Бирская государственная социально-педагогическая академия Кафедра физики и методики обучения физике Исследование токов термостимулированной деполяризации в наноразмерных структурах Выполнил: Воробьев А. Ю. Научный руководитель: к. ф. -м. н. , доцент Пономарев А. Ф.
Актуальность • В органической наноэлектронике особое внимание отводится исследованию состава и структуры вещества. • Одним из наиболее перспективных методов считается термодеполяризационный анализ или метод термостимулированной деполяризации (ТСД).
• Цель: Изучить возможности определения количественных характеристик релаксационных процессов в электроактивных полимерах на основе исследования спектров ТСД. • Объект исследования: полимерная ячейка типа металл-полимер-металл (МПМ). • Предмет исследования: Релаксационные процессы в субмикронных пленках электроактивных полимеров. • Методики проведения исследования: Основным методом исследования является метод ТСД. Для нахождения геометрических размеров исследуемых структур использовался метод зондовой микроскопии.
Задачи исследования • Изучение литературы по теме исследования • Освоение методики изготовления образцов и измерений • Модернизация экспериментальной установки и ее автоматизация • Получение спектров ТСД пленок электроактивных полимеров • Анализ полученных спектров
Области применения • ТСД используется в следующих областях: • — микроэлектроника (исследование электрофизических свойств и механизма зарядовой нестабильности структур металл диэлектрик - металл МДМ, металл - диэлектрик - полупроводник МДП и т. п. ); • — радиационная физика (исследование параметров электрически активных радиационных дефектов, отжига радиационных дефектов, механизма ионной имплантации, влияния облучения на процесс накопления и миграции заряда и т. п. ); • — физика электретов (исследование природы электретного состояния, разделение гомо- и гетерозаряда, прогнозирование временной и температурной стабильности и т. п. ); • — электрофизика кристаллических диэлектриков и полупроводников; • — электрофизика полимеров(исследование тонких пленок).
Процессы, происходящие в полимере при поляризации При отсутствии внешнего электрического поля Релаксация диполей При наличии внешнего электрического поля Релаксация ловушечного заряда Релаксация поверхностного заряда 6
Достоинства метода • — ТСД - неразрушающий метод исследования • — метод позволяет исследовать электрофизические процессы, обусловленные безызлучательными переходами, а также объекты в оптически непрозрачном окружении (т. е. , например, непосредственно элементы интегральных схем); • — метод применим для исследования широкого круга материалов; • — ТСД обладает в принципе более высокой чувствительностью по сравнению с методами термостимулированной проводимости и поляризации ;
Изготовление образца 1 2 3 4 Структура экспериментального образца Типичная толщина полимерной пленки составляла от 0, 3 до 2 мкм Атомно-силовое изображение края полимерной пленки 1 – стеклянная подложка; 2 – нижний металлический электрод; 3 – верхние металлические электроды; 4 - полимерная пленка. Профиль, проведенный через срез пленки 8
Принципиальная схема ТСД БП – источник питания ; V – вольтметр ; ИЯ – измерительная ячейка; Т – тумблер, n. A – наноамперметр.
Первоначальный вариант установки 1 – теплоизоляционный слой; 2 – верхняя часть корпуса установки; 3 – вывод проводов; 4 – крепежные болты; 5 – прокладка; 6 – нижняя часть корпуса установки; 7 – хладопровод; 8 – электрический нагреватель; 9 – столик; 10 – термопара; 10 а - второй спай термопары 11 – вакуумный ввод.
Вид установки Условные обозначения: • ФН – форвакуумный насос • ФБ – форвакуумный баллон • Д – вакуумный датчик • ИВ – измеритель вакуума • В – вентиль • ИП – источник питания • В 1 – В 2 – вольтметры • АЦП – аналогоцифровой преобразователь
Зависимость спектров ТСД ПДФ от напряженности поляризующего поля • Скорость нагревания образца 5 К/мин 12
Значения энергии активации: (Энергия активации – это энергия необходимая для переноса носителя заряда из связанного состояния в свободное состояние) № Концентрация фталидных фрагментов (%) 1 область (э. В) 2 область (э. В) 1 2 3 4 5 6 1 3 5 10 15 20 0, 43 0, 23 0, 02 0, 03 0, 44 0, 15 0, 57 0, 36 0, 12 0, 1 0, 84 1, 05
выводы • Методика ТСД позволяет провести обширное исследование электрических характеристик тонких пленок. • Произведен расчет энергии активации релаксационных процессов в пленках ПДФ в зависимости от химического состава пленки • Величина максимума тока релаксации зависит от величины поляризующего напряжения.
Скачать презентацию Бирская государственная социально-педагогическая академия Кафедра физики и методики
Воробьев конф.ppt