэлектрических материалов, входящих в состав акселерометров, микрофонов, тензодатчиков и др. Ранее он рассматривался в качестве паразитного [16]: часть вибрационной энергии, преобразуемой в электрическую энергию пьезоэлектрическим материалом, рассеивалась посредством выделения Джоулевой теплоты, а энергия удалялась из системы. Этот же подход используется для генерации электроэнергии, только вместо того, чтобы рассеивать энергию, ее используют для питания какого-либо устройства.

Процесс сбора энергии из окружающей среды и ее преобразование в электрическую называется харвестенгом (от англ. «harvesting» - сбор урожая) [17]. Наибольшее распространение при разработке и изготовлении харвестеров получили пьезоэлектрические материалы, обеспечивающие возможность преобразования механической энергии деформаций (колебаний) в электрический ток [18]. Пьезоэлектрические материалы можно условно разделить на четыре основных типа: 1) поликристаллическая керамика, 2) монокристаллы, 3) полимеры и 4) композиты. В монокристаллических материалах положительные и отрицательные ионы периодически упорядочены по всему объему материала, за исключением встречающихся дефектов кристаллической структуры. Поликристаллическая керамика состоит из множества отдельных монокристаллических «зерен» с одинаковым химическим составом, распределенных в объеме материала. Полимеры - материалы, состоящие из длинных полимерных цепей, которые имеют повторяющиеся структурные единицы, называемые «мономерами». Эти материалы гораздо более гибкие, по сравнению с керамикой и монокристаллами, и зачастую обладают большей прочностью. В некоторых случаях все вышеуказанные типы пьезоэлектрических материалов могут быть объединены в составе одного композита, обладающего определенными свойствами, нехарактерными для каждого отдельного взятого типа пьезоэлектрического материала.

Эффективность преобразования зависит не только от пьезоэлектрических коэффициентов, но и от приложенного механического напряжения (деформации). Величина генерируемого тока также зависит от упругих свойств пьезоэлектрического материала, определяющих возможность многократно выдерживать деформации, что особенно важно в случае преобразования механической энергии. Эффективность преобразования пьезоэлектрических генераторов может быть увеличена путем модификации материала активного слоя, топологии контактной системы, направления поляризации, геометрических параметров активного слоя, создания дополнительных механических напряжений для улучшения адгезии и увеличения деформации.

Для вибрационных пьезоэлектрических преобразователей характерно использование инерционной массы в качестве источника деформаций [19]. Одним из наиболее распространенных вариантов конструкции такого генератора является консольная балка, изготовленная из пьезоэлектрического материала, представленная на рисунке 1.2 [20].

Г\

Прикладываемое ускорение

Т" Инерционная I масса

та

Рисунок 1.2 - Схематическое изображение пьезоэлектрического преобразователя

балочного типа [15]

Для того, чтобы генерировать ток с помощью такой структуры, необходимо вывести из состояния равновесия балку, покрытую пьезоэлектрическим

материалом. Такие генераторы обычно работают на резонансной либо близких к ней частотам, а амплитуда колебаний балки ограничивается потерями в системе, процессами накопления энергии, внутренними и внешними потерями из-за трения и электрическими потерями. Это означает, что для создания эффективного пьезоэлектрического преобразователя на основе конструкции балочного типа не обязательно использовать материал с высокими пьезоэлектрическими коэффициентами [15]. Так, например, керамика на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) является одним из наиболее широко используемых материалов в области харвестинга. Возможность создания композитного материала на основе сочетания «твердых» (низкие потери, слабовыраженные пьезоэлектрические свойства) и «мягких» (хорошие пьезоэлектрические свойства, но высокие потери) материалов обуславливает перспективность использования композитных материалов при создании и проектировании пьезоэлектрических преобразователей. В таблице 1.1 [15] представлены параметры материалов, наиболее часто используемых в составе пьезоэлектрических генераторов.

Таблица 1.1 - Материалы для пьезоэлектрических генераторов

Параметры материалы ОаК ЛШ Сё8 2п0 БаТЮэ ЦТС-4 ЦТС-5Н Ь1№0э ПВДФ

Пьезоэлектрик

Пироэлектрик

Сегнетоэлектрик X X X X

Относительная

диэлектрическая 11,2 10,0 9,53 8,84 910 635 1470 27,9 5-13

постоянная,

с33 - 11,9 10,3 11,0 1200 1300 3400 28,7 7,6

Пьезоэлектрическая

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вакулов Захар Евгеньевич, 2019 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Kim, M. Micromachining of a bimorph Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) cantilever using a micro-electromechanical systems (MEMS) process for energy harvesting application / M. Kim, B. Hwang, J. Jeong [et al.] // Journal of Nanoscience and Nanotechnology -2012. - Vol. 12. - No. 7. P. 6011-6015.

2. Xiong, S. Piezoelectric properties of PZT films prepared by the sol-gel method and their application in MEMS / S. Xiong, H. Kawada, H. Yamanaka, T. Matsushima // Thin Solid Films. - 2008. - Vol. 516. - No. 16. - P. 5309-5312.

