Учебное пособие 800475

лопроводность – на установке Netzsch SBA458 в интервале температур 300-800 К.

На рисунке ниже приведены результаты измерений термоэлектрических свойств синтезированных образцов.

Температурные зависимости термоэлектрических свойств образцов

На температурной зависимости фактора мощности (рис. а) наблюдается спрямление, которое косвенно может служить доказательством поддержания постоянной концентрации носителей. Увеличение концентрации индия приводит к снижению электропроводности и увеличению коэффициента Зеебека, что является прямым доказательством захвата электронов примесными уровнями. Обращает на себя внимание высокое значение фононной составляющей теплопроводности, по-видимому связанное с неверно подобранной концентрацией атомов йода. В пользу этого говорит тот факт, что у образца с большим содержанием индия собственная проводимость наступает при более низкой температуре.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 19-48-360010).

Литература

1.Гольцман Б.М. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе

Bi2Te3 / Б.М. Гольцман, В.А. Кудинов, И.А. Смирнов // Изд.-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1972.

2.Волков Б.А. Примеси с переменной валентностью в твердых растворах на основе теллурида свинца / Б.А. Волков, Л.И. Рябова, Д.Р. Хохлов // УФС. – Т.172. – №8.

3.Равич Ю.И., Немов С.А. Прыжковая проводимость по сильно локализованным примесным состояниям индия в PbTe и твердых растворах на его основе // ФТП. – 2002. – Т.

36.– В. 1.

41

УДК 537.9

СТРУКТУРА МНОГОСЛОЙНЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИТА (Co40Fe40B20)34(SiO2)66 И ОКСИДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

О.С. Жилова1, С.Ю. Панков2, В.А. Макагонов3, И.В. Бабкина4, Д.Н. Мосолов5, М.А. Каширин6, О.И. Ремизова7

1Канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник, zhilova105@mail.ru

2Канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник, srgpank@mail.ru

3Канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, vlad_makagonov@mail.ru 4Канд. физ.-мат. наук, доцент, ivbabkina@mail.ru

5Студент, mosolov.dmitry46@gmail.com

6Инженер-исследователь, mnitro@yandex.ru

7Канд. физ.-мат. наук, доцент, oxana.remizova@gmail.com

1-7ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Многослойные гетерогенные пленки [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33 были получены методом ионно-лучевого распыления. Толщина каждого слоя составляла несколько нанометров. Параметр периодичности полученной структуры, рассчитанный с помощью метода малоугловой рентгеновской дифракции, совпадает с толщинами прослоек, что подтверждает наличие многослойной структуры. При кристаллизации пленок многослойная структура разрушается.

Ключевые слова: пленка композита, оксидный полупроводник, рентгеновская дифракция, толщина бислоя.

Широкозонные оксидные полупроводники являются основными функциональными материалами, используемыми в прозрачной электронике. Поэтому актуально спрогнозировать возможные твердотельные реакции взаимодействия между полупроводниковыми, диэлектрическими и металлическими фазами при создании электронных приборов. Модельным материалом для изучения процессов образования соединений в местах контакта оксидных широкозонных полупроводников с металлом и диэлектрическими соединениями может выступать многослойная пленка с нанометровыми толщинами слоев.

В данной работе исследовалась тонкопленочная многослойная структура

[(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33.

Тонкопленочная структура получена методом ионно-лучевого распыления [1]. Для осаждения многослойных пленок распылялись три мишени: составная мишень Co40Fe40B20 + SiO2 и мишени из полупроводников ZnO и In2O3. Для получения пленок с различными толщинами слоев между мишенью и подложкодержателем устанавливался V-образный экран. Это позволило получить плавное изменение толщины слоев в одном технологическом цикле. Количество слоев (Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2 составило 33.

Результаты малоугловой рентгеновской дифракции показывают присутствие периодических осцилляций на всех исследуемых образцах, что подтверждает наличие слоистой структуры (рисунок).

Величина толщины слоев, рассчитанная по формуле Вульфа-Брэгга [3] близка по значениям, рассчитанным из технологических режимов напыления.

