Синтез и свойства тонкопленочных гетероструктур на основе Nb, In и их оксидов

• Автор: Дивакова, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Физикохимические свойства и способы получения тонкопленочных гетероструктур на основе ниобия, индия и их оксидов

1.1. Основные физикохимические характеристики ниобия

1.2. Основные физикохимические характеристики индия

1.3. Окисление металлов и сплавов. Законы роста оксидных пленок

1.4. Описание оксидирования с позиций представлений о самоорганизации переходных слоев вблизи межфазных границ

1.5. Механизм оксидирования ниобия

1.6. Кинетические особенности оксидирования ниобия

1.7. Оптические и газочувствительные свойства ЫЬ5

1.8. Механизм оксидирования индия

1.9. Взаимодействие в системе 1Ь 1п
1 Диффузия кислорода в металлах
1 Краткая характеристика методов получения тонких пленок
1Влияние дефектов и свободной поверхности на свойства металлов и сплавов. Роль дефектов атомнокристаллического строения в формирование свойств металлов
ГЛАВА 2. Основные экспериментальные методики
2.1. Подготовка исходных подложек
2.2. Получение пленок ИЬп методом магнетронного напыления
2.3. Оксидирование тонких пленок в печи резистивного нагрева
2.4. Оксидирование при пониженном давлении кислорода
2.5. Характеристика эллипсометрического метода
2.6. Установка для окисления с автоматической эллипсометрией
2.7. Методики исследования состава и структуры пленок
2.8. Методики исследования оптических свойств
ГЛАВА 3. Оксидирование и свойства тонких пленок ниобия и индия
3.1. Кинетические особенности оксидирования пленок ниобия
3.2. Особенности оксидирование тонкопленочного индия в установке автоматической эллипсометрии
3.3. Эволюция фазового состава пленок ниобия
при отжиге в потоке кислорода
3.4. Эволюция фазового состава пленок индия
при отжиге в потоке кислорода
3.5. Электрофизические свойства оксида ниобия
ГЛАВА 4. Синтез тонкопленочных гетерострукту р на основе ниобия, индия и их оксидов
4.1. Эволюция фазового состава пленок системы п58
4.2. Эволюция фазового состава пленок системы ЫЬ1пз
ГЛАВА 5. Оптические свойства тонкопленочных гетероструюур на основе индия, ниобия и их оксидов
5.1. Оптические свойства оксидных пленок ниобия и индия
5.2. Оптические свойства тонкопленочных структур с различным характером межфазных границ 1пНЬ5 и ЫЬ1пз
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Впервые синтезированы сложные гетероструктуры на основе оксидов индия и ниобия, содержащие сложную структуру 1пМЮ4. И предложен механизм их формирования, заключающийся во взаимодействии металла с ультратонкой пленкой оксида. Практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов определяется тем, что все синтезированные структуры могут быть использованы как основы структур функциональной электроники для разработки технологий сенсоров различного назначения, запоминающих устройств, а также оптоэлектронных устройств, оптических элементов, просветляющих и оптически активных покрытий. Разработанная методика синтеза ультратонких пленок индия, ниобия и их оксидов на основе метода магнетронного напыления позволила воспроизводимо сформировать слои толщиной от нм. Механизм дискретного рост оксидных слоев на тонких пленках металлического индия, основанный на представлениях о пресыщении ионами металла, выращенного оксидного слоя и дальнейшей его самоорганизации до стехиометрического 1пз. Предложенный метод синтеза ультратонких оксидных пленок позволяет формировать гетероструктуры содержащие соединение 1п, способные использоваться как элементы функциональной оптоэлектроники. ГЛАВА 1. Ниобий принадлежит к числу элементов V группы периодической системы. Атом ниобия характеризуется валентной электронной конфигурацией Кг 4йз1. Наличие пяти валентных электронов способствует проявлению характеристической степени окисления 5. Возможно проявление низших степеней окисления 2, 3, 4. В периодической системе элементов ниобий занимает место в центре группы тугоплавких металлов. Основываясь на известной взаимосвязи между температурой плавления металлов и их прочностью при высоких температурах, ниобий при надлежащем легировании обладает хорошими механическими свойствами до К и более высокой температуры. Ниобий имеет обьемоцентрированную решетку и не претерпевает фазовых превращений. По своей плотности он сопоставим с обычными жаропрочными сплавами. Подобно всем тугоплавким металлам, ниобий окисляется при сравнительно низких температурах, но его оксиды, не обладая защитными свойствами, отличаются своей нелетучестью 1,2. Индий является рэлементом 3 группы периодической системы
Д. И.Менделеева. Его электронная конфигурация Кг5з 5р . Индий как рэлемент 3 группы обладает высокой химической активностью и в природе встречается только в виде своих соединений. Он относится к рассеянным металлам и почти не образует собственных минералов 38. Получают его, главным образом, из отходов при переработке полиметаллических руд цветных металлов. В свободном виде представляет собой мягкий металл серебристобелого цвета. При сгибании прутков чистого индия слышится характерный хруст. Индий легко обрабатывается давлением при комнатной температуре, при этом практически не наблюдается наклепа, так как металл рекристаллизуется в процессе деформации. Порядковый номер элемента , атомная масса 4,. Плотность индия составляет 7,6 гсм3, кристаллизуется в тетрагональноискаженной гранецентрированной решетке а 4, и с 4, А, са 1,5. Вместе с тем, его структура может быть охарактеризована как объемноцентрированная тетрагональная с параметрами а 3, и с 4, А. Индий имеет температуру плавления 6,4 С0, температуру кипения С0. Теплота плавления составляет 3. Джмоль, теплота испарения 3 кДжмоль, теплоемкость при 8 К ,7 ДжмольК, энтропия , ДжмольК, теплопроводность 7, кВтмК. Твердость индия по Бринеллю 9 МПа, коэффициент сжимаемости 2,76 см2кг, модуль упругости ГПа. По химическим свойствам индий является металлом с малой долей амфотерности и проявляет степень окисления 1п1 и 1п Атомный радиус составляет 1, А, радиус иона 1п 1, А, радиус иона 1п 0, А. Потенциал ионизации индия 5,5 эВ, работа выхода электрона , эВ, электродный потенциал имеет величину 0, В, а электроотрицательность 1,7 9. Основные физикохимические характеристики индия и ниобия приведены в таблице 1. Таблица 1. Атомная масса, а. Давление пара при Тщ,. Адгезия к i О. Термический коэффициент электросопротивления а 3, град. Коэффициент вторичной эмиссии 1.