3. Kim, M. Design and fabrication of a PZT cantilever for low frequency vibration energy harvesting / M. Kim, B. Hwang, N.K. Min, J. Jeong [et al.] // Journal of nanoscience and nanotechnology. - 2011. - Vol. 11. - No. 7. - P. 6510-6513.

4. Liu, H.C. Piezoelectric MEMS energy harvester for low-frequency vibrations with wideband operation range and steadily increased output power / H.C. Liu, C.J. Tay, C. Quan, T. Kobayashi [et al.] // Journal of Microelectromechanical systems. -2011. - Vol. 20. - No. 5. - P. 1131-1142.

5. Zhang, G. Harvesting Energy from Human Activity: Ferroelectric Energy Harvesters for Portable, Implantable, and Biomedical Electronics / G. Zhang, M. Li, H. Li, Q. Wang [et al.] // Energy Technology. - 2018. - Vol. 6. - No. 5. - P. 791-812.

6. Qian, R.C. Wearable Chemosensors: A Review of Recent Progress / R.C. Qian, Y.T. Long //Chemistry Open. - 2018. - Vol. 7. - No. 2. - P. 118-130.

7. Heo, J.S. Recent Progress of Textile-Based Wearable Electronics: A Comprehensive Review of Materials, Devices, and Applications / J.S. Heo, J. Eom, Y.H. Kim, S.K. Park //Small. - 2018. - Vol. 14. - No. 3. - P. 1703034.

8. Niroomand, M.A rotary electromagnetic microgenerator for energy harvesting from human motions / M. Niroomand, H.R. Foroughi //Journal of applied research and technology. - 2016. - Vol. 14. - No. 4. - P. 259-267.

9. Tuukkanen, S. Behaviour of one-step spray-coated carbon nanotube supercapacitor in ambient light harvester circuit with printed organic solar cell and

electrochromic display / S. Tuukkanen, M. Valimaki, S. Lehtimaki, T. Vuorinen, [et al.] // Scientific reports. - 2016. - Vol. 6. - P. 22967.

10. Glynne-Jones, P. An electromagnetic, vibration-powered generator for intelligent sensor systems / P. Glynne-Jones, M.J. Tudor, S.P. Beeby, N.M. White // Sensors and Actuators A: Physical. - 2004. - Vol. 110. - No. 1-3. - P. 344-349.

11. Mitcheson, P.D. MEMS electrostatic micropower generator for low frequency operation / P.D. Mitcheson, P. Miao, B.H. Stark, E.M. Yeatman [et al.] //Sensors and Actuators A: Physical. - 2004. - Vol. 115. - No. 2-3. - P. 523-529.

12. Kornbluh, R.D. Electroelastomers: applications of dielectric elastomer transducers for actuation, generation, and smart structures / R.D. Kornbluh, R. Pelrine, Q. Pei, R. Heydt [et al.] // Smart Structures and Materials 2002: Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies. - International Society for Optics and Photonics, 2002. - Vol. 4698. - P. 254-271.

13. Yeo, H.G. Efficient piezoelectric energy harvesters utilizing (001) textured bimorph PZT films on flexible metal foils / H.G. Yeo, X. Ma, C. Rahn, S. Trolier-McKinstry // Advanced Functional Materials. - 2016. - Vol. 26. - No. 32. -P. 5940-5946.

14. Briscoe, J. Piezoelectric nanogenerators-a review of nanostructured piezoelectric energy harvesters / J. Briscoe, S. Dunn // Nano Energy. - 2015. - Vol. 14. - P. 15-29.

15. Bowen, C.R. Piezoelectric and ferroelectric materials and structures for energy harvesting applications / C.R. Bowen, H.A. Kim, P.M. Weaver, S. Dunn // Energy & Environmental Science. - 2014. - Vol. 7. - No. 1. - P. 25-44.

16. Lesieutre, G.A. Vibration damping and control using shunted piezoelectric materials / G.A. Lesieutre //Shock and Vibration Digest. - 1998. - Vol. 30. - No. 3.

17. Narita, F. A review on piezoelectric, magnetostrictive, and magnetoelectric materials and device technologies for energy harvesting applications / F. Narita, M. Fox // Advanced Engineering Materials. - 2018. - Vol. 20. - No. 5. - P. 1700743.

18. Khan, A. Piezoelectric thin films: an integrated review of transducers and energy harvesting / A. Khan, Z. Abas, H.S. Kim, I.K. Oh // Smart Materials and Structures. - 2016. - Vol. 25. - No. 5. - P. 053002.

19. Marzencki, M. Modeling of Piezoelectric MEMS Vibration Energy Harvesters / M. Marzencki, S. Basrour // MEMS: Fundamental Technology and Applications. - 2016. - p. 131.

20. Tang, G. Development of high performance piezoelectric d33 mode MEMS vibration energy harvester based on PMN-PT single crystal thick film / G. Tang, B. Yang, J.Q. Liu, B. Xu [et al.] //Sensors and Actuators A: Physical. - 2014. - Vol. 205. -P. 150-155.

