Введение к работе
Актуальность проблемы.
В последнее время происходит интенсивное расширение теоретических и экспериментальных исследований в области изучения соотношения мезду металлическим и диэлектрическим состояниями в одном и тем же по химическому составу конденсированном веществе. Интерес к данной проблеме вызван перспективами использования фазсЕых переходов металл - полупроводник в микроэлектроника, нелинейной оптике, лазерной технике и др. С этой точки зрения наиболее перспективней для практического применения фазозего перехода металл - полупрсводник является двуокись занадпп, поскольку в данном соединении это единственной фазовый переход такого рода, происходящий при температура около 70 "С. Для монокристаллов двуокиси ванадия установлено, что этот фазовый переход является структурным и сопровождается изменением кристаллической структуры от моноклинной в низкотемпературной фазе до структуры рутила в металлическом состоянии. Электропроводность при фазовом переходе увеличивается в 10* раз.
Несмотря на многочисленные исследования объемных образцов двуокиси ванадия, фазовый переход металл - полупроводник в тонких пленках двуокиси ваналия до последнего зремени практически не изучен. 3 имеющихся до настоящего времени исследованиях саойств двуокиси ванадия до и после фазового перехода, недостаточнее внимание уделялось исследовании окрестности фазового перехода и собственно кинетике самого фазозого перехода. Исследования тонких пленок двуокиси Еанадия были затруднены в связи с отсутствием методов изготовления опытных сбрагцоз, выскочувстзиголінок аппаратуры для их исследований и методов расчета оптических констант тонких поглоюасишх пленок на поглошаиаих подлоххак. Этс-препятствует использование данного фазового перехода в технике ч
технологии. Проведенные в настоящей работе экспериментальные исследования свойств тонких пленок двуокиси ванадия в инфракрасном и видимом диапазонах спектра расширяет круг изученных свойств фазового перехода металл - полупроводник, что в свою очередь раскрывает новые перспективы практического использования "фазового перехода металл - полупроводник в тонких пленках двуокиси ванадия.
Целые настоящей работы является всестороннее экспериментальное исследование высокочувствительными спектральными методами тонких пленок двуокиси ванадия, изготовленных различными способами, с цельс обнаружения и изучения темпераг"рного фазового перехода металл - полупроводник. Выбор объекта ииследования связан, с одной стороны, с практическим отсутствием детальных исследований фазового перехода металл - полупроводник в тонких пленках двуокиси ванадия, а с другой стороны, с воглээшостью быстрой практической реализацией выявлении:: свойств двуокиси ванадия. Кроме того, стояла задача исследовать возможность применения для изучения фазового перехода полупроводник - металл в тонких пленках двуокиси ванадия одного из самых современных методов диагностики поверхности - метода Ж спектроскопии поверхностны;: электромагнитных волн.
Научная новизна работы состоит в том, что использование вышеуказанных методов исследования ьыбр"нных объектов позволило, впервые получить следующие нозые результаты:
й температурном интервале ?.0 - ИО'С получены спектры ИК отражения пленок V0„ Са для прозрачных образцов к пропускания) ь области частот SO0 - 50С0 см""'- Мтодоч- дисперсионного анализа проведено их сравнение с расчетным:- спектрами, в результате чс-го ь токкех-пленках двуокиси ванадия было установлено наличие фазового перехода металл - полупроводник в и выявлен его растянуты? по
температуре характер. Измеренная ширина фазового перехода лосядха 10.
исследована кинетика фазового перехода металл - полупроводник. Выявлен характер изменения оптических постоянных, как ь видимом, так и в инфракрасном диапазонах спектра в процесса фазового перехода. В результате обнаружен гистерезис оптических свойств тонких пленок двуокиси ванадия з окрестности фазового перехода. Ширина гистерезиса на различных обр зцэх составляэт от 3 до 1?/ ?.z температуре. Наличие гистерезиса свидетельствует о доменном характере данного фазового парехода. В процессе фазового перехода сооружено аномально большое увеличение толщины окисно;* пленки по сравнение с объемными образцами.
использование для исследования фазового перехода металл -полупроводник в тонких пленках двуокиси ванадия Ж спектроскопии поверхностных электромагнитных волн позволило установить перспективность и ьксоксинфсрматиБность данного метода для исследований подобных объектов
на основании полученных экспериментально результатов исследований монокристалличэских пленок двуокиси ванадия на сапфировых подложках предложено ах использование в качестве зеркал С в Ж диапазоне), коэффициент отражения которых можеі регулироваться температурой, а также з качестве термочувствительного элемента теплового селе для контроля технологических процессов.
Научные положения, зыносигчые ка защиту. 1. По спектрам ИК отражения б области "остаточне: Л'/чэй" экспериментально установленное наличие фазового перехода металл --полупроводник в тонких пленках двуокле;: ванадия к сто рйотмауткй по температуре характер.
2. Наличие гистерезиса оптических свойств в выбранных
объектах.
-
Аномальное по сравнению с объемными образцами- увеличение толцины тонких пленок двуокиси ванадия при фазовом переходе металл - полупроводник.
-
Характер изменения толщины окисной пленки и ее химического состава при термическом окислении образцов химически чистого ванадия и выоранннч рехим окисления с целью получения пленок двуокиси ванадия.
Практическая ценность.
Полученные в диссертации результаты расширяют круг экспериментальных исследований структурного фазового перехоча в опытных образцах в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, уточняют научные представления представления о характере фазового перехода металл - полупроводник в тонких пленках двуокиси ванадия.Проведенные экспериментальные исследования даст возможность прогнозировать оптические свойства тонких пленок двуокиси ванадия на различных подложках, характер изменения их свойств Тфг фазовом переходе металл - полупроводник. Это может позволить создать и оптимизировать параметры оптического зеркала, коэффициент отражения которого в ИК области зависит от температуры Кроме того, тонкие пленк.. дзу окиси ванадия на прозрачных подложках могут служить в качестве термочувствительного элемента теплового реле используемого для контроля технологических гродессов, в устройствах для сигнализации о покарах з т. п.
'Аппройоцич рабсты.
ОсковЕые результати работы докладывались и оссуздалиоь на на V7JI Ст. Одесса, сентябрь 19?? г. Э. IX Сг. Теркополь, атлэель 1339
г.), XI С г. Харьков, май 1993 г.) республиканских школах -семинарах "Спектроскопия молекул и кристаллов", X международной школе - семинаре "Спектроскопия молекул и кристаллов" 1г. Сумы, апрель 1991 г.), а также докладывались на научных семинарах з институте спектроскопии СИСАИ) и физическом институте им. Лебедева СФИАЮ АН России.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы з 3 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, зак^-чени* :: списка литературы из 96 наименований. Диссертация содержит 125 страниц, в том числе 32 рисунка, 11 таблиц.
