Документ: Сборник трудов победителей конкурса на лучшую научную работу студентов и аспирантов ВГТУ, страницы 71-75

-

энергопотребление – ток

в

течение

связи

включить

вентиляцию, управлять

освещением

и т.д

составляет 30-40 мА. Среднее значение тока около

Отличительной

особенностью

данной

систем

25 мА. После

установки связи потребляемый

ток

является

то,

что

ее

архитектура

строится

н

8 мА. Режим сна отсутствует.

стандартных

персональных

вычислитель

средствах,

таких

как

смартфон, коммуникатор,

планшетный ПК или нетбук.

Разработанная

глобальная

ИВС

являет

программируемым

комплексом,

с

возможностью

реализации программных алгоритмов регистрации и

обработки

показаний

датчиков, алгоритмов

и

протоколов обмена по последовательным интерфейсам

и радиоканалу, и позволяет: работать практически с

любыми

внешними

датчиками, в

том

числе

Рис.2. Модуль Bluetooth HC.

интеллектуальными,

имеющими

собственные

встроенные алгоритмы снятия и обработки показаний;

Модуль

передает

данные

по

каналу

на

любое

производить

гибкую

подстройку

диап

чувствительности системы отдельно для каждого

устройство

с

ОСAndroid. На

устройстве

происходит

входного

канала

регистрации

показаний

конечная

обработка

и

графическое

представление

электрическим

характеристикам

;

д

информации.

Для

реализации

данного

проекта

необходимо

поддерживать

программную

коррекцию

погрешности

датчиков.

использовать

среды

разработки

программного

Созданная

ИВС пятого поколения позволяет

обеспечения и Android приложений [2].

устранить

основные недостатки систем четвертого

Передача

происходит

следующим

образом: на

поколения:

большие

капиталовложения

передающей

стороне

формируется

сигнал

с

техносферных

образовани,

требуемыми характеристиками (частота

и

амплитуда

компьютеризацию

предъявление высоких требований к квалификации

сигнала).

Далее

сигнал

модулирует

более

Концептуальная

модель

ИВС

высокочастотное колебание

и излучается

антенной

в

пользователей.

предполагает

использование

блочно-модульного

пространство.

На

приёмной

стороне

радиоволны

принципа

построения

системы, что

позволяет

наводят

модулированный

сигнал

в

антенне, он

формировать её иерархический состав гибко и просто

демодулируется

и

фильтруется. Таким

образом,

в зависимости от задач применения. ИВС также может

происходит

извлечение

полезного

.

сигнала

использована для контроля функциональных

Получаемый

сигнал

может

несколько

отличаться

от

быть

параметров

пациентов группы риска по различным

передаваемого

передатчиком (искажения

вследствие

заболеваниям, военнослужащих выполняющих боевые

помех и наводок) [3, 4].

задания

в

отрыве от основных групп войск, так и

Система

передачи

информации

входит

в

технических параметров различных сред и

разработанную

универсальную

информационно-

контроля

устройств в промышленности.

вычислительную

систему (ИВС), предназначенную

для

регистрации

в

режиме

реального

времени

Литература

показаний датчиков (концентрации газа,

температуры,

1.

Зорин

М.,

Писарев

Ю., Соловьев

П.

дыма, вибрации,

биологических

параметров живых

Радиооборудование диапазона 2,4 ГГц: задачи и

организмов

и

.),др анализа

показаний

датчиков,

возможности

//

PCWeek/Russian

определения

граничных

значений

показаний,

Edition.1999.№20-21.стр. 18.

генерации

и

выдачи

информационных

сообщений

о

2.

Коматинэни С., Маклин Д., Хэшими С. Google

приближении

показаний к

граничным

значениям

или

Android:

программирование

для

мобильных

их

превышении, отображения

в

структурированной

устройств

=

Pro

Android

2. —

1-е изд. —

форме всех полученных данных. Область применения

системы

ограничена

лишь

набором

аналоговых и

СПб.: Питер, 2011. — 736 с. —ISBN 978-5-459-

00530-1.

цифровых

датчиков.