42

Малоугловая рентгеновская дифракция для пленок [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33 с различной толщиной слоев

Вторым вариантом подтверждения многослойности структуры пленки в исходном состоянии послужили проведенные исследования поперечного сечения образца методом просвечивающей электронной микроскопии, из которых видно, что пленка действительно содержит трехслойные пакеты с четкими границами раздела по слоям, суммарная толщина пленки составила 600 нм.

Исследование пленок на средних углах Брегга (2ʘ = 10-60°) показали рентгеноаморфное состояние структуры, которое характеризуется широким гало. С увеличением толщины пленки в области 2ʘ около 35° наблюдается интенсивный пик, который соответствует плоскости (101) SnO2.

Результаты рентгеновского и электронно-микроскопического исследований полностью коррелируют между собой, подтверждая многослойность структуры и согласуясь с технологическими режимами процесса напыления.

Также были проведены измерения дифракционных кривых в области малых углов после термической обработки. Анализ данных малоугловой рефлектометрии показал, что вплоть до температуры отжига 550 °С пленки толщиной 0,41 мкм и 0,68 мкм остаются упорядоченными. Однако, уменьшение отношения интенсивности пик-фон указывает на размытие границ слоев с сохранением периодических структурных неоднородностей. При температуре ~ 550 °С происходит окончательное разрушение слоев, при этом наблюдается незначительный рост размеров кристаллитов. Увеличение структурной стабильности в пленках [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33 при увеличении толщины исследованных образцов не наблюдалось.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания № FZGM-2020-0007.

Литература

1.Rylkov V. V. Tunneling anomalous Hall effect in nanogranular CoFe-B-Al-O films near the metal-insulator transition / V. V. Rylkov, S. N. Nikolaev, K. Yu. Chernoglazov, V. A. Demin, A. V. Sitnikov, M. Yu. Presnyakov, A. L. Vasiliev, N. S. Perov, A. S. Vedeneev, Yu. E. Kalinin, V. V. Tugushev, and A. B. Granovsky // Phys. Rev. – 2017. – V.95. – P. 144202.

2.Zhilova O.V. Influence of amorphous carbon on the structure and electrical properties of

(ZnO/С)81 thin films / O. V. Zhilovaa), V. A. Makagonov, S. Yu. Pankov, A. V. Sitnikov, Yu. E. Kalinin, and I. V. Babkina // AIP Conference Proceedings. – 2018. – P. 020124.

3. Andreev A.V. X-ray optics of surfaces (reflection and diffraction at grazing angles of incidence) / A.V. Andreev // Sov. Phys. Usp. – 1958. – V. 28. – No. 1. – P. 70.

43

УДК 537.226

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Rb2ZnCl4 В НАНОПОРИСТЫХ МАТРИЦАХ Al2O3

Л.С. Стекленева1, Тхай Тхи Ми Зуен2, Е.М. Логошина3, Л.Н. Коротков4 1Аспирант, lubov_stekleneva@mail.ru

2Студент, thaithimyduyenvt@gmail.com

3Студент, logoshina.katya@mail.ru

4Д-р физ.-мат. наук, профессор, l_korotkov@mail.ru

1-4ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Исследованы диэлектрические свойства композиционного материала, Rb2ZnCl4 – Al2O3 со средним диаметром пор матрицы 300 нм в диапазоне температур 110 – 350 К.

Ключевые слова: сегнетоэлектрик, фазовый переход, несоразмерная фаза, тетрахлорцинкат рубидия.

Для образца композиционного материала, полученного путем внедрения соли Rb2ZnCl4 в матрицу пористой пленки Al2O3 со средним диаметром пор около 300 нм были исследованы диэлектрические свойства в диапазоне температур 110 – 350 К (рис. 1).

Рис. 1. Температурные зависимости ε (а) и tg δ (б) для композита Rb2ZnCl4 – Al2O3, полученные на частоте 100 кГц при охлаждении (1) и нагреве (2)

Обнаружен широкий максимум диэлектрической проницаемости, положение которого изменяется в пределах 230 – 330 К в зависимости от тепловой предыстории образца. Предполагается, что данный максимум связан с сегнетоэлектрическим фазовым переходом во включениях Rb2ZnCl4.

