Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Тонкие пленки Y3Fe5O12/ Ba0,8Sr0,2TiO3: синтез и перспективы интеграции
No full textРабота посвящена получению композитной системы, состоящей из тонких ферромагнитных пленок Y3Fe5O12 и сегнетоэлектрических Ba0,8Sr0,2TiO3 на кремниевых подложках. Пленки получены методом ионно-лучевого осаждения и высокочастотного распыления. Для согласования параметров кристаллических решеток и коэффициентов теплового расширения, а также предотвращения химического взаимодействия материалов пленки и подложки в работе используется буферный слой диоксида титана TiO2 (один из оксидов исходного состава мишени), параметры которого хорошо согласуются с решеткой титаната бария стронция. Исследуются состав, структура и микроструктурные свойства пленок. Показана возможность применения не только в микроэлектронике, но более всего - в микроэлектромеханике, особенно для получения сегнетоэлектрических мембран на кремнии, интегрированных в состав устройств микросистемной техники
Синтез тонкопленочных магнитных структур для спин-орбитроники
No full textМетодом магнетронного распыления получены металлические тонкопленочные наноструктуры типа ферромагнетик/тяжелый металл: Ru(10 нм)/Co(0,8)/Ru(2), Ru(10)/Co(0,8)/Ru(2)/W(4), Pt(5)/Co(0,8)/MgO(2)/Pt(2), Pt(15)/Co(0,8)/MgO(2)/Pt(2). На полученных образцах c помощью электронно-лучевой и фотолитографии изготовлены электрические контакты и холловские структуры с разной шириной токопроводящего мостика. На основе экспериментальных данных, полученных с вибрационного магнетометра рассчитаны магнитные параметры каждого образца: намагниченность насыщения, энергия и поле магнитной анизотропии, коэрцитивная сила – в зависимости от типа ферромагнитного слоя и слоя тяжелого металла. Из данных Керр-микроскопии определена доменная структура образцов. Проведено моделирование электросопротивления и сделаны оценки критической величины тока и максимальной плотности тока в наноструктурах. Показано, что все полученные образцы пленок обладают перпендикулярной магнитной анизотропией и могут быть использованы для изучения токоиндуцированных явлений и процессов переноса спинового момента в наноструктурах.
Металлорганические каркасные структуры и композиты на их основе: особенности строения, методы синтеза, электрохимические свойства и перспективы
No full textВ работе представлен обзор различных видов металлорганических каркасов (МОК), рассмотрены их особенности структуры, представлена классификация. Рассмотрены основные методы и подходы к синтезу как самих МОК, так и композиционных материалов на их основе.Структура МОК представляет собой регулярную трехмерную решетку, образованную органическими линкерами и металлическими кластерами. На примере анализа литературных данных по синтезу и изучению структуры показано, что характер взаимосвязей и типы металлов могут существенным образом влиять на пространственное построение и размер кристаллов МОК. МОК могут быть нано-, микро- и мезоразмерными, плотными и пористыми, объемными и слоистыми. Это все определяет их широкий спектр свойств и возможности применения.Отдельное внимание уделяется перспективам и способам управления и контроля формы кристаллов, их размера и пространственным взаимосвязям между органическими компонентами с ионами металлов.В данном обзоре основное внимание уделено цеолитоподобным каркасам (ZIF), как наиболее интересным с точки зрения строения, синтеза и применения в области материалов для электрохимических источников тока. Рассмотрены возможности модификации и контроля свойств данных МОК и композиционных материалов на их основе за счет управления составом, создания пористых структур и внедрения в них примесей, в том числе и с магнитными свойствами. Рассмотрены различные варианты синтеза сложных композиционных материалов путем контролируемого пиролиза МОК как простого и масштабируемого процесса. Продемонстрировано влияние условий термообработки на конечные свойства, а также перспективы использования таких материалов в приложении электрохимии.В качестве одного из вариантов изменения свойств МОК и композиционных материалов на их основе представлен подход, основанный на допировании МОК со структурой ZIF-67 другим металлом. В частности научным коллективом авторов реализован синтез кобальтовых МОК, в которых Co частично замещен марганцем на стадии синтеза. Помимо этого использована простая методика синтеза путем соосаждения в водном растворе, но модифицированная ультразвуковым воздействием, которое сокращает продолжительность синтеза. Электрохимические исследования показали, что удельная электрохимическая емкость электродов из пиролизованных МОК с частичным замещением кобальта на марганец значительно выше, чем у материалов без марганца. С увеличением содержания марганца в МОК возрастает как удельная емкость, так и плотность энергии. Допирование МОК Mn позволяет значительно (от 100 до 298 Ф/г при плотности тока 0,25 А/г) улучшить электрохимические характеристики материалов электродов для гибридных суперконденсаторов на их основе. Полученные авторами результаты свидетельствуют о том, что замещение кобальта марганцем является эффективным способом повышения электрохимических характеристик МОК.Таким образом, в статье на примере обзора литературных источников и практическом эксперименте продемонстрировано, что разработка новых подходов к дизайну композитных материалов на основе МОК, а также исследование физико-химических закономерностей взаимодействия данных материалов с различного рода носителями является весьма актуальной задачей