Система

способна

отслеживать

3.

Френк

Дж. Дерфлер, мл.,

Лес

Фрид.

показания

различных

типов

датчиков

одновременно,

Беспроводные

ЛВС //PC

Magazine/Russian

например, следить за концентрацией углекислого газа

Edition.2000.№6.

в помещении, частотой пульса человека, атмосферным

4.

Юрий

Писарев.

Безопасность

беспроводных

давлением

и

влажностью,

передавая

параметры

на

сетей

//

PC

Magazine/Russian

удаленный сервер. Также ИВС позволяет формировать

управляющие сигналы для исполнительных устройств:	Edition.1999.№12.стр. 97.

69

УДК 538.9

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОНКИХ ПЛЕНОК МОНОСУЛЬФИДА

Аспирант кафедры ФТТ: Панков С.Ю. Руководитель: д-р физ.-мат.наук, профессор Ю.Е. Калинин

В ходе работы были получены тонкие пленки на основе моносульфида самария. Исследованы электрические свойства, структура и фазовый состав исходных тонких пленок и пленок после термической обработки в вакууме и атмосфере сероводорода.


	Введение				Sm68,18S31,82,напыленные при Тподл = 473 К. Терми-
Среди редкоземельных		соединений		большой	ческую обработку осуществляли в вакууме при оста-
интерес	представляет моносульфид		самарияSmS.,		точном давлении не хуже, чем 10	-3	Па, при темпера-
который обладает рядом особенностей, существенно					точном давлении не хуже, чем 10		Па, при темпера-
который обладает рядом особенностей, существенно					турах 673, 773, 873 K в течение 1 часа.
отличающих его от других полупроводников. К ним					турах 673, 773, 873 K в течение 1 часа.
отличающих его от других полупроводников. К ним
можно отнести широкую область гомогенности(от
50 до 54% Sm), низкое давление (6,5 кбар) фазового
перехода	металл – полупроводник[1]		высокую тер-
мическую и радиационную стойкость[2,3], рекорд-
ную	тензочувствительность (коэффициент
тензочувствительностиK = 850		при	Т= 77 К)	[4]и
большие перспективы его практического примене-
ния в различных устройствах [5].

Образцы и методика эксперимента

Образцы для исследований были получены методом ионно-лучевого напыленияв вакууме~9·10-2Па в течение 60 минут по методике [6]. Синтезировано несколько серий образцов приразличной температу-

ре подложки: 300, 353, 373, 473 K.

Структура тонких пленокSmXS1-Xбыла исследована методом рентгеновской дифракции дифрактометреBrukerD2 Phaser. Расшифровку дифрактограмм осуществляли с помощью программы BrukerDIFFRACEVA 3.0 с кристаллографическими


базами		данных ICDDPDF-2			2012. Исследования
электрического			сопротивления			проводили	методом
амперметра-вольтметра с помощью автоматизиро-
ванного		универсального измерительного комплекса
с выводом экспериментальных результатов на ЭВМ.
			Электрические свойства
	На	рис. 1	представлены			низкотемпературные
зависимости электрического сопротивления для об-
разцов,		полученных		при	температурах		подложки
Тподл	= 300, 353, 373, 473 K. С увеличением темпе-
ратуры подложки удельное электрическое сопротив-
ление существенно уменьшается, что связано с раз-
ной концентрацией серы в составе конденсирован-
ных пленок, полученных при различных температу-
рах	подложки:		чем	выше	температура		подложки,

тем меньше содержание серы в конденсированных образцах.

Также было исследовано влияние термической обработки в вакууме и атмосфере сероводорода на электрическое сопротивление образцов. В качестве объекта исследования были выбраны тонкие пленки

1 – 300; 2 –353; 3 –373; 4 –473 K;

Риc. 1. Температурные зависимости удельного электрического сопротивления тонких пленокSmXS1-X при различных температурах подложки

На рис. 2представлены низкотемпературные

зависимости электрического сопротивления образна

цов, полученных при температуре подложки473 К, после отжига в вакууме. При термическом отжиге удельное электросопротивление увеличивается на порядки, при этом ТКС остается отрицательным, что характерно для полупроводникового типа проводимости.