Полученные зависимости tg δ (T) как при нагревании, так и при охлаждении образца показывают максимум тангенса диэлектрических потерь в окрестности характерной температуры замерзания доменов Tf ≈ 160 K. Следует отметить, что температура замерзания доменов Tf совпадает со значениями, полученными для ранее исследованных образцов композита Rb2ZnCl4 – SiO2 [1].

44

Установлено, что температуры Тmc и Тmh существенно зависят от температуры, до которой образец был предварительно нагрет или охлажден соответственно (рис. 2).

Более высокая температура, до которой был предварительно нагрет образец, соответствует более высокому значению Тmc, наблюдаемому при охлаждении материала (рис. 2,а). Наряду с этим более низкая температура охлаждения (Тcool), соответствует более высокому значению Tmh (рис. 2,б). Видно, что зависимость Tmh(Tcool) близка к линейной (вставка на рис. 2,б).

Рис. 2. Температурные зависимости ε для композита Rb2ZnCl4 – Al2O3, полученные на частоте 100 кГц при охлаждении (а) и нагреве (б)

Из литературных источников [2] следует, что в монокристалле Rb2ZnCl4 повышение температуры термообработки в параэлектрической фазе приводит к снижению температуры ТСс. Авторы объясняют такое поведение перераспределением точечных дефектов в кристалле при отжиге.

Несмотря на то, что в случае композиционного материала Rb2ZnCl4-Al2O3 повышение температуры отжига, наоборот, увеличивает ТСс, механизм его влияния, по всей видимости, обусловлен также перераспределением дефектов решетки, локализованных как внутри частиц Rb2ZnCl4, так и на их границе раздела с оксидом алюминия.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-32-90164.

Литература

1.Korotkov L. N. et al., X-ray, dielectric, and thermophysical studies of rubidium tetrachlorozincate inside porous glasses // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. – 2019. – V. 83. – № 9. – P. 1072.

2.Shuvalov L. A. et al., Prehistory effect on dielectric permittivity behavior of Rb2ZnCl4 within region of anomalous thermal hysteresis // Izv. Akad. Nauk SSSR. Ser. Fiz. – 1990. – V.54. –

№4. – P. 726.

45

УДК 539.269

ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ МНОГОСЛОЙНОЙ СИСТЕМЫ [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33

Д.Н. Мосолов1, С.А. Китаев2, И.В. Бабкина3, М.А. Каширин4, О.В. Жилова5, Е.В. Шведов6 1Студент, mosolov.dmitry46@gmail.com

2Студент, serkitt@yandex.ru

3Канд. физ.-мат. наук, доцент, ivbabkina@mail.ru

4Инженер-исследователь, mnitro@yandex.ru

5Канд. физ.-мат. наук, н.с., zhilova105@mail.ru 6Д-р физ.-мат. наук, профессор, Karl12@yandex.ru

1-6ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В работе проведены исследования исходной структуры и структурных превращений после термической обработки до 600 °С пленок [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33, полученных в результате послойного нанесения. Фазовые и структурные превращения зависят от количественного соотношения и структурного состояния взаимодействующих фаз.

Ключевые слова: многослойные пленки, структурные методы анализа, фазовый состав.

Ранее уже были изучены твердофазные химические превращения в многослойных пленках с чередующимися бислоями: [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO]112,

[(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/SnO2]32 и [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/In2O3]92. Эти исследования показали существенное различие полученных продуктов реакции в зависи-

мости от состава прослоек оксидов металла и соотношения толщин композиционной и полупроводниковой прослоек. В то же время, в функциональных элементах прозрачной электроники возможно присутствие нескольких полупроводниковых соединений в местах контакта их с металлическими и диэлектрическими слоями. В данной работе рассмотрен подобный вариант, используя в качестве объекта исследования многослойную пленку, состоящую из чередующейся последовательности трехслойного набора, в состав которого входят композит и широкозонные полупроводниковые соединения.

