Изучение свойств пленок оксидов ванадия, нанесенных на различные подложки - Дипломная работа

В настоящее время существует интерес к изготовлению различных электронных устройств, в том числе гибких и большой площади, например гибких дисплеев, энергосберегающих окон (smartwindows), чипов для удостоверений личности и т.д. Активные элементы гибкой электроники могут быть основаны на пленках оксидов переходных металлов (ОПМ), обладающих эффектами резистивного электрического переключения, фазового перехода, электрохромизма. Большинство методов нанесения пленок ОПМ, применяемых в настоящее время (например, магнетронное распыление, электронно-лучевое испарение, лазерная абляция, газофазное химическое осаждение металлоорганических соединений (MOCVD), плазменное оксидирование и др.) являются высокотемпературными, что не позволяет использовать их для гибких полимерных или стеклянных подложек. Золь-гель метод, используемый в данной работе для получения пленок ОПМ и структур на их основе, рассматривается в настоящее время как одна из наиболее перспективных технологий, обладающих целым рядом достоинств по сравнению с традиционными способами изготовления тонких пленок.Целый ряд оксидов, однако, проявляют свойства металлов и полуметаллов - в основном состоянии или на металлической стороне фазового перехода металл-полупроводник (ФПМП). Способность переходных элементов менять валентное состояние, наличие неподеленных пар электронов у атомов кислорода, легкость обмена кислородом с окружающей средой, различные примесные центры создают разнообразие дефектов, которые, образуя дискретные уровни в запрещенной зоне, существенно влияют на физико-химические свойства рассматриваемых веществ. Во многих окисных системах переходных металлов существуют фазы, которые обнаруживают значительные отклонения от кажущегося стехиометрического состава, проявляющиеся в том, что средняя валентность металла в таких фазах является промежуточной между целочисленными значениями. Различают два класса оксидов переходных металлов: оксиды, в которых ион металла имеет d0 - электронную конфигурацию, и оксиды с частично заполненной d - оболочкой (таблица 1.1). Первый класс оксидов имеет заполненную 2р-валентную зону кислорода и пустую d - зону проводимости металла.К настоящему времени усилиями многих исследователей обнаружен сравнительно большой круг веществ, у которых при температуре ниже Тп металлическая электропроводность переходит в полупроводниковую, т. е. происходит фазовый переход металл-полупроводник. К веществам, обладающим фазовым переходом металл - полупроводник, относятся также оксиды V3O5, Ti3O5, WO3 и сульфиды NIS, FES, у которых температура фазового перехода металл-полупроводник выше комнатной. Установлено, что фазовый переход металл - полупроводник сопровождается деформацией кристаллической решетки. Если увеличивать концентрацию электронов в зоне проводимости (при повышении температуры или адсорбции газа-восстановителя), то начнет повышаться энергия электронной системы, что приведет к уменьшению искажения решетки, и, в конце концов, запрещенная зона может исчезнуть, т. е. произойдет фазовый переход металл-полупроводник. Например, вблизи фазового перехода металл-полупроводник в пленках VO2 происходит образование смеси металлической и полупроводниковой фаз.В последние годы резко возрос интерес к изучению таких объектов, как пленочные некристаллические полупроводники. В значительной мере это связано с развитием твердотельной электроники, активно использующей аморфные, стеклообразные и полимерные материалы в различных элементах и функциональных устройствах. Во многих случаях к оксидным соединениям переходных металлов предъявляют высокие требования по чистоте, стехиометрии, степени совершенства кристаллической структуры. Среди современных методов синтеза тонких пленок (магнетронное распыление и электронно-лучевое испарение, лазерная абляция, декомпозиция и газофазное химическое осаждение металлоорганических соединений (MOCVD), анодное, в том числе плазменное, окисление и др.) методы жидкофазного осаждения (LPD) занимают особое место. Преимущества LPD методов получения тонких пленок заключаются в том, что осаждение из жидкой фазы позволяет наносить пленки непосредствнно на подложки такими простыми способами как погружение, пульверизация или центрифугирование.На гибких подложках изготавливаются дисплеи, идентификационные карточки для контроля за доступом к зонам с безопасностью высокого уровня, государственные удостоверения личности, водительские удостоверения и паспорта, которые могут включать такие элементы, как биометрические данные, информацию об отпечатках пальцев и радужной оболочке глаза. Для конструирования гибких подложек могут использоваться различные виды материалов-основ, такие, как медь и медные сплавы, железо и сплавы железа или нержавеющая сталь с толщиной материала от 100 мкм (или более) до 40 мкм (в зависимости от материала-основы), а также различные виды слоя изоляции, сделанные из армированного стекловолокном эпоксидного покрытия, каптона, акрилата, PEN (полиэтиленнафталата), PET (полиэтилентерефталата) или бумага с толщиной

Содержание

Список сокращений

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Оксиды переходных металлов

1.2 Фазовый переход металл-полупроводник

1.3 Электрическое переключение в оксидах переходных металлов. Переключение в структурах на основе V2O5-геля

1.4 Технология получения пленок ОПМ

1.5 Гибкая электроника

1.6 Выводы из обзора литературы. Постановка задач

2. Методика экспериментальных исследований

2.1 Получение образцов пленок оксидов ванадия

2.1.1 Расплавный золь-гель метод

2.1.2 Ацетилацетонатный метод получения пленок оксидов ванадия

2.2 Методики измерений и расчетов физических свойств пленок

2.2.1 Снятие статических ВАХ

2.2.2 Снятие температурной зависимости коэффициента отражения

2.2.3 Оптические измерения

2.2.4 Определение толщины пленок

2.2.5 Определение оптических констант пленок ксерогеля

3.Результаты экспериментов

3.1 Сравнение оптических свойств пленок пентаоксидаванадия на различных подложках

3.1 Сравнение температурных зависимостей коэффициента отражения пленок диоксида ванадия, полученных различными способами

4. Выводы

Список литературы

Список сокращений