1 – исходный образец; 2 – 673 K; 3 – 773 K; 4 – 873 K

Рис. 2. Зависимости электросопротивления для образцов после отжига в вакууме в течение 1 часа

Для изучения влияния содержания серы на электрические свойства и структуру полученных пленок был проведен термический отжиг образцов,

полученных при Т = 300 К, в атмосфере серово-

подл

дорода (H2S) при температурах 773 и 873 К в тече-

70

ние 30 минут. Температурные зависимости удельно-	Также были проведены исследования дифрак-
го электрического сопротивления термообработан-	ции рентгеновских лучей термообработанных образ-
ных в атмосфере сероводорода образцов приведены	цов, было установлено, что фазовый состав пленок
на рис. 3. Как видно из рис. 3, удельное электриче-	для исходного, после отжига 673 и 773 К не меняет-
ское сопротивление выросло во всем интервале тем-	ся, но происходит сдвиг пиков в сторону меньших
ператур в несколько раз. При этом более высокая	углов. После отжига при температуре873 К синте-
температура отжига оказывает большее влияние на	зируется новая фаза Sm3S4 с большим, чем у SmS
величину удельного электрического сопротивления.	электросопротивлением.
	Результаты рентгеновской дифрактометрии об-
	разцов, отожженных в сероводороде H2S, показали,
	что фаза Sm3S4 синтезируется уже при 773 К. Кроме
	того, наблюдается размытие в области главного пи-
	ка [200] SmS, пленка взаимодействует с сероводоро-
	дом и в результате протекает химическая реакция
	4SmS → Sm3S4+Sm, в результате которой начинает
	формироваться Sm3S4.

Рис. 3. Температурные зависимости электросопротивления тонких пленокSmS после отжига в атмосфере сероводорода H2S в течение 30 мин

Исследования структуры и фазового состава

Исследования дифракции рентгеновских лучей показали, что в процессе синтеза тонких пленок

формируется		мелкокристаллическая структураSmS
типа NaCl (рис.			4). Сильное		уширение	пиков	и
асимметрия со стороны больших углов(меньшие
параметры решетки) также может свидетельствовать
о том, что данные пленки представляют смесь ме-
таллической (с меньшим параметром решетки) и
полупроводниковой (с большим параметром решет-
ки) фаз SmS. Параметр решетки незначительно уве-
личивается		с	ростом	температуры		подложки	от
0,591 нм	для образцов			без	нагрева подложки		до
0,593 нм при температуре подложки 473 К. Послед-
нее дает основание предполагать, что электрические
свойства	будут		определяться		полупроводниковым
SmS [7].

Рис. 4. Дифрактограмма тонких пленок SmXS1-X, полученных при температуре подложки 473 К

Увеличение температуры подложки во время получения тонких пленокSmXS1-X не приводит к изменению типа решетки, практически не влияет на ее параметр, но значительно сказывается на количестве вакансий по легколетучему компоненту(S), что является определяющим фактором для электрических свойств исследованных тонких пленок.

Литература

1.	Смирнов И.А. Фазовый переход полупроводник-
металл	в	редкоземельных	полупроводниках/УФН. –
1978. – Т. 2. – Вып. 124. – С. 241 – 279.
2.	В.В Каминский, Л.Н. Васильев, Е.Д. Горнушкина,
С.М. Соловьев, Г.А. Сосова,			Н.М.Володин Влияние -γ
облучения		на электрические	параметры тонких пленок

SmS /Физика и техника полупроводников – 1995. – Т. 29.

–Вып. 2. – С. 306 – 308.

3.Л.Н. Васильев, В.ВКаминский, С.М. Соловьев, Н.В. Шаренкова Механизм высокой радиационной стойкости электрических параметров тонких пленокSmS / Физика и техника полупроводников. – 2000. – Т. 34. –

Вып. 9. – С. 1066 – 1068.

4.Л.Н. Васильев, В.В. Каминский. Концентрационный механизм пьезосопротивленияSmS / ФТТ. – 1994. –

Т.36. – №4. – С. 1172 – 1175.