К вопросу о корректном определении концентрации электронов в n-GaSb по данным электрофизических измерений
Full text linkThe calculation of conductivity electron concentrations in n-GaSb at T = 295 K and T = 77 K have been made. The concentration of “heavy” electrons in the L-valley of conduction band at Т = 295 K has been shown to exceed “light” electron one in the Γ-valley. On the contrary, at T = 77 K the conductivity electrons are gathered in the Γ-valley.The results of Hall measurements made on tellurium-doped samples of n-GaSb obtained by the Czochralski method have been represented. It has been shown that upon analysing Hall data at Т = 295 K, it is necessary to take into account the presence of two types of electrons (“light” and “heavy”); their concentrations are not possible to be determined. Seeming increase in electron concentration upon transition from T = 295 K to 77 K really does not take place. The electron concentration at T = 77 K may be determined correctly from the Hall data.Проведены расчеты концентраций электронов проводимости в n-GaSb при температуре 295 и 77 К с учетом непараболичности зоны проводимости. Показано, что при температуре Т = 295 К концентрация «тяжелых» электронов в L-долине зоны проводимости превосходит концентрацию «легких» электронов в Г-долине. Наоборот, при Т = 77 К электроны проводимости сосредоточены, в основном, в Г-долине. Представлены результаты холловских измерений на легированных теллуром образцах n-GaSb, полученных методом Чохральского. Показано, что при анализе этих данных, полученных при Т = 295 К, необходимо учитывать наличие двух типов электронов (легких и тяжелых), причем концентрации их определить невозможно. Кажущееся увеличение концентрации электронов при переходе от 295 к 77 К на самом деле отсутствут. Концентрации электронов проводимости при Т = 77 К из холловских данных определяется корректно
Получение кремний-углеродных пленок методом плазмохимического осаждения с индукционным ассистированием
No full textSilicon-carbon films are of great interest as diamond-like materials combining unique properties – high hardness, adhesion to a wide class of materials, abrasion resistance, as well as chemical resistance, low coefficient of friction and biocompatibility. The presence of silicon in the composition makes it possible to significantly reduce the internal mechanical stresses in such coatings compared to diamond ones. In modern production, films have been used primarily as solid lubricants and protective coatings. There are a large number of methods for producing silicon-carbon films, the most widespread among which are various variants of vapor-phase chemical deposition. In this paper, a method for the synthesis of silicon-carbon films was proposed and tested, based on the use of a high-frequency inductor to produce a plasma of vapors of silicon-carbon liquid injected into the chamber from an external source. Pure silicon-carbon films with a carbon atom content with sp3-hybridized orbitals of 63–65 % were obtained on sitall substrates. The composition, surface roughness and coefficient of friction of unalloyed silicon-carbon films obtained by the proposed method were studied. The possibility of resistive switching in thin silicon carbon films in crossbar structures with metal electrodes was studied.Кремний-углеродные пленки вызывают большой интерес как алмазоподобные материалы, сочетающие уникальные свойства — высокую твердость, адгезию к широкому классу материалов, прочность на стирание, а также химическую стойкость, низкий коэффициент трения и биосовместимость. Наличие кремния в составе позволяет существенно уменьшить внутренние механические напряжения в таких покрытиях по сравнению с алмазными. В современном производстве пленки получили применение, прежде всего, в качестве твердых смазочных материалов и защитных покрытий. Существует большое количество методик получения кремний-углеродных пленок, наибольшее распространение среди которых получили различные варианты парофазового химического осаждения. В данной работе был предложен и опробован способ синтеза кремний-углеродных пленок, основанный на применении высокочастотного индуктора для получения плазмы паров кремний-углеродной жидкости, напускаемых в камеру из внешнего источника. На подложках ситалла были получены беспримесные кремний-углеродные пленки с содержанием атомов углерода с sp3-гибридизованными орбиталями 63—65 %. Исследовался состав, шероховатость поверхности и коэффициент трения беспримесных кремний-углеродных пленок, полученных предложенным методом. Была изучена возможность реализации резистивного переключения в тонких кремний-углеродных пленках в кроссбар-структурах с металлическими электродами.