Многослойные пленки [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33, получены методом ионно-лучевого распыления керамических мишеней ZnO, SnO2 и составной мишени, которая представляла собой пластину сплава Co40Fe40B20 размером 280х80х15 мм3 и 13 навесок кварца (SiO2) размером 80х10х2 мм3 равномерно расположенных на поверхности металла. Структуру исследовали методом дифракции рентгеновских лучей на дифрактометре Bruker D2 Phaser

(λCuKα1 = 1,54 Å).

В исходном состоянии структура многослойных пленок [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33 была исследована в диапазоне углов: 2ʘ = 10-600. Для пленок толщиной 0,23 мкм и 0,41 мкм дифракционных максимумов не выявлено, дифрактограммы характеризуются широким пологим гало. С уве-

46

личением толщины пленки в области 2ʘ около 350 наблюдается интенсивный пик шириной около 40, который соответствует плоскости (101) SnO2.

Для изучения термической стабильности образцов был выполнен ряд отжигов в интервале температур от 250 до 600 0С с шагом в 50 0С и временем выдержки при каждой температуре в течение 30 мин. После каждого отжига проводили рентгенофазовый анализ образцов. Вплоть до 450 0С на дифрактограммах не было обнаружено каких-либо изменений в структуре по сравнению с исходным состоянием образцов.

Провести идентификацию фаз оказалось возможным только после выдержки образцов в течение 30 минут при температуре 600 0С. Выявлено, что процесс кристаллизации в системе происходит по-разному в зависимости от толщины пленки. Рассмотрим кристаллизацию образца толщиной 0,41 мкм.

Удалось выявить три фазы: Co2.85Sn2, ZnFe2O4, (Co0.62Fe1.38)FeO4 (рис.). Из них фаза Co2.85Sn2 проявляется наиболее интенсивно. Предположительно произо-

шла реакция окисления железа за счет восстановления оксида олова. Co, взаимодействуя с атомами Sn, образовал соединение Co2.85Sn2. Оксид железа Fe3O4 частично растворил оксид цинка с образованием ZnFe2O4. Остаток металлической гранулы Co40Fe40B20 при окислении железа образовал соединение (Co0.62Fe1.38)FeO4.

Дифрактограмма пленки [(Co40Fe40B20)34(SiO2)66/ZnO/SnO2]33 толщиной 0,41 мкм после термообработки при температуре 600 °С в течение 30 мин

Состав и кристаллическая структура образовавшихся фаз в большой степени зависят от количественного соотношения элементов в исследуемой пленке. Это хорошо видно на примере кристаллизации второго образца толщиной 0,68 мкм. В этом случае кристаллиты фазы SnO2 не подверглись восстановлению и образовали отдельную фазу, тогда как оксид олова в аморфном состоянии восстановился с образованием фазы CoSn. Оксид железа также растворил

атомы Zn с образованием фазы (Zn0.35Fe0.65)Fe2O4, но не весь оксид цинка вошел в состав оксида железа. Излишек оксида цинка взаимодействовал с бором, об-

разуя фазу Zn4O(BO3)2. Вероятно, оксид кремния остался в аморфном состоянии, что создает аморфный фон на дифрактограммах.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки в рамках государственного задания (проект № FZGM-2020-0007).

47

УДК 544.032.4: 621.793

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ НА ХИМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ СТРУКТУРЫ (In2O3/SiO2)n

А.П. Четверикова1, С.Ю. Панков2, Р.А. Зайцев3, М.А. Каширин4 1Студент, alina.chetverikova@mail.ru

2К. физ.-мат. наук, научный сотрудник, srgpank@mail.ru

3Студент, zaizairoma@mail.ru

4Инженер-исследователь, mnitro@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной работе представлено исследование химической стойкости образцов, прошедших высокотемпературные отжиги на воздухе. Оценка стойкости проводилась путем периодического визуального контроля пленок в процессе выдержки образцов в соляной кислоте. Установлено что с увеличением температуры отжига наблюдается улучшение стойкости тонкопленочной структуры (In2O3/SiO2)n.

Ключевые слова: химическая стойкость, высокотемпературный отжиг, тонкопленочная структура, пленки оксида индия.