21. Erturk, A. Piezoelectric Energy Harvesting / A. Erturk, D.J. Inman // John Wiley & Sons, Ltd. - 2011. - 412 p

22. Wang, Z.L. Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays / Z.L. Wang, J. Song // Science. — 2006. — Vol. 312. — P. 242 - 246.

23. Pierret, R.F. Semiconductor device fundamentals / R.F. Pierret. - Pearson Education India, 1996.

24. Park, W.I. Schottky nanocontacts on ZnO nanorod arrays / W.I. Park, G.C. Yi, J.W. Kim, S.M. Park //Applied Physics Letters. - 2003. - Vol. 82. - No. 24. - P. 4358-4360.

25. Huang, Y. Logic gates and computation from assembled nanowire building blocks / Y. Huang, X. Duan, Y. Cui, L.J. Lauhon [et al.] //Science. - 2001. - Vol. 294. -No. 5545. - P. 1313-1317.

26. Bachtold, A. Logic circuits with carbon nanotube transistors / A. Bachtold, P. Hadley, T. Nakanishi, C. Dekker //Science. - 2001. - Vol. 294. - No. 5545. - P. 13171320.

27. Chen, J. Bright infrared emission from electrically induced excitons in carbon nanotubes / J. Chen, V. Perebeinos, M. Freitag, J. Tsang [et al.] //Science. - 2005. -Vol. 310. - No. 5751. - P. 1171-1174.

28. Dagdeviren, C. Recent progress in flexible and stretchable piezoelectric devices for mechanical energy harvesting, sensing and actuation / C. Dagdeviren // Extreme mechanics letters. - 2016. - Vol. 9. - P. 269-281.

29. Shenck, N.S. Energy scavenging with shoe-mounted piezoelectrics / N.S. Shenck, J.A. Paradiso //IEEE micro. - 2001. - Vol. 21. - No. 3. - P. 30-42.

30. Khan, M.B. Performance Improvement of Flexible Piezoelectric Energy Harvester for Irregular Human Motion with Energy Extraction Enhancement Circuit / M.B. Khan, D.H. Kim, J.H. Han, H. Saif [et al.] // Nano Energy. - 2019. - Vol. 58. - P. 211 - 219.

31. Li, H. Hydrothermal deposition of a zinc oxide nanorod array on a carbon nanotube film as a piezoelectric generator / H. Li, X. Zhang, Y. Zhu, R. Li, [et al.] // RSC Advances. - 2014. - Vol. 4. - No. 82. - C. 43772-43777.

32. Hu, C.J. ZnO-Coated Carbon Nanotubes: Flexible Piezoelectric Generators /

C.J. Hu, Y.H. Lin, C.W. Tang, M.Y. Tsai // Advanced Materials. — 2011. — Vol. 23.

— P. 2941 - 2945.

33. Sun, H. A novel flexible nanogenerator made of ZnO nanoparticles and multiwall carbon nanotube / H. Sun, H. Tian, Y. Yang, D. Xie [et al] // Nanoscale. — 2013. — Vol. 5. — P. 6117 - 6123.

34. Yan, J. Roles of carbon nanotube and BaTiO3 nanofiber in the electrical, dielectric and piezoelectric properties of flexible nanocomposite generators / J. Yan, Y.G. Jeong // Composites Science and Technology. — 2017. — Vol. 144. — P. 1 - 10.

35. Bedekar, V. Comparative study of energy harvesting from high temperature piezoelectric single crystals / V. Bedekar //Japanese Journal of Applied Physics. - 2009.

- Vol. 48. - No. 9R. - P. 091406.

36. Janner, D. Micro-structured integrated electro-optic LiNbO3 modulators /

D. Janner, D.Tulli, M. Garda-Granda [et al.] // Laser & Photonics Reviews. — 2009. — Vol. 3. — P. 301 - 313.

37. Rao, A. Heterogeneous thin-film lithium niobate integrated photonics for electrooptics and nonlinear optics / A. Rao, S. Fathpour // IEEE journal of selected topics in quantum electronics. — 2018. — Vol. 24. — P. 8200912.

38. Takigawa, R. Thin-film lithium niobate-on-insulator waveguides fabricated on silicon wafer by room-temperature bonding method with silicon nanoadhesive layer / R. Takigawa, T. Asano // Optics express. — 2018. — Vol. 26. — P. 24413 - 24421.

39. Mercante, A.J. Thin film lithium niobate electro-optic modulator with terahertz operating bandwidth / A.J. Mercante, SY. Shi, P. Yao, LL. Xie [et al.] // Optics express. — 2018. — Vol. 26. — P. 14810 - 14816.

40. Heywang, W. Piezoelectricity: Evolution and Future of a Technology / W. Heywang, K. Lubitz, W. Wersing. — Springer. — 2008. — 480 p.

41. Sadek, A.Z. A polyaniline/WO3 nanofiber composite-based ZnO/64° YX LiNbO3 SAW hydrogen gas sensor / A.Z. Sadek, W. Wlodarski, K. Shin, R.B.Kaner [et al.] // Synthetic Metals. — 2008. — Vol. 158. — P. 29 - 32.