Процессы образования дефектов, формирующих глубоких уровни в структурах SiON/AlGaN/GaN
No full textThe effect on the electrical parameters of the SiON/AlGaN/GaN structures of treatment of different durations of low-energy nitrogen plasma was studied. The AlGaN surface was subjected to plasma treatment in the working chamber of the plasma-chemical deposition unit before starting the monosilane to form the SiON film. Changes in the transport properties (conductivity and mobility) of the canal and capacitive properties of the structures were evaluated. It has been experimentally shown that such treatment leads to a change in the magnitude of polarization charges both at the insulator-AlGaN interface and at the AlGaN/GaN interface. With the help of C–V measurements-in the hysteresis mode, it is shown that at the control voltage U > +4 — +5 V ), some of the channel electrons are captured at deep centers at the SiON-AlGaN interface, and with an increase in the duration of exposure to plasma time, a sharp increase is observed charge Qit, formed by electronic boundary states. The use of additional treatment with nitrogen plasma transfers work for nitride structures from the D-mode (Vth = –4 V) to the E-mode (Vth = +0.9 V).Using Auger-measurements, it was shown that plasma treatment leads to a change in the amount of oxygen in the SiON layer and in nano-regions of the barrier layer, and with an increase in the duration of plasma exposure, a sharp decrease in the amount of oxygen in these layers is observed. Also, when using plasma treatment, the redistribution of Ga and Al at the AlGaN–GaN interface i.e. in the channel area. Using Auger measurements near the SiON–AlGaN interface from the side of the insulator, the localization of nitrogen atoms chemically bonded with silicon N(Si) with the formation of a peak at the interface, the size of which increases with increasing duration of plasma exposure.Исследовано влияние на электрические параметры структур SiON/AlGaN/GaN обработки разной продолжительности низкоэнергетической азотной плазмой. Обработки плазмой подвергалась поверхность AlGaN в рабочей камере установки плазмохимического осаждения перед запуском моносилана для формирования пленки SiОN. Изучено изменение транспортных свойств (проводимости и подвижности) слоя двумерного электронного газа и емкостных свойств структур. Экспериментально показано, что такая обработки приводит к изменению величины поляризационных зарядов как на границе «изолятор—AlGaN», так и на границе AlGaN/GaN. С помощью С—V-измерений в режиме гистерезиса установлено, что при управляющем напряжении (U > +4 ÷ +5 В) происходит захват части канальных электронов на глубоких центрах границы SiON/AlGaN, причем с увеличением продолжительности воздействия плазмой наблюдается резкий рост заряда, формируемого электронными граничными состояниями. Использование дополнительной обработки азотной плазмой переводит для нитридных структур работу из D-режима (Vth = –4 В) в Е-режим (Vth = +0,9 В).С помощью Оже-измерений показано, что обработка плазмой приводит к изменению количества кислорода в слое SiON и в нанообластях барьерного слоя, причем с увеличением продолжительности воздействия плазмой наблюдается резкое уменьшение количества кислорода в этих слоях. Обнаружено также, что при обработке азотной плазмой происходит перераспределение Ga и Al на границе AlGaN/GaN т. е. в области слоя двумерного электронного газа. С помощью Оже-измерений вблизи границы SiON/AlGaN со стороны изолятора обнаружена локализация атомов азота, химически связанных с кремнием N(Si), с образованием на границе раздела пика, размер которого растет с увеличением продолжительности воздействия плазмой
Математическое моделирование метрических параметров ГПУ металлов
