Тема аспирантской работы: Осцилляции тока в пленках VO 2 вблизи фазового перехода металл-полупроводник Отчет за первый год аспирантуры аспирант Бортников С. Г научные руководители: Алиев В. Ш. , Латышев А. В.
Научная проблема Природа фазового перехода металл-полупроводник в пленках VO 2: Структурный переход Пайерлса Зависимость R(T) для пленки VO 2 Фазы VO 2: моноклинная М 1 (зонный диэлектрик), моноклинная М 2 (моттовский диэлектрик), рутиловая R (металл). или/и переход Мотта, обусловленный e--e- корреляциями? n 1/3 a. H>0. 25 (критерий Мотта)
Научная задача В 2008 г. были обнаружены автоколебания тока в пленках VO 2 Y. W. Lee et al. / Appl. Phys. Lett. 92 162903 (2008) В настоящее время это явление слабо изучено. Динамика автоколебаний определяется физической природой фазового перехода МП в плёнках VO 2. Однако неизвестны: • роль тепловых эффектов • влияние электрического поля на ФП • роль диэлектрической релаксации в пленке вблизи ФП Задача: Синтезировать поликристаллические пленки VO 2, получить эффект автоколебаний, провести исследование в широком диапазоне экспериментальных условий и сделать предположение о механизме фазового перехода МП в VO 2 при автоколебаниях
Рост поликристаллических пленок VO 2 и исследование их структуры RHEED-рефлексы Сапфир/VO 2 Отожженная в вакууме аморфная пленка с “иглами” (АСМ) IBSD-метод синтеза пленок VO 2: 1 – вакуумная камера, 2 – подложка, 3 – печь, 4 – кварцевый датчик толщины, IS – ионные источники, V – ванадиевая мишень, 5 – заслонка. RHEED-рефлексы Si/Si. O 2/VO 2 Таблица сравнения рефлексов Карточка PDF 44 -0252 dǺ Обр№ 5 dǺ 3. 309 3. 4 3. 19 3. 18 2. 68 2. 86 2. 143 2. 138 2. 6 2. 13 2. 026 1. 878 1. 73 1. 66 1. 65 1. 44 1. 43 1. 88 1. 78 1. 63 1. 47 1. 39
Steps Токовая нестабильность пленок VO 2 Zigzag При приложении электрического поля в пленках наблюдается токовая нестабильность (фазовый переход полупроводник-металл). Металл I О не бл ст аб ь ил ьн ос Полупр Tr 50 мкм ти к оводни U Типичные ВАХ с характериографа Исследованные микроструктуры При определенных экспериментальных условиях нестабильность переходит в самопроизвольные токовые осцилляции ВАХ в режиме генератора тока (Zigzag_56 мкм) ВАХ из работы Kim et al. J. Appl. Phys (2010)
Осцилляции тока в пленках VO 2 τ~10 ns τ~200 ns Осцилляции в режиме генератора напряжения Быстрый подъём τ~10 ns – переход Мотта Медленный спад τ~200 ns - тепловой эффект Окно существования автоколебаний в области параметров US-RE, US-напряжение источника, RE – сопротивление нагрузки Статическая и динамическая ВАХ Осцилляции в режиме генератора тока Максимальная достигнутая частота автоколебаний 6 MHz
Наблюдение температурного поля в пленках VO 2 с помощью ИК-микроскопа при осцилляциях тока 1 2 3 4 ВАХ в режиме источника тока с образованием канала 5 T~40ºC Oscillations T~120ºC Структура Zigzag_56 мкм Структура Zig. Zag_56 мкм: 1, 2 – подводящие зонды, 3 – пленка VO 2, 4 – Au-контакты Существенный тепловой эффект при осцилляциях тока
Диэлектрическая релаксация при автоколебаниях Температурная зависимость эл. емкости в области ФП: 1 – Tr. W, 2 – Tr. N, 3 – Zig. Zag_56 мкм. Наблюдается изменение емкости структуры более чем в 104. Из оценки геом. емкости структуры (C(ТК)~20 f. F), получается что диэлектрическая проницаемость изменяется c εVO 2(ТК)=30 до εVO 2(ТФП)~106 Предполагаемый механизм автоколебаний: 1. Достижение EКР –> переход Мотта полупроводник-металл 2. Диэлектрическая релаксация –> разогрев структуры 3. Структурный переход Пайерлса M->R 4. Охлаждение структуры –> зарядка эл. емкости структуры 5. Структурный переход Пайерлса R->M 6. Возрастание эл. поля в структуре до EКР
Результаты за первый год o o o Сдана дисциплина «История и философия науки» Тезисы на конференции: 2 Статья в научном журнале: 1 Выращены пленки VO 2 на сапфире и Si/Si. O 2 Готовится к печати статья по осцилляциям тока
Скачать презентацию Тема аспирантской работы Осцилляции тока в пленках VO
Бортников_отчет_по_аспирантуре_1_год.ppt