42. Matthias, B.T. Ferroelectricity in the Ilmenite Structure / B.T. Matthias, J.P. Remeika // Physical review. — 1949. — Vol. 76. — P. 1886 - 1887.

43. Nassau, K. Chemistry of Solids / K. Nassau, H.J. Levinstein, G.M. Loiacono. — 1966. — Vol. 27. — P. 983 - 988.

44. Nassau, K. Ferroelectric lithium niobate. 2. Preparation of single domain crystals / K. Nassau, H.J. Levinstein, G.M. Loiacono // Journal of Physics and Chemistry of Solids. — 1966. — Vol. 27. — P. 989 - 996.

45. Abrahams, S.C. Ferroelectric lithium niobate. 3. Single crystal X-ray diffraction study at 24°C / S.C. Abrahams, J.M. Reddy, J.L. Bernstein // Journal of Physics and Chemistry of Solids. — 1966. — Vol. 27. — P. 997 - 1012.

46. Abrahams, S.C. Ferroelectric lithium niobate. 4. Single crystal neutron diffraction study at 24°C / S.C. Abrahams, W.C. Hamilton, J.M. Reddy // Journal of Physics and Chemistry of Solids. — 1966. — Vol. 27. — P. 1013 - 1018.

47. Abrahams, S.C. Ferroelectric lithium niobate. 5. Polycrystal X-ray diffraction study between 24° and 1200°C / S.C. Abrahams, H.J. Levinstein, J.M. Reddy // Journal of Physics and Chemistry of Solids. — 1966. — Vol. 27. — P. 1019 - 1026.

48. Иевлев, В.М. Структура и свойства нанокристаллических пленок LiNbO3 // Конденсированные среды и межфазные границы / . В.М. Иевлев, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, Е.К. Белоногов. — 2009. — Т. 11, Вып. 3. — С. 221 - 229.

49. Wong, K.K. Properties of lithium niobate / K.K. Wong. — IET. 2002. — 432

P-

50. Volk, T. Lithium niobate: defects, photorefraction and ferroelectric switching / T. Volk, M. Wöhlecke. — Springer. — 2008. — 250 p.

51. Mackwitz, P. Periodic domain inversion in x-cut single-crystal lithium niobate thin film / P. Mackwitz, M. Rüsing, G. Berth, A. Widhalm // Applied Physics Letters. — 2016. — Vol. 108. — P. 152902.

52. Cai, L. Channel waveguides and y-junctions in x-cut single-crystal lithium niobate thin film / L. Cai, R. Kong, Y. Wang, H. Hu // Optics Express. — 2015. — Vol. 23. — P. 29211 - 29221.

53. Tan, S. Sputter deposited c-oriented LiNbO3 thin films on SiO2 / S. Tan, T. Gilbert, C.-Y. Hung, T.E. Schlesinger [et al.] // Journal of Applied Physics. — 1996.

— Vol. 79. — P. 3548 - 3553.

54. Ono, S. Characterization of lithium niobate thin films derived from aqueous solution / S. Ono, O. Böse, W. Unger, Y. Takeichi [et al.] // Journal of the American Ceramic Society. — 1998. — Vol. 81. — P. 1749 - 1756.

55. Yamada, A. LiNbO3 thin-film optical waveguide grown by liquid phase epitaxy using Li2O-B2O3 flux / A. Yamada, H. Tamada, M. Saitoh // Applied Physics Letters. — 1992. — Vol. 61. — P. 2848 - 2850.

56. Lerner, P. Dumas Stoechiometrie des monocristaux de metaniobate de lithium / P. Lerner, C. Legras, J.P. // Journal of Crystal Growth. — 1968. — Vol. 3 - 4.

— P. 231 - 235.

57. Bornand, V. Growth and nanoscale ferroelectric investigation of radiofrequency-sputtered LiNbO3 thin films / Bornand V., Gautier B., Papet P. // Materials chemistry and physics. - 2004. - Т. 86. - №. 2-3. - С. 340-346.

58. Анисимов, В.М. Экспериментальное определение давления насыщенного пара лития / В.М. Анисимов, Л.Д. Воляк // Теплофизика высоких температур. - 1969. - Т. 7. - №. 2. - С. 371-372.

59. Berkowitz, J. Mass Spectrometric Study of the Sublimation of Lithium Oxid // The Journal of Physical Chemistry. - 1959. - Vol. 63. - No. 5. - P. 644-648.

60. Kamegashira, N. Vaporization of niobium dioxide by mass-effusion and mass-spectrometric methods / N. Kamegashira, T. Matsui, M. Harada, K. // Journal of Nuclear Materials. - 1981. - Vol. 101. - No. 1-2. - P. 207-216.

61. Matsui, T. High temperature vaporization studies on the niobium-oxygen system by mass spectrometric method / T. Matsui, K. Naito // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics. - 1983. - Vol. 47. - P. 253-256.