Full text linkThe electronic, magnetic, mechanical and other properties of crystalline substances are due to the feature of their structure — the periodicity and symmetry of the lattice, therefore, the determination of the metrical parameters is an important stage in the study of the characteristics of such materials. The paper considers a number of metals having a crystal lattice of the hcp structural type (hexagonal close packing) – beryllium, cerium, cobalt, dysprosium, erbium, gadolinium, hafnium, holmium, lanthanum, lutetium, magnesium, neodymium, osmium, praseodymium, rhenium, ruthenium, scandium, terbium, titanium, thallium, thulium, yttrium, zirconium. The paper shows the application of the annealing simulation algorithm to find the metric parameters of the materials under consideration using the dense packing model, which is widely used in crystallographic calculations. The own software implementation of the annealing simulation algorithm presented in the paper makes it possible to determine the coordinates of the atoms included in the unit cell of the crystal lattice, to calculate the lattice constants and the packing density of atoms in the cell of the crystal of the hcp structural type, using the given chemical formula and space symmetry group. These structural characteristics can be used as input parameters in modeling the electronic, magnetic, and other properties of the considered materials. The paper compares the values of the crystal lattice constants obtained as a result of numerical simulation with published data.Электронные, магнитные, механические и другие свойства кристаллических веществ обусловлены особенностью их строения — периодичностью и симметрией решетки, поэтому определение структуры является важным этапом исследования таких материалов. В работе рассмотрен ряд металлов, имеющих кристаллическую решетку структурного типа ГПУ (гексагональная плотная упаковка) — бериллий, церий, кобальт, диспрозий, эрбий, гадолиний, гафний, гольмий, лантан, лютеций, магний, неодим, осмий, празеодим, рений, рутений, скандий, тербий, титан, таллий, тулий, иттрий, цирконий. Показано применение алгоритма имитации отжига для нахождения метрических параметров рассматриваемых материалов с использованием модели плотной упаковки, широко применяемой в кристаллографических расчетах. Представленная в работе собственная программная реализация алгоритма имитации отжига позволяет по заданным химической формуле и пространственной группе симметрии определить координаты атомов, входящих в элементарную ячейку кристаллической решетки, вычислить постоянные решетки и плотность упаковки атомов в ячейке кристалла структурного типа ГПУ. Перечисленные структурные характеристики могут быть использованы в качестве входных параметров при моделировании электронных, магнитных и других свойств рассмотренных соединений. В статье приведено сравнение значений постоянных кристаллической решетки, полученных в результате численного моделирования, с опубликованными данными
Влияние послеростовых отжигов в кислородсодержащей атмосфере на микротвердость монокристаллического молибдата кальция CaMoO4
Full text linkMonocrystalline calcium molybdenum CaMoO4 is a well-known material. Recently, there has been a surge of interest in CaMoO4 due to a number of popular applications, such as working medium for a cryogenic scintillation bolometer. During growth CaMoO4 single crystals acquire a blue color due to the presence of defective centers, such as color centers, which is unacceptable for optical applications. To eliminate the coloration, annealing in an oxygen-containing atmosphere is used and then the necessary elements are prepared from the crystals by mechanical influences (cutting, polishing, etc.). In this regard, for the rational solution of issues arising in the manufacture of products from these crystals and their further practical use, the assessment of the mechanical properties of these crystalline materials is an urgent task. However, the results of studies of the mechanical properties of CaMoO4 are poorly presented, without taking into account anisotropy; there is a significant spread of data on the value of hardness by Mohs. For different authors, hardness varies from 3.5 to 6. In this paper, samples of single crystals of calcium molybdate in the initial state and after high-temperature annealing of different duration in an oxygen-containing atmosphere are studied. It is shown that prolonged annealing leads to discoloration of crystals. It has been established that calcium molybdate crystals are extremely brittle, the brittleness score of Zp crystals in the initial state is maximum and is 5, annealing leads to a decrease in the brittleness score to 4. The “viscosity” parameters are calculated by the Palmqvist S method. The nubs of complete destruction of Fpr prints were established, it was shown that annealing in an oxygen-containing atmosphere leads to an increase in Fpr by 2.5 times for the Z-cut, by 10 times for the X-cut. It is shown that the microhardness of crystals is characterized by anisotropy of the II kind: for all samples, the microhardness of the Z-cut is higher than the microhardness of the X-cut. The anisotropy coefficients of the microhardness of the KH samples are estimated. On the basis of the measured values of microhardness, the degrees of ionic bonds I are calculated.