Введение к работе
- .
актуальность темы: Фазовый переход полупроводник-металл /ФППМ/ гипичен для широкого круга полупроводников, в частности, для жсидов переходных металлов. Он характеризуется кардинальной герестройкой энергетического спектра кристалла, скачкообразным вменением электропроводности, оптических, магнитных и других івойств вещества. Это позволяет широко использовать явление 5ППМ в микро- и оптоэлектронике. В литературе накоплен обширный >сдаришнтальный материал по изучению ФППМ в объеме моно- и юликристаллических материалов. Предложен ряд теоретических объяснений механизмов фазовых переходов этого типа в твердых гелах. Однако, выявление движущих сил ФППМ является далеко не законченным. По этой причине пока нет единой теоретической модели, непротиворечиво объясняющей все многообразие явлений, соту тствущих ФППМ.
Теоретически и экспериментально исследовались, в основном, разовые переходы в объеме твердого тела. Вместе с тем насущные троблемы современной микроэлектроники, и в первую очередь.толь-<о заровдающейся наноэлектроники, ставят перед исследователями задачу выяснения особенностей протекания ФППМ в поверхностных азах и межфазных границах. Подобные исследования имеют и фундаментальное значение, поскольку позволяют продвинуться в понимании природы поверхностных фазовых переходов вообще и особенностей размерных эффектов в этих явлениях.
В своих исследованиях мы ограничились рассмотрением влияния адсорбщонно-десорбционных процессов на протекание ФППМ в пленках оксида переходного металла. Такая постановка задачи связана
также с тем, что реальные пленочные структуры, испытывающие ФППМ, работают в условиях изменяющейся внешней среды. К сожалению, экспериментальные исследования в области фазовых переходов в поверхностных фазах явно недостаточны. В основном внимание было сосредоточено на фазовых переходах в адсорбционной молекулярной фазе на поверхности инертного твердого тела. В последние годы появилось много работ,посвященных изучению структурных фазовых переходов на атомарно-чистых поверхностях ряда металлов, полупроводников и диэлектриков, сопровождающихся перестройкой поверхностных сверхрвшеток. Обычно эти исследования имели чисто структурный аспект, влияние адсорбции на сопутствующие им электронные процессы в твердом теле далеко не всегда глубоко анализировалось. Подобные исследования на реальных поверхностях к началу наших работ практически не проводились.
ФППМ является наиболее удобным объектом для исследования связи адсорбционных процессов с перестройкой поверхности и ее электронной ^руктуры. Действительно, в крайне узком температурном интервале происходят глобальные изменения электронных свойств твердого тела от полупроводника к металлу. Последнее исключает заметное влияние температурного фактора при изучении этих процессов. Достаточно удачным модельным объектом для решения этой задачи является диоксид ванадия, обладающий удобной для эксперимента температурой фазового перехода Тс = 340 К.
Перед нами были поставлены следующие конкретные задачи.
-
Выяснить возможность влияния адсорбционных воздействий «а характеристики фазового перехода полупроводник-металл в пленках V02.
-
Исследовать влияние ФППМ на адсорбционно-десорбционные
) - 4 -
процессы в пленках 40%.
-
Установить возможность управления переключающими элементами на основе пленок диоксида ванадия с помощью адсорбционно-десорбционных воздействий.
-
Изучить влияние ФППМ на фотодесорбционные и фотодекомпозиционные процессы на поверхности пленок У0.
-
Установить возможность фотосенсибилизации ФППМ с помощью фотовозбуждения адсорбированных на поверхности пленок VOj? молекул красителя.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем.
-
Экспериментально обнаружен эффект влияния адсорбционных воздействий на температуру фазового перехода полупроводник-металл в пленках диоксида ванадия.
-
Установлена активизация термо- и фотодесорбционных процессов при переходе пленок V(>2 в металлическую фазу.
-
Экспериментально обнаружена возможность влияния адсорб-ционно-десорбционных воздействий на напряжение переключения пленок V02-
-
Показано, что радиационная устойчивость пленок по отношению к УФ~облучению снижается при смене фаз VC»2 с полупроводниковой на металлическую.
-
Обнаружен эффект фотосенсибилизации ФППМ в пленках VO2 с помощью фотовозбужденных адсорбированных органических молекул.
Автор защищает:
1. Результаты по селективному влиянию адсорбции на температуру фазового перехода полупроводник-металл в пленках диоксида ванадия. *
-
Эффект активизации термодесорбционных процессов в об-^~ ласти ФППМ на основе электрофизических и масс-спектроскопичес-ких исследований пленок V02-
-
Способ управления напряжением переключения пленок VO2 при помощи адсорбционно-десорбционных воздействий.
-
Экспериментальные данные, доказывающие активизацию процессов фотодесорбции и фотодекомпозиции в области ФППМ и в металлической фазе пленок V02-
-
Эффект фотосенсибилизации фазового перехода полупроводник-металл в пленках диоксида ванадия.
Практическая ценность. Предложен способ селективного управления температурой фазового перехода полупроводник-металл при помощи адсорбционно-десорбционных воздействий, который может составить основу для создания нового класса сенсоров для анализа газовых смесей. Разработан способ детектирования структурного фазового перехода полупроводник-металл в пленках 40% методом масс-спектроскопии по активизации термо- и фотодесорб-ционных процессов в области критической температуры. Установлена возможность управления напряжением переключения в .пленках УСЬ с помощью адсорбционно-десорбционных процессов. Исследована радиационная стойкость различных фаз VO^no отношению к УФ-облу-чению. Предложен способ фотосенсибилизации фазового перехода полупроводник-металл в пленках диоксида ванадия.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной школе-семинаре по фотоакустической спектроскопии и микроскопии (Душанбе,1989), VI Всесоюзном семинаре по физической химии поверхности монокристаллическйх . полупроводников (Новосибирск,1989), научной конференции по сов-
- 6 -ременным проблемам физики и ее приложений (Москва, 1990), научной конференции "Ломоносовские чтения" (Москва,1990), V Всесоюзном совещании по когерентному взаимодействию (излучения с веществом (Симферополь,1990), III Всесоюзной научной конференции по физике окисных пленок (Петрозаводск,1991), 7 Международной конференции по теоретическим вопросам адсорбции (Звенигород,1991), городских семинарах по физика-химии поверхности (Москва,МТУ, 1991;1993).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 13 печатных работ, список которых приведен в автореферате.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов и содержит 169 страниц текста, 52 рисунка, 2 таблицы и список цитируемой литературы из 158 наименований.