62. Мухортов, В.М. Влияние внутренних параметров системы ВЧ осаждения на механизм синтеза и кристаллизации пленок Pb (ZrTi) O3 в процессе их роста / В.М. Мухортов, Г.Н. Толмачёв, А.И. Мащенко. - 1993. - С. 135-142.

63. Gonzalo, J. Li deficiencies in LiNbO3 films prepared by pulsed laser deposition in a buffer gas // Journal of applied physics / J. Gonzalo, C.N. Afonso, J.M. Ballesteros, A. Grosman [et al.]. — 1997. — Vol. 82. — P. 3129 - 3133.

64. Chang, K. Thermodynamic assessment of the Li-O system / K. Chang, B. Hallstedt // Calphad. - 2011. - Vol. 35. - No. 2. - P. 160-164.

65. Nico, C. Niobium oxides and niobates physical properties: review and prospects / C. Nico, T. Monteiro, M.P.F. Gra?a // Progress in Materials Science. - 2016. - Vol. 80. - P. 1-37.

66. Epurescu, G. Imaging the dissociation process of O2 background gas during pulsed laser ablation of LiNbO3 / G. Epurescu, J. Siegel, J. Gonzalo, F.J. Gordillo-Vazquez [et al] // Applied physics letters. — 2005. — Vol. 87. — P. 211501.

67. Tomov, R.I. LiNbO3 optical waveguides deposited on sapphire by electric-field-assisted pulsed laser deposition / R.I. Tomov, T.K. Kabadjova, P.A. Atanasov, S. Tonchev [et al.] // Vacuum. - 2000. - Vol. 58. - No. 2-3. - P. 396-403.

68. Tagliente, M.A. X-ray characterization of LiNbO3 films grown by pulsed laser deposition on SrTiO3 (1 0 0), NdGaO3 (1 1 0) and MgO (1 1 1) substrates / M.A. Tagliente, L. De Caro, A. Sacchetti, L. Tapfer [et al.] // Journal of crystal growth. -2000. - Vol. 216. - No. 1-4. - P. 335-342.

69. Мухортов, В.М. Создание наноразмерных монокристаллических пленок сложных оксидов путем трехмерного упорядочения атом--кластер-кристалл / В.М.

Мухортов, Ю.И. Головко, Г.Н. Толмачев // Наука Юга России. - 2006. - Т. 2. - №. 1. - С. 30-36.

70. Satapathy, S. Blue shift of optical band-gap in LiNbO3 thin films deposited by sol-gel technique / S. Satapathy, C. Mukherjee, T. Shaktawat, P.K. Gupta [et al.] // Thin solid films. — 2012. — Vol. 520. — P. 6510 - 6514.

71. Gra?a, M.P.F. Influence of the sol-gel growth parameters on the optical and structural properties on LiNbO3 samples / M.P.F. Gra?a, M.A.Valente, M.Peres, A.Cruz [et al.] // Materials Science and Engineering: C. — 2007. — Vol. 27. — P. 1065 - 1068.

72. Петров, В.В. Технология формирования нанокомпозитных материалов золь-гель методом / В.В. Петров, Н.К. Плуготаренко, А.Н. Королев, Т.Н. Назарова. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ. - 2011. - 156 с.

73. Bartasyte, A. Thickness dependent stresses and thermal expansion of epitaxial LiNbO3 thin films on C-sapphire / A. Bartasyte, V. Plausinaitiene, A. Abrutis, S. Stanionyte [et al.] // Materials Chemistry and Physics. — 2015. — Vol. 149 - 150. — P. 622 - 631.

74. Feigelson, R.S. Epitaxial growth of lithium niobate thin films by the solid source MOCVD method / R.S. Feigelson // Journal of Crystal Growth. — 1996. — Vol. 166. — P. 1 - 16.

75. Dubs, C. Rib waveguides based on Zn-substituted LiNbO3 films grown by liquid phase epitaxy / C. Dubs, J.P. Ruske, J. KrauBlich, A. Tunnermann [et al.] // Optical Materials. — 2009. — Vol. 31. — P. 1650 - 1657.

76. Callejo, D. Compositional study of LiNbO3 thin films grown by liquid phase epitaxy / D. Callejo, S.Manotas, M.D. Serrano, V.Bermudez [et al.] // Journal of Crystal Growth. — 2001. — Vol. 226. — P. 488 - 492.

77. Lee, T.H. Investigation of LiNbO3 thin films grown on Si substrate using magnetron sputter / T.H. Lee, F.T. Hwang, C.T. Lee, H.Y. Lee // Materials Science and Engineering: B. — 2007. — Vol. 136. — P. 92 - 95.

78. Akazawa, H. Nucleation and crystallization of Li2O-Nb2O5 ternary compound thin films co-sputtered from LiNbO3 and Li2O targets / H. Akazawa // Thin Solid Films. — 2015. — Vol. 556. — P. 74 - 80.

79. Сигов, А.С. Тонкие сегнетоэлектрические пленки: получение и перспективы интеграции //Физика твердого тела / А.С. Сигов, Е.Д. Мишина, В.М. Мухортов. - 2010. - Т. 52. - №. 4. - С. 709-717.