Монокристаллический молибдат кальция CaMoO4 — известный материал. Тем не менее последнее время наблюдается всплеск интереса к CaMoO4 в связи с рядом востребованных применений, в том числе использованием его в качестве рабочего материала для криогенного сцинтилляционного болометра. Монокристаллы CaMoO4 в процессе выращивания приобретают синюю окраску, обусловленную наличием дефектных центров, типа центров окраски, что неприемлемо для оптических применений. Для устранения окраски применяют отжиги в кислородсодержащей атмосфере, а затем из кристаллов изготавливают необходимые элементы путем механических воздействий (резка, полировка и др.). Поэтому для рационального решения вопросов, возникающих при изготовлении изделий из них и дальнейшем практическом использовании, оценка механических свойств этих кристаллических материалов является актуальной задачей. Результатов исследования механических свойств CaMoO4 мало, кроме того, они представлены без учета анизотропии. Наблюдается существенный разброс данных по значению твердости по Моосу у разных авторов: от 3,5 до 6. В данной работе приведены результаты исследования образцов монокристаллов молибдата кальция в исходном состоянии и после высокотемпературных отжигов разной продолжительности в кислородсодержащей атмосфере. Показано, что продолжительный отжиг приводит к обесцвечиванию кристаллов. Установлено, что кристаллы молибдата кальция являются чрезвычайно хрупкими, балл хрупкости Zp кристаллов в исходном состоянии максимален и составляет 5, отжиг приводит к снижению балла хрупкости до 4. Рассчитаны параметрами «вязкости» по методу Пальмквиста S. Установлены нагузки полного разрушения отпечатков Fпр, показано, что отжиг в кислородсодержащей атмосфере приводит к увеличению Fпр в 2,5 раза для Z-среза и в 10 раз для Х-среза. Показано, что микротвердость кристаллов характеризуется анизотропией II рода: для всех образцов микротвердость грани Z выше, чем микротвердость грани X. Оценены коэффициенты анизотропии микротвердости KH образцов. На основании измеренных значений микротвердости рассчитаны степени ионности связей I
Влияние условий вакуумного спекания на свойства люминесцентной керамики Y3Al5O12: Ce
Full text linkThe aim of this work was to study the effect of vacuum sintering conditions and cerium concentration on the optical, luminescent and thermal properties of yttrium-aluminum garnet based ceramics doped with Се3+ cations. Series of ceramic powders were synthesized and samples of luminescent ceramics having the composition Y3-хСехAl5O12 were synthesized where x was in the range 0.01 to 0.025 f.u. We show that the phase composition and grain size distribution of the ceramic powders do not depend on cerium concentration. Without sintering additives, an increase in vacuum sintering temperature from 1675 to 1800 °C leads to an increase in the optical transmittance of luminescent ceramic specimens from 5 to 55% at a 540 nm wavelength and an increase in the thermal conductivity of the samples from 8.4 to 9.5 W/(m ∙ K). It was found that an increase in cerium concentration leads to a shift of the luminescent band peak from 535 to 545 nm where as the width of the luminescent band decreases with an increase in vacuum sintering temperature from 1675 to 1725 °C.В данном исследовании были изучены оптические и люминесцентные свойства керамики иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (Y3-хСехAl5O12) с различным содержанием активатора. Концентрация церия варьировалась в пределах 0,01—0,025 ф. ед. Была исследована морфология керамических порошков. Показано, что концентрация активатора не оказывает влияния на гранулометрический состав керамических порошков. По результатам исследования оптических свойств керамики Y3-хСехAl5O12 были выявлены зависимости оптического пропускания света от концентрации активатора и от температуры вакуумного спекания. Были исследованы зависимости температуропроводности керамических образцов от концентрации церия и температуры вакуумного спекания. Исследования люминесцентных свойств керамики показали, что изменение концентрации церия в твердом растворе Y3-хСехAl5O12 приводит к смещению максимума полосы люминесценции, в то время как увеличение температуры вакуумного спекания с 1675 до 1800 °С приводит к сужению полосы люминесценции
