Лазерная и корпускулярная модификация свойств оксидов переходных металлов

• Автор: Кикалов, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО И ЭЛЕКТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЙ С ТВЕРДЫМИ ТЕЛАМИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1 Лазерная обработка при изготовлении компонентов электронной техники
1.1.1. Тепловой механизм лазерного воздействия
1.1.2. Селективные (нетермические) воздействия
1.1.3. Влияние лазерного излучения на рост и структуру кристаллов и окислительно-восстановительные процессы
1.2. Свойства оксидов переходных металлов
1.2.1. Особенности состава оксидов переходных металлов
1.2.2. Анодное окисление- способ получения тонких пленок оксидов переходных металлов
1.2.3. Фазовый переход металл-изолятор
1.2.4. Эффект переключения
1.2.4.1. Переключение в V02
1.2.4.2. Модели переключения
1.3. Модификация свойств оксидов переходных металлов под действием лазерного и электронного излучений
Выводы из литературного обзора
Глава 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Приготовление образцов
2.2. Аппаратура для фотонной и корпускулярной модификации
2.3. Лазерный комплекс
2.4. Аппаратура для фотостимулированного анодного окисления
2.5. Измерительные методики
2.5.1. Спектрофотометрический метод
2.5.2. Электрофизические измерения
Глава 3. СОСТАВ, СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИСХОДНЫХ ПЛЕНОК ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
3.1. Анодное окисление ванадия

3.2. Оптические свойства тонких пленок анодных оксидов ванадия
3.3.Исследование структуры и стехиометрии анодного оксида ванадия
Глава 4. МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ФОТОННОГО И ЭЛЕКТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЙ
4.1. Лазерная модификация свойств оксидов переходных металлов
4.1.1. Модификация оптических свойств
4.1.2. Модификация химических свойств
4.1.3. Модификация электрических свойств
4.2. Электронно-лучевая модификация свойств оксидов переходных металлов
Глава 5. ФОТОСТИМУЛИРОВАННОЕ АНОДНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Глава 6. МЕХАНИЗМ ТРАНСФОРМАЦИИ СВОЙСТВ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ФОТОННОГО И ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОБЛУЧЕНИЙ
Глава 7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
7.1. Среды для записи, хранения и отображения оптической информации на основе пленочных структур с оксидами переходных металлов
7.2. Резист для ультрафиолетовой и электронно-луче вой субмикронной
литографии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Актуальность работы: Лазерное и корпускулярное излучение широко используется для управления свойствами поверхностных слоев твердых тел. Высокая плотность энергии, моноэнергетичность, возможность локальной обработки с высоким разрешением позволяет использовать данное излучение на разных стадиях технологического процесса производства интегральных схем [2,22]. Однако широкого внедрения лазерной обработки в технологию производства различных оптических, оптоэлектронных и электронных компонентов не происходит. Причина этого заключается в необходимости конкурировать с эффективными и отработанными традиционными технологическими приемами обработки полупроводниковых материалов.
В полной мере возможности лазерной и корпускулярной обработки можно продемонстрировать на примере новых материалов. Одним из перспективных классов материалов, с этой точки зрения, являются оксиды переходных металлов (ОПМ). Причина высокой чувствительности соединений переходных металлов к такого рода воздействиям связана с электронным строением атомов б-элементов. Наличие недостроенной б-оболочки приводит к тому, что переходные металлы проявляют в соединениях широкий набор валентных состояний, образуя целый ряд фаз. Причем существуют окислы, не отвечающие формально какому-то целочисленному значению валентности металла. Для большинства оксидов переходных металлов характерны также значительные отклонения от стехиометрического состава в пределах достаточно широкой области гомогенности [9]. Следствием указанных особенностей электронного строения является также то, что энергии различных химических и структурных преобразований в оксидах б-металлов относительно невелики. Это открывает возможность селективного (управляемого, например, выбором длины волны или энергии излучения) воздействия на материал лазерной или электронной обработками с целью модификации физико-химических свойств.
Особый интерес представляет проведение таких исследований в материалах с различными электронными и фононными неустойчивостями. Фазовые переходы такого рода типичны для ОПМ. Во многих из них при изменении внеш-

Необходимо отметить, что явление переключение S-типа феноменологически подобно фазовому переходу полупроводник - металл, который, однако, в данном случае происходит не при изменении температуры или давления, а в результате воздействия электрического поля.
Действительно, в (ВС) сопротивление структуры имеет зависимость от температуры, характерную для полупроводников. При переходе в (НС) происходит не только увеличение проводимости (иногда на несколько порядков), но и, как правило, - изменение типа температурной зависимости.
В настоящее время известно большое количество материалов, для которых характерно наличие - или появление в определённых условиях - электрических неустойчивостей различного типа. Исследования проводимости самых разных полупроводников и диэлектриков в сильных электрических полях показали, что кроме известных и достаточно хорошо изученных явлений (таких как, например, неомическая зависимость I(U) или электрический пробой) во многих из этих материалов наблюдаются эффекты типа формовки или переключения.
К числу таких материалов относятся халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) и оксидные стёкла [35-39]; плёнки окислов многих металлов - как аморфные, таки ноликристаллические [40-42]; другие оксиды (типа Si02, GeCb. Si0x-B203 [43]); некоторые типичные полупроводники (Si,
CdS, ZnS, GaAs), диэлектрики (AIN, BN, галогениды) и органические соединения [43,44]. Кроме того, в последнее время эффект переключения исследован в ВТСП, в которых наблюдается как N-BAX (связанная с переходом из сверхпроводящего в нормальное состояние под действием электронного разогрева [45] или критического тока [46]), так и, в некоторых случаях, S-образная вольт-амперная зависимость [47].
Явления переключения определяются сложной взаимосвязью электрических и физико-химических превращений и, несмотря на большое число исследований, пока еще полностью не изучены. До сих пор не выяснен кардинальный вопрос о том, какую природу (электронную или тепловую) имеет переключение.
Обычно явлению переключения приписывают один из трех механизмов:
1. процессы, при которых происходит джоулев разогрев электронов проводимости, изменяется их число и подвижность;