80. Chrisey, Douglas B. Pulsed Laser Deposition of Thin Films / Douglas B. Chrisey, Graham K. Hubler. - John Wiley & Sons. - 1994. - 648 p.

81. Ghica, D. Pulsed laser deposition of lithium niobate: a parametric study // Applied Surface Science / D. Ghica, C.Ghica, M.Gartner, V.Nelea [et al.]. — 1999. Vol. 138 - 139. — P. 617 - 621.

82. Мухортов, В.М. Гетероэпитаксиальный рост пленок сложного оксида из самоорганизованной системы, образующейся в плазме газового разряда //Журнал технической физики / В.М. Мухортов, Ю.И. Головко, Г.Н. Толмачев, А.И. Мащенко. - 1999. - Т. 69. - №. 12. - С. 87-91.

83. Мухортов, В.М. Свойства емкостного поперечного ВЧ разряда повышенного давления кислорода, используемого при получении тонких пленок сложного оксида / В.М. Мухортов, Г.И. Толмачев, А.М. Мащенко // ЖТФ. - 1992. - Т. 62. - №. 5. - С. 22-28.

84. Mukhortov, V.M. The synthesis mechanism of complex oxide films formed in dense RF—plasma by reactive sputtering of stoichiometric targets / V.M. Mukhortov, Y.I. Golovko, G.N. Tolmachev, A.N. Klevtzov // Ferroelectrics. - 2000. - Vol. 247. -No. 1. - P. 75-83.

85. Новодворский, О.А. Зондовые исследования эрозионного факела при абляции тантала в вакууме излучением эксимерного лазера с длиной волны 308 нм / О.А. Новодворский, Е.О. Филиппова, О.Д. Храмова, А.К. Шевелев // Квантовая электроника. - 2001. - Т. 31. - №. 2. - С. 159-163.

86. Singh, R.K. Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: Physics and theoretical model / R.K. Singh, J. Narayan // Physical review B. - 1990. -Vol. 41. - No. 13. - P. 8843.

87. С.И. Анисимов Действие излучения большой мощности на металлы / С.И. Анисимов. - М.: Наука. - 1970. - 272 с.

88. Bulgakova, N.M. Pulsed laser ablation of solids: transition from normal vaporization to phase explosion / N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov // Applied Physics A. — 2001. — Vol. 73. — P. 199 - 208.

89. Uda, S. The dissociation and ionization of LiNbO3 melts / S. Uda, W.A. Tiller // Journal of crystal growth. — 1992. — Vol. 121. — P. 155 - 190.

90. Гейнце, В. Введение в вакуумную технику / В. Гейнце. — М: Госэнергоиздат. — 2000. — 511 с.

91. Rumble, John R. CRC handbook of chemistry and physics / John R. Rumble.

— CRC press. — 2018. — 1532 p.

92. Агеев, О.А. Влияние процессов в факеле при лазерной абляции на удельное сопротивление и морфологию нанокристаллических пленок ZnO / О.А. Агеев, А.П. Достанко, Е.Г. Замбург, Б.Г. Коноплев [и др.] // Физика твердого тела.

— 2015. — Т. 57, №. 10. — С. 2037 - 2042.

93. Трофимова, Т.И. Основы термодинамики / Т.И. Трофимова // Курс физики: учеб. пособие для вузов. - М. : Высш. шк., 2000.

94. Ogale, S.B. Pulsed laser deposition of stoichiometric LiNbO3 thin films by using O2 and Ar gas mixtures as ambients / S.B. Ogale, R. Nawathey-Dikshit, S.J. Dikshit, S.M. Kanetkar // Journal of applied physics. - 1992. - Vol. 71. - №. 11. -P. 5718-5720.

95. Afonso, C.N. Correlation between optical properties, composition, and deposition parameters in pulsed laser deposited LiNbO3 films / C.N. Afonso, J. Gonzalo, F. Vega, E. Dieguez [et al.] // Applied physics letters. - 1995. - Vol. 66. -№. 12. - P. 1452-1454.

96. Tsukada, I. Pulsed-laser deposition of LiNbO3 in low gas pressure using pure ozone / I. Tsukada, S. Higuchi // Japanese journal of applied physics. - 2004. - Vol. 43.

— №. 8R. - P. 5307.

97. Zhao, Y. Effects of technical parameters on the pulsed laser deposited ferroelectric films / Y. Zhao, C. Chen, M. Song, J. Ma [et al.] // Surface Review and Letters. - 2006. - Vol. 13. - No. 05. - P. 687-695.

98. Susner, M.A. Catalyst-free ZnO nanowires on silicon by pulsed laser deposition with tunable density and aspect ratio / M.A. Susner, S.D. Carnevale, T.F. Kent, L.M. Gerber [et al.] // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. - 2014. - Vol. 62. - P. 95-103.

99. Shang, M. The multiferroic epitaxial thin film YFeO3 / M. Shang, C. Wang, Y. Chen, F. Sun [et al.] // Materials Letters. - 2016. - Vol. 175. - P. 23-26.