5.И. Грошев, И. Полухин. Сульфид самария и новейшие разработки на его основе// Компоненты и техно-

логии, 2014. - № 8. – С. 150-157.

6.Ситников А.В. Электрические и магнитные свойства наногетерогенных систем металл– диэлектрик: дис. д–ра физ. – мат. наук / Воронеж, 2010. – 318 с.

7.Л.Н. Васильев, В.В. Каминский, Ю.М. Курапов, М.В. Романова, Н.В. Шаренкова / Электропроводность тонких пленок SmS / ФТТ. – 1996. – Т. 38. – №3. – С. 779

–785.

71

Удельное сопротивление в двухфазной структуре In2O3/C можно интерпретировать исходя из теории эффективных сред. В этом случаезначения ρ

УДК 538.9

СТРУКТУРА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МНОГОСЛОЙНЫХ СИСТЕМ

Аспирант кафедры ФТТ: Жилова О.В. Руководитель: д-р физ.-мат.наук, профессор А.В. Ситников

Исследованы структура и электрические свойства широкозонных полупроводниковC, In2O3, ZnO и систем In2O3/C, ZnO/C, In2O3/ZnO. Установлено, что в двухфазных системах In2O3/ZnO и ZnO/C при малых толщинах пленки удельное сопротивление находится ниже рассчитанного в рамках теории эффективных сред. Исследование дифракции рентгеновских лучей в области малых брэгговских углов показало, что в пленках In2O3/ZnO присутствуют пики, положение которых, исходя из условия дифракции Вульфа-Брэгга, соответствует толщине полупроводниковых слоев

Введение

слоев, а также толщины пленок представлены в таб-

Исследования широкозонных полупроводников

лице.

являются в последние годы одним из наиболее бы-

Состав

Кол

Толщи-

Толщина

стро развивающихся разделов физики твердого тела.

-во

на

слоя

2,

пленки,

Полупроводники на основе оксидов олова, цинка,

сло-

1, нм

нм

мкм

титана,

вольфрама,

индия и

др.

относятся к группе

ев

ZnO

69

0,63-1,68

-

0,04-0,12

многофункициональных

проводников

и

являются

In2O3

71

0,43-1,75

-

0,03-0,12

перспективными объектами

для

микро-

и наносен-

C

71

0,07-0,38

-

0,01-0,03

сорики,

новых

оптических

устройств, полевых

In2O3/ZnO

83

0,43-1,68

0,57-1,56

0,05-0,28

эмиттеров и других областей применения. При соз-

In2O3/C

74

0,3-1,4

0,08-0,36

0,03-0,13

дании

подобных

систем

появляется

возможность

ZnO/C

81

0,72-1,97

0,09-0,41

0,03-0,14

целенаправленного

формирования

комплекса

свойств

за

счет варьирования

условий

их

получе-

Электрические свойства

ния[1] .

В данной

работе представлены

структурные

и

На рис. 1,2,3 представлены зависимости удель-

электрические

свойства

пленок C,

In2O3,

ZnO,

ного

электрического сопротивление

широкозонных

In2O3/ZnO,In2O3/C, ZnO/C.

полупроводников C, In2O3, ZnO, а также двухфазных

Образцы и методика эксперимента

систем In2O3/ZnO,In2O3/C, ZnO/C.Видно, что в одно-

фазных структурах происходит увеличение удель-

Образцы

были

получены

методом

-ионно

ного сопротивления (ρ) с уменьшением толщины

пленки, что

обусловлено

вкладом

в

проводимость

лучевого

распыления

на

уникальной

установки рассеивания носителей заряда на поверхности плен-

спроектированной и изготовленной на

кафедре фи-

ки.

