Введение к работе
Актуальность темы
В последние годы, благодаря бурному развитию микроэлектроники, значительно возрос интерес к исследованию материалов, обладающих электрохромными свойствами. Это связано с возможностями использования таких материалов в современных электронных приборах. Электро-хромизм проявляется в изменении светопропускания или цвета вещества. В основе этого явления лежит обратимый процесс окрашивания и обесцвечивания, т.е. изменения коэффициента поглощения света вещества под воздействием электрического тока или поля. При освещении пленок ультрафиолетом эффект называется фотохромным.
В настоящее время главные фундаментальные поисковые исследования по электрохромизму связаны с триоксидом вольфрама. Наиболее перспективными являются разработки электрохромных индикаторов (дисплеев), модуляторов света и устройств записи, хранения и стирания оптической информации.
Дисплеи, созданные на основе электрохромных материалов (W03 в частности), обладают рядом преимуществ по сравнению со светодиодными и жидкокристаллическими индикаторами. Это, во-первых, простота создания, более высокая эстетичность, хороший контраст, во-вторых, хранение информации практически без рассеяния мощности, в-третьих, более низкая стоимость таких дисплеев, поскольку они работают при довольно низких напряжениях (0.4-1.5 В) и характеризуются малой потребляемой мощностью. К недостаткам следует отнести ограниченный срок службы и недостаточно высокое быстродействие.
На основе электрохромного эффекта возможно создание устройств, которые могут быть использованы для управления интенсивностью световых потоков (светофильтры), для записи и регистрации информации светом или визуализации инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений.
Наиболее ярко электрохромный и фотохромний эффект проявляются в аморфных пленках вольфрама. В кристаллах, как правило, электрохромный эффект наблюдается при повышенной температуре (200-700 С). Нужно отметить, что технология приготовления электрохромных элементов на основе кристаллов более сложна, кроме того кристаллы имеют ограниченные размеры и невысокий уровень проводимости.
Пленки окисла W03, как кристаллические, так и аморфные, можно получать разными способами. Исследования напыленных пленок W03 показали, что они недолговечны и отслаиваются от подложки, имея с ней слабое сцепление и большую пористость. Один из способов получения аморфных пленок окисла WO3, имеющих большие силы сцепления с подложкой-анодное окисление.
Несмотря на широкие перспективы использования эффекта окрашивания, коммерческих устройств на основе W03 не создано в силу ряда причин: нет достаточного понимания взаимосвязи между возникновением окраски, микроструктурой и химией тонких пленок.
Целью данной работы является
Рентгенографическое исследование и построение моделей структуры некристаллического анодного оксида W03, основанное на комплексном анализе кривых распределения интенсивности рассеяния и методе молекулярной динамики.
Исследование структурных изменений оксида вольфрама, полученного анодным окислением поликристаллического и монокристаллического вольфрама при электрохромном процессе.
Получение характеристик ближнего порядка и анализ распределения атомов в пленках оксида вольфрама в зависимости от числа циклов переключений.
Научная новизна и практическая ценность работы
Впервые проведено изучение структуры анодного аморфного оксида вольфрама и установлено, что пространственная конфигурация атомов в области ближнего упорядочения соответствует расположению атомов в фазе гидрата W031/3 Н20.
Впервые доказано, что циклический процесс электрохромного окрашивания-обесцвечивания приводит к развитию процесса гидратации аморфных пленок окисла вольфрама и фазовому переходу W03l/3 Н20 в W03H20 и W032H20. Гидратированные фазы зарождаются на стадии обесцвечивания в электролите и разрушаются при следующем цикле окрашивания. С возрастанием числа циклов переключений возникает либо квазиаморфная трехфазная система W03l/3H20-W032H2O-WO3H20, либо W032H20. Этот переход не является монотонным.
Наличие количественных структурных характеристик, рассчитанных для исходного оксида и после прохождения различного числа циклов переключений позволит провести ряд теоретических расчетов электрофизических параметров, плотности электронных состояний, диэлектрической проницаемости, строить модель механизма электропроводности и т.д.
Положения, выносимые на защиту:
-
Количественные структурные характеристики ближнего порядка (координационные числа, радиусы координационных сфер и их размытия) анодного аморфного оксида вольфрама. Пространственные конфигурации расположения атомов в области ближнего упорядочения анодного аморфного оксида вольфрама.
-
Структурные превращения в анодном аморфном оксиде вольфрама, протекающие на различных стадиях электрохромного процесса, при накоплении числа циклов переключений и при старении оксида в лабораторных условиях.
3. Изменения количественных характеристик ближнего порядка анодного аморфного оксида вольфрама, происходящих при накоплении числа циклов переключения.
Апробация работы.
Все основные результаты и выводы, изложенные в диссертации, докладывались на научных семинарах кафедры физики твердого тела Петр-ГУ; на Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов (Москва-Дубна, 1997); Международной конференции по высокотемпературным сверхпроводникам и новым неорганическим материалам в Москве (1998 г.); Европейской кристаллографической конференции в Чехии (Прага, 1998 г.).
Публикации.
По результатам работы опубликованы три статьи и тезисы четырех докладов на международных конференциях, список которых приводится в конце автореферата.
Личный вклад автора: Все основные результаты работы получены лично диссертантом. Вклад диссертанта в диссертационную работу является определяющим.
Структура и объем работы. Содержание изложено на 167 страницах, включающих 120 страниц основного текста, 82 рисунка, 32 таблицы. Текст состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 91 наименование.