100. Lorusso, A. Characterisation of Pb thin films prepared by the nanosecond pulsed laser deposition technique for photocathode application / A. Lorusso, F. Gontad, E. Broitman, E. Chiadroni [et al.] // Thin Solid Films. - 2015. - Vol. 579. - P. 50-56.

101. Ray, S.K. One-dimensional Si/Ge nanowires and their heterostructures for multifunctional applications—a review / S.K. Ray, A.K. Katiyar, A.K. Raychaudhuri // Nanotechnology. - 2017. - Vol. 28. - No. 9. - P. 092001.

102. Khan, M.A.M. Structural, electrical and optical properties of nanocrystalline silicon thin films deposited by pulsed laser ablation / M.A.M. Khan, S. Kumar, M. Ahamed // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2015. - Т. 30. - С. 169173.

103. Casiello, M. Catalytic activity of silicon nanowires decorated with gold and copper nanoparticles deposited by pulsed laser ablation / M. Casiello, R.A. Picca, C. Fusco, L. D'Accolti [et al.] // Nanomaterials. - 2018. - Vol. 8. - No. 2. - P. 78.

104. Nechache, R. Pulsed laser deposition growth of rutile TiO2 nanowires on Silicon substrates / R. Nechache, M. Nicklaus, N. Diffalah, A. Ruediger [et al.] // Applied Surface Science. - 2014. - Vol. 313. - P. 48-52.

105. Liu, L. Effect of target density on the growth and properties of YGBCO thin films deposited by pulsed laser deposition / L. Liu, Y. Li, X. Wu, Y. Yao [et al.] // Applied Surface Science. - 2016. - Vol. 388. - P. 77-81.

106. Вернер, В.Д. Современные тенденции развития микросистемной техники / В.Д. Вернер, П.П. Мальцев, А.А. Резнев [и др.] // Нано- и микросистемная техника. - 2008. - № 8. - С.2-6.

107. Yan, W.S. The LiNbO3 thin films deposited on the Al0.28Ga0.72N/GaN substrate / W.S. Yan, R. Zhang, Z.L. Xie, X.Q. Xiu [et al.] // Materials Letters. - 2010.

- Vol. 64. - No. 1. - P. 38-40.

108. Hu, L.J. Crystal growth and characterization of heavily MgO-doped LiNbO3 / L.J. Hu, Y.H. Chang, F.S. Yen, S.P. Lin [et al.] // Journal of applied physics. - 1991. -Vol. 69. - No. 11. - P. 7635-7639.

109. Steiner, P. X-ray excited photoelectron spectra of LiNbO3: A quantitative analysis / P. Steiner, H. Höchst // Zeitschrift für Physik B Condensed Matter. - 1979. -Vol. 35. - No. 1. - P. 51-59.

110. NIST X-ray Photoelectron Spectroscopy Database [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: https://srdata.nist. gov/xps/ (дата доступа 15.11.2017)

111. Wang, J.B. Epitaxial BiFeO3 multiferroic thin film heterostructures / Wang, J.B. N.J. Neaton, J.B. Zheng, H. Nagarajan [et al.] // Science. - 2003. - Vol. 299. - No. 5613. - P. 1719-1722.

112. Ederer, C. Effect of epitaxial strain on the spontaneous polarization of thin film ferroelectrics / C. Ederer, N.A. Spaldin // Physical review letters. - 2005. - Vol. 95.

- No. 25. - P. 257601.

113. Chaos, J.A. Growth of stoichiometric and textured LiNbO3 films on Si by pulsed laser deposition / J.A. Chaos, J. Gonzalo, C. N. Afonso, J. Perriere [et al.] // Applied Physics A. - 2001. - Vol. 72. - No. 6. - P. 705-710.

114. Wang, X. The role of SiO2 buffer layer in the growth of highly textured LiNbO3 thin film upon SiO2/Si by pulsed laser deposition / X. Wang, Z. Ye, J. He, L. Cao [et al.] // Materials Letters. - 2004. - Vol. 58. - No. 27-28. - P. 3597-3600.

115. Wu, Z.C. Effects of substrate temperature on the growth of oriented LiNbO3 thin films by pulsed laser deposition / Z.C. Wu, W.S. Hu, J.M. Liu, M. Wang [et al.] // Materials Letters. - 1998. - Vol. 34. - No. 3-6. - P. 332-335.

116. Wang, X. Effects of oxygen pressure on the c-axis oriented growth of LiNbO3 thin film on SiO2/Si substrate by pulsed laser deposition / X. Wang, J. He, J. Huang, B. Zhao [et al.] // Journal of materials science letters. - 2003. - Vol. 22. - No. 3.

- P. 225-227.

117. Chaos, J.A. Delayed release of Li atoms from laser ablated lithium niobate / J.A. Chaos, R.W. Dreyfus, A. Perea, R. Serna [et al.] // Applied Physics Letters. - 2000. - Vol. 76. - No. 5. - P. 649-651.

