Структурные и морфологические особенности фазовых превращений в пленках диоксида ванадия

• Автор: Алиев, Расул Абдурахманович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Глава I. Современные представления о физике фазового
перехода «металл -полупроводник» в диоксиде ванадия
1.1 Физические характеристики диоксида ванадия
1.2. Зонная схема диоксида ванадия, структура фаз
1.3. Корреляционные эффекты
1.4. Модельные представления фазового перехода
«металл -полупроводник» в диоксиде ванадия
1.5. Легирование
1.6. Тонкие пленки диоксида ванадия
1.7. Применения пленок диоксида ванадия
1.8. Методы получения тонких пленок VO2
1.9. Влияний условий синтеза на параметры фазового
перехода в пленках VO2
1.10. Модели описывающие петлю гистерезиса
1.11. Травление
1.12. Облучение электронами пленок диоксида ванадия
1.13. Перколяционный переход в пленках VO2
Глава II. Методика эксперимента
2.1. Синтез пленок диоксида ванадия
2.2. Экспериментальная установка для синтеза
тонких пленок VO2
2.3. Измерение отражательной способности пленок
2.4. Исследование морфологии синтезированных
образцов пленок VO2
2.5. Емкостный метод измерения параметров петли температурного гистерезиса
2.6. Установка для исследования проводимости на
переменном токе
2.7. Установка для исследования термоэдс

2.8. Перколяция. Методика определение критических
индексов
Глава III. Исследование процесса фазового перехода «металл - полупроводник» в пленках диоксида
ванадия
3.1 .Феноменологическая модель
3.2.Влияние условий синтеза на фазовый переход металл-полупроводник в пленках диоксида ванадия
3.3.Доокисление (отжиг на воздухе)
3.4.Неизбирательное травление тонких пленок УОг
3.5.Избирательное травление
3.6. Отжиг пленок УОг в вакууме и облучение их потоком электронов средних энергий
3.7.Легирование пленок диоксида ванадия элементами
IV группы периодической системы
3.8.Перколяция. Частотные зависимости критических индексов
4. Основные результаты и выводы работы
Список литературы

Актуальность темы. На протяжении многих десятилетий фазовый переход «металл-полупроводник» в диоксиде ванадия не перестает привлекать внимание исследователей. Интерес к данной области обусловлен как фундаментальной, так и прикладной значимостью данного направления.
Фундаментальный интерес обусловлен отсутствием ясности самого механизма фазового перехода металл-полупроводник в диоксиде ванадия, несмотря на то, что в литературе предложены многочисленные модели этого явления, неплохо обоснованные как экспериментально, так и теоретически. Следствием этого оказывается отсутствие детального описания поведения оптических параметров и электропроводности пленок такого двухкомпонентного композита, каким является диоксид ванадия в двухфазной области.
Прикладной интерес обусловлен тем, что нелинейность и гистерезис физических свойств диоксида ванадия могут быть использованы для создания различных оптоэлектронных устройств, таких как: ограничители световых потоков (оптические лимитеры), сверхбыстрые оптические затворы, устройства реверсивной голографической памяти, высокочувствительные болометры нового поколения, датчики температуры, системы аварийной сигнализации, газовые сенсоры и т. д. Решающее преимущество данного материала связано с тем, что фазовый переход в диоксиде ванадия протекает за времена, меньшие 100 фемтосекунд, а его термодинамические характеристики допускают возможностью синтеза на основе УОг тонкопленочных интерферометров Фабри - Перо большой площади (ЮОХЮОсм2). Последнее позволяет использовать метод интерференционного усиления контраста изображения, формируемого на тонкопленочных элементах оптической памяти.
В связи с вышесказанным актуальность выбранной нами темы исследований не вызывает сомнений.

нанесения таких гелей на подложку (методом пульверизации, центрифугированием или просто прямым контактным способом) и проведения некоторых дополнительных технологических операций, можно получить на поверхности подложки тонкие пленки соответствующих составов.
Разновидность золь-гель метода, используемая для получения оксидов ванадия в данной работе, состоит в следующем. Порошок пентоксида ванадия плавится в алундовом тигле в муфельной печи. Расплав нагревается до Г=900°С и быстро выливается в воду. При этом образуется однородный гелеобразный раствор коричневого цвета. Этот раствор хорошо смачивает подложку и растекается, образуя относительно однородную по толщине пленку. Состав этого коллоидного раствора может быть У205 х «Н20 , где п лежит в пределах от 100 до 1000-1200 (без самопроизвольной коагуляции при л<100). Существует также целый ряд фазовых переходов в жидкой фазе У2О5 х «Н20. Например, при «=400 и «=600. Выше точки «=400, в частности, раствор проявляет свойства жидкого кристалла типа нематика. Низшим продуктом в этом смысле является декаванадиевая кислота НбУю028 («=3).
При дальнейшем высушивании получается ксерогель (т.е. гель с частично удаленной водой). Высушенные на воздухе слои представляют собой почти рентгеноаморфную фазу с п=1,6-4,8. Они имеют квазиодномерную слоистую структуру, подобно полимерам. При нагревании происходит потеря воды в три этапа. При температуре 300-400К обратимо удаляется слабосвязанная вода с образованием фазы с п =0,5; при Г=480-540К «=0,1; выше 570К удаляется химически связанная вода (н=0) и происходит кристаллизация ванадия.
Анодное окисление
Электрохимическое оксидирование - это образование оксидных пленок на поверхности металлов при анодной поляризации в кислородосодержащей среде с ионной проводимостью, например, в растворах и расплавах электролитов [93]. Механизм анодного окисления связан с переносом ионов металла и кислорода через растущий оксидный слой под действием