зики твердого тела ВГТУ[2-4] . Данная установка

позволяет распылять ферромагнитные металличе-

ские сплавы и диэлектрические материалы, состав-

ные мишени металл-диэлектрик и несколько мише-

ней (до трех) одновременно на вращающиеся и не-

подвижные подложки. Для формирования

много-

слойных структур было использовано одновремен-

ное распыление двух мишеней. Мишени представ-

ляют из себя керамические пластины составаIn2O3,

SnO2, С закрепленные на медном водоохлаждаемом

основании планарным размером 280х80 мм2. Напы-

ление производилось на вращающуюся подложку.

Изменяя скорость вращения и параметры распыле-

ния, регулировались толщины осаждаемых слоев.

Для получения градиента толщин на подложках в

ходе одного технологического процесса между ми-

шенью и подложкодержателем устанавливалсяV-

Рис. Зависимость удельного сопротивления (ρ) от толщи-

образный экран. Количество оборотов карусели за-

давало

количество

бислоев

в

полупроводниковой

ны

полупроводниковой пленки1-ρ[C],

2-

ρ[In2O3], 3-

пленке. При формировании

пленокZnO, In2O3, C

ρ[In2O3/ C]

использовалась технология и режимы описанные выше, но проводилось распыление одной мишени соответствующего состава. Количество полученных

72

многослойной			структуры должно		соответствовать		ние которых, исходя из условия дифракции Вульфа-
значениям между ρ[In2O3] и ρ[C], что мы и наблюда-							Брэгга, соответствует толщине полупроводниковых
ем	для	пленок	многослойной структуры In2O3/C				слоев(рис.4).
(рис. 1).							Условие Вульфа-Брегга
	Однако, в двухфазных структурах In2O3/ZnO и						2d·sinΘ=n·λ,
ZnO/C при малых толщинах пленки удельное элек-							uде d·-толщина слоя, Θ – угол отражения,·λ – длина
трическое сопротивление не может быть интерпре-							волны (0,154нм), n - порядок отражения
тировано исходя из теории эффективных сред, так
как	в эксперименте			выявленные	значения	ρ ниже
чем ρ[In2O3] и ρ[ZnO] и ρ[ZnO]и ρ[C](см. рис. 2,3).
Таким образом, можно предположить, что в струк-
турах In2O3/ZnO и ZnO/C значительный вклад в из-
менение		удельного		сопротивлениявносят		межфаз-

ные границы.

Рис.2. Зависимость удельного сопротивления(ρ) от толщины полупроводниковой пленки:1-ρ[C], 2-ρ[ZnO], 3-

ρZnO/С]

Рис.3. Зависимость удельного сопротивления(ρ) от толщины полупроводниковой пленки 1-ρ[ZnO]2- ρ[In2O3], 3-

ρ[In2O3/ZnO]

Структура

Исследование дифракции рентгеновских лучей в области малых брэгговских углов показало, что в пленках [In2O3/ZnO]83 присутствуют пики, положе-

Рис.4. Дифрактограмма структуры [In2O3/ZnO] с толщиной бислоя 3,16 нм

Для пленок и систем при малоугловойрентгеновской дифракции особенностей зависимостей не выявлено. Что касается однофазных пленокZnO, In2O3, C- подобный результат закономерен. Для двухфазных пленок In2O3/C, ZnO/Cотсутствие дифракционных максимумов удивительно и требует дальнейших исследований.

Литература

1.Болотов В.В. XANES-иXPS-исследования процессов, инициированных Высоковакуумным отжигом, в слоях Композита SnOx/MWCNT/В.В. Болотов, П.М. Корусенко, С.Н. Несов, С.Н. Поворознюк, Р.В. Шелягин//Физика твердого тела. – 2013. – т.55,вып.6 – с. 1197-1201.

2.Ситников А.В. Электрические и магнитные свойства наногетерогенных систем металл – диэлектрик: дис. …. д–ра физ. – мат. наук / Ситников Александр Викторович– Воро-

неж, 2010. – 318 с.

3.Kalinin Yu.E. Electrical properties and giant

magnetoresistance of CoFeB – SiO2 amorphous granular composites / Yu.E. Kalinin, A.V. Sitnikov, O.V. Stognei, I.V. Zolotukhin, P.V. Neretin // Mat. Scien. andEngin. – 2001. – A304 – 306. – P. 941 – 945.

