Електрофізичні властивості дисперсних матеріалів на основі плівок V, Ti, Cr, Cu та Ni

Abstract

Дисертація присвячена встановленню закономірностей розмірних ефектів в електрофізичних властивостях плівкових систем з певним чергуванням нанокристалічних шарів та з різною взаємною розчинністю компонентів на основі перехідних металів таких, як V і Ni, V і Cu, Cu і Cr та Ni і Ti. В роботі вивчено умови утворення VOx (x≈1), V2O3+VOx, V2O3 та TiOx (x≈1) та досліджено їх електрофізичні властивості. З’ясовано вплив температури і деформації на питомий опір, температурний коефіцієнт опору, коефіцієнт тензочутливості та параметри електроперенесення плівкових зразків. Окрім переліченого, в роботі відмічено вплив ступеня дисперсності кристалітів на параметри електроперенесення одношарових зразків та розраховано внесок в питомий опір, температурний коефіцієнт опору та коефіцієнт тензочутливості об’ємного, поверхневого і зерномежового механізмів розсіювання електронів. В роботі здійснена апробація теоретичних моделей розмірного ефекту в електропровідності, температурному коефіцієнті опору та коефіцієнті тензочутливості багатошарових полікристалічних плівок. Показано, що урахування температурних і деформаційних ефектів у теоретичних моделях підвищує ступінь відповідності експериментальних і розрахункових значень температурного коефіцієнта опору та коефіцієнта тензочутливості, що відкриває можливість прогнозування електрофізичних властивостей плівкових систем та стабільності характеристик приладів з плівковими елементами. // Русск. версия: Диссертация посвящена решению задачи установления особенностей размерных эффектов в электрофизических свойствах пленочных систем на основе нанокристаллических (слои V, Cr или Ti) и высокодисперсных (слои Cu і Ni) пленок с различной взаимной растворимостью компонентов таких, как V и Ni, V и Cu, Cu и Cr а так же Ni и Ti. Проведенные в работе исследования фазового и элементного состава и електрофизических свойств оксидных пленок VOx, V2O3+ VOx, V2O3, дали возможность сделать вывод о целесообразности использования образцов V2O3 в качестве чувствительного элемента датчика критической температуры близкой 500 К, что на 100 К выше в сравнении с пленкой VO2. На основании обработки экспериментальных результатов о размерных зависимостях удельного сопротивления и ТКС в однослойных пленках, с использованием линеаризованной, изотропной и модели эффективной СДСП ТТП, были рассчитаны параметры електропереноса для пленок V, Cr, Ni, Cu и Ti и показано, что величина коэффициента зеркальности для нанокристаллических образцов V и Ti принимает минимальные значения (p<0,1). Проведенные в работе исследования фазового и элементного состава двухслойных образцов дали возможность установить, что в пленочных системах с низкой взаимной растворимостью (образцы на основе Cr и Cu, V и Cu), несмотря на существование зернограничной взаимной диффузии, наблюдается сохранение индивидуальности отдельных слоев, тогда как в системах Ni/(Ti или V) в результате термодиффузии происходит образование твердых растворов или интерметаллидов. Увеличение температуры и времени отжига образцов способствует распространению процессов фазообразования на всю пленочную систему. Важным етапом, при изучении електрофизических свойств пленочных образцов, есть установление температурного и деформационного влияния на удельное сопротивление, температурный коеффициент сопротивления, коеффициент тензочувствительности и параметры электропереноса пленочных материалов. Такие исследования требуют использования соответствующих теоретических моделей. На основании апробации соотношений модели Диммиха и макроскопической модели размерного эффекта в ТКС для многослойных металлических пленок установлено, что наилучшее соответствие расчетных и экспериментальных значений ТКС наблюдается в пленочных образцах на основе Cu и V, в которых сохраняется индивидуальность отдельных слоев. Результаты апробации полу-феноменологической модели ТКС, показали, что учет температурных эффектов в параметрах електропереноса уменьшает погрешность в сравнении с экспериментальными данными для пленочных образцов на основе Cu и V в среднем до 10%. Это актуально с позиций возможности прогнозирования електрофизических свойств пленочных систем, их компьютерного моделирования, а так же стабильности характеристик приборов с пленочными элементами. В работе экспериментально исследована размерная зависимость коэффициента продольной тензочувствительности однослойных пленок V, Ni, Ti, Cu и Cr и, на основе полученных результатов, осуществлено разделение вклада объемного, поверхностного и зернограничного рассеивания электронов в тензочувствительность образцов. Выяснено, что значение КТ зависит от эффективности проявления поверхностного или зернограничного рассеивания: в нанокристаллических пленках V и Ti γl больше чем в крупнокристаллических Cu и Ni в области толщин 10-40 нм. Апробация макроскопической модели размерного эффекта в тензочувствительности многослойных систем на основе V, Cr, Ni, Cu и Ti, дала возможность установить, что в образцах, где сохраняется индивидуальность отдельных слоев (на основе V и Cu, Cu и Cr) при их относительно малых толщинах (до 70нм) наблюдается качественное согласование экспериментальных данных с расчетными, в то время, как в образцах со значительной взаимной растворимостью (на основе V и Ni, Ni и Ti) этот показатель выше и существенно зависит от чистоты составляющих пленочной системы. Учет вклада деформационных коэффициентов параметров електро-переноса в тензочуствительность многослойных пленочных систем (на основе V, Cr, Ni, Cu и Ti) в рамках полу-феноменологической модели повышает согласованность экспериментальных и расчетных значений КТ в образцах на основе V и Cu и Cu и Cr до 20%, а на основе V и Ni и Ni и Ti до 37%, что позволяет использовать рабочее соотношение модели для прогнозирования тензорезистивних свойств образцов. Экспериментальное исследование температурной зависимости коэффициентов тензочувствительности однослойных пленок V, Cr, Ni, Cu и Ti, проведенное в интервале 300-500К, показ При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/318