118. Stankova, N.E. Pulsed laser deposition of LiNbO3 thin films from Li-rich targets / N.E. Stankova, S.H. Tonchev, E. Gyorgy, G. Socol [et al.] // J. Optoelectron. Adv. Mater. - 2004. - Vol. 6. - No. 4. - P. 1345-1348.

119. Kubasov, I.V. Vibrational Power Harvester Based on Lithium Niobate Bidomain Plate / I.V. Kubasov, A.M. Kislyuk, M.D. Malinkovich, A.A. Temirov [et al.] // Acta Physica Polonica, A. - 2018. - Vol. 134. - No. 1. - P. 90-92.

120. Hu, C.J. ZnO-coated carbon nanotubes: flexible piezoelectric generators / C.J. Hu, Y.H. Lin, C.W. Tang, M.Y. Tsai [et al.] // Advanced Materials. - 2011. - Vol. 23. - No. 26. - P. 2941-2945.

121. Yan, J. Roles of carbon nanotube and BaTiO3 nanofiber in the electrical, dielectric and piezoelectric properties of flexible nanocomposite generators / J. Yan, Y.G. Jeong // Roles of carbon nanotube and BaTiO3 nanofiber in the electrical, dielectric and piezoelectric properties of flexible nanocomposite generators //Composites Science and Technology. - 2017. - Vol. 144. - P. 1-10.

122. Balpande, S.S. Design and low cost fabrication of green vibration energy harvester / S.S. Balpande, R.S. Pande, R.M. Patrikar // Sensors and Actuators A: Physical. - 2016. - Vol. 251. - P. 134-141.

123. Cui, Y. Fabrication and characterization of a piezoelectric energy harvester with clamped-clamped beams / Y. Cui, M. Yu, S. Gao, X. Kong [et al.] // AIP Advances. - 2018. - Vol. 8. - No. 5. - P. 055028.

124. Zhang, Y. Micro electrostatic energy harvester with both broad bandwidth and high normalized power density / Y. Zhang, T. Wang, A. Luo, Y. Hu [et al.] // Applied energy. - 2018. - Vol. 212. - P. 362-371.

125. Woo, M.S. Study on increasing output current of piezoelectric energy harvester by fabrication of multilayer thick film / M.S. Woo, J.H. Ahn, J.H. Eom, W.S. Hwang [et al.] // Sensors and Actuators A: Physical. - 2018. - Vol. 269. - P. 524534.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Акты внедрения результатов работы

ЖДАЮ отехнологий, построения ЮФУ __А.А. Федотов

201Q г

АКТ

о внедрен,,,, результатов, полученных в диссертационной работе Вакулова 3 Е в учебный процесс кафедры Нанотехнологий и микросх емной технГки Южного федерального университета

ВакуповааТ?ахТпя Г™ n°OTB™eTC»' что результаты диссертационной работы Иакулова Захара Евгеньевича «Разработка и исследование технологических основ

формирования нанокристаллических пленок LiNb03 методом импульсного л^еоного

осаждения для пьезоэлектрических преобразователей» использ™^

процессе кафедры Нанотехнологий и микросистемной техники (НТ МСТ) ЮФУ

Результаты исследования закономерностей физико-химических ггооиессов в

факеле при лазерной абляции мишени LiNb03 с учетом диссоциации'и сиГез

компонентов мишени, температуры и скорости поверхности абляции мишени а также

Гм—Гоые —rz — —

иГриСталлиЧескихРпленок ЖпольГовань~=

Раб0Т С — -ДУЛЯ импульс— г осаждения Pioneer 180 кластерного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ

Результать^диссертационной работы Вакулова З.Е.

при чтении курсов лекций по дисциплинам

кафедры НТ МСТ, их использование""""-.Г^™ внеДРе™ в.учебный процесс

магистерских выпускных квалификационных работ.

при подготовке

Председатель учебно-методического

совета ИНЭП к.т.н., доцент

B.C. Климин

Зав. кафедрой НТ МСТ к.т.н. доцент

А.С. Коломийцев

Общество с ограниченной ответственностью «ЦЕНТР НАНОТЕХНОЛОГИЙ»

347900, Ростовская обл., г. Таганрог, пер. Тургеневский, 16 Тел.: [phone], E-mail: [e-mail] ОГРН 1106154001360, ИНН / КПП 6154565347 /615401001, ОКПО 65405297

АКТ

об использовании в научно-исследовательских и опытно-конструкторских

работах ООО «Центр нанотехнологий» результатов диссертационной работы Вакулова З.Е. «Разработка и исследование технологических основ формирования нанокристаллических пленок 1Л1УЬОз методом импульсного лазерного осаждения для пьезоэлектрических преобразователей»

Настоящим актом подтверждается, что при выполнении в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах в период 2016-2018гг. использованы результаты экспериментальных исследований режимов формирования нанокристаллических пленок Ь1ЫЬ03, разработанные Вакуловым З.Е. в рамках диссертационной работы «Разработка и исследование технологических основ формирования нанокристаллических пленок Ь1КЬ03 методом импульсного лазерного осаждения для пьезоэлектрических преобразователей».

Директор ООО «Центр нанотехн д.т.н., проф.

И.Е. Лысенко