Определение удельного угла вращения плоскости поляризации в гиротропных кристаллах средней категории спектрофотометрическим методом
Full text linkA large number of modern functional single crystals of the middle category belong to gyrotropic media. In these crystals, when light propagates along the optical axis, rotation of the plane of its polarization is observed. In this work a spectrophotometric method was used to obtain the dispersion dependences of the rotation angle of the polarization plane. This method is based on measuring the intensity of light passing through the polarizer–crystal–analyzer system, the crystal is a polished plane-parallel plate of a uniaxial gyrotropic crystal cut perpendicular to the optical axis. Measurements were carried out on a UV-Vis-NIR spectrophotometer Cary-5000 in the wavelength range of 200—1200 nm using polarizers — Glan–Taylor prisms. Polished plane-parallel plates of known SiO2 and α-LiIO3 crystals were used as samples. The obtained dispersion dependences of the spectral transmission coefficients are oscillating. Discrete values of the specific angles of rotation of the plane of polarization of light are calculated from the extremes on these dependencies. These discrete values can be approximated by the formulas Drude, Chandrasekhar and Vyshina, depending on what determines the nature of the rotational ability of the plane of polarization of light in each particular material. For the studied crystals, dependences of the modified Drude formula of the form 1/ρ = f(λ2) are plotted, these dependences should have a linear character in the case of an ideal crystal. The obtained experimental results correlate well with the available literature data. The advantages of this method are efficiency, the possibility of obtaining dispersion dependences of the specific rotation angle of the polarization plane, the need for a single sample, the possibility of assessing the nature of the rotational ability of specific crystals, the possibility of evaluating the structural perfection of the studied crystals.Большое количество современных функциональных монокристаллов средней категории относится к гиротропным средам. В таких кристаллах при распространении света вдоль оптической оси наблюдается вращение его плоскости поляризации. Для получения дисперсионных зависимостей угла вращения плоскости поляризации света использован спектрофотометрический метод. В основе этого метода лежит измерение интенсивности света, проходящего через систему поляризатор—кристалл—анализатор. Кристалл представляет собой полированную плоскопараллельную пластину одноосного гиротропного кристалла, вырезанную перпендикулярно к оптической оси. Измерения проведены на UV-Vis-NIR спектрофотометре Cary-5000 в диапазоне длин волн 200—1200 нм с использованием поляризаторов — призм Глана—Тейлора. В качестве образцов использованы полированные плоскопараллельные пластины известных кристаллов SiO 2 и α-LiIO 3. Полученные дисперсионные зависимости спектральных коэффициентов пропускания имели периодический характер. По экстремумам на этих зависимостях рассчитаны дискретные величины удельных углов вращения плоскости поляризации света. Эти дискретные величины могут быть аппроксимированы формулами Друде, Чандрасекхара и Вышина в зависимости от того, чем определяется природа вращательной способности плоскости поляризации света в каждом конкретном материале. Для исследованных кристаллов построены зависимости модифицированной формулы Друде вида 1/ρ = f(λ2), которые должны иметь линейный характер в случае идеального кристалла. Полученные экспериментальные результаты хорошо соотносятся с имеющимися литературными данными. Преимуществами данного метода является оперативность, возможность получения дисперсионных зависимостей удельного угла вращения плоскости поляризации, оценка природы вращательной способности конкретных кристаллов и структурного совершенства исследуемых кристаллов