Среди различных оксидных соединений пленки In2O3 и In2O3:Sn представляет практический интерес, так как при ширине запрещенной зоны (Eg = 3,36> 2 эВ), обладают небольшим электрическим сопротивлением (ρ ~ 10-4 Ом·см или менее) в сочетании с высокой прозрачностью (~ 90 %) в видимом диапазоне [1]. Данный материал может использоваться в качестве электродов термопар, так как является весьма чувствительным к температурным изменениям. Ранее уже были изучены электрические свойства структуры (In2O3/SiO2)25 и их стабильность при различной температурной обработке [2]. Помимо электрических свойств, важным параметром при эксплуатации термопар, является их химическая стойкость.

В ходе работы проводилось исследование влияния концентрированной соляной кислоты на химическую стойкость структуры (In2O3/SiO2)n (n – количество бислоёв тонкопленочного покрытия). Предварительно, образцы были подвергнуты термическому отжигу в течение часа в воздушной среде при заданной температуре в диапазоне 280-520 °C. Далее происходило нанесение маски (частично закрывающей поверхность) на каждый из образцов и помещение в раствор соляной кислоты. Выдержка происходила в течение часа, с контролем стравливания пленки каждые 15 минут, далее контроль проводился через час. Максимальное время выдержки образцов в растворе составляло 6 часов.

Результаты эксперимента можно наблюдать на рисунке. Происходит постепенное стравливание слоя пленки, химическая стабильность повышается при увеличении температуры отжига. Наиболее высокая стабильность наблюдается у образцов, прошедших отжиг при температурах выше 400 °С. Полное стравливание слоя исходной пленки наблюдается при выдержке образцов в растворе соляной кислоты в течение 4-6 часов.

48

Результат травления пленок (In2O3/SiO2)25, прошедших различную терм ическую обработку

Можно предположить, что улучшение химической стабильности происходит из-за взаимной диффузии слоев оксида кремния и оксида индия, а также за счет кристаллизации исходно аморфных слоев оксида кремния, что согласуется с полученн ыми раннее результатами рентгеноструктурного анализа [3].

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (проект №FZGM-2020-0007).

Литература

1. Чопра К. Тонкопленочные солнечные элементы/ Чопра К., Дас С.–М.: Мир, 1986. –

435с.

2.Четверикова А. П. Те рмоэдс тонкопленочных структур (In2O3/SiO2)25/ Четверикова

А.П., Каширин М. А., Макаго нов В. А., Фошин В. А.// Физика. Технологии. Иновации ФТИ2020. Тезисы докладов. – 2020. – С. 728-729.

3.Pankov S. Yu. The structure and electrical properties of (In2O3/SiO 2)25 thin films/ S. Yu. Pankov, Yu. E. Kalinin, V.A. Ma kagonov et al. // Advanced Materials & Technologies. – 2020. – N 1.– P. 43 – 48.

49

УДК 538.9

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНОК Fe-ZrO2, НАПЫЛЕННЫХ В РАЗНЫХ СРЕДАХ

И.А. Анисимов1, А.Л. Березутский2, А. Н. Смирнов3, О. В. Стогней4 1Студент, anisimov-ilia2011@yandex.ru

2Студент, a.l.berezutskii@yandex.ru

3Аспирант, deadpank@mail.ru

4Д-р ф.-м. наук, профессор, sto@sci.vrn.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Исследовано влияние на электрические и магнитные свойства композитов Fe-ZrO2 присутствие в атмосфере камеры избыточного кислорода.

Ключевые слова: композит, магнитные и электрические свойства, рентгеновская дифракция.

лить электрический порог перколяции (рис. 1, б, в).

Измерения магнитосопротивления для системы Fe/FeO-ZrO2 при комнатной температуре (рис.1, а) демонстрируют пик в окрестностях 35 ат. %, что согласуется с положением электрического порога перколяции в данном композите. Для системы Fe-ZrO2 магнитосопротивления при комнатной температуре не наблюдается.

Работа выполнена при поддержке гранта FZGM-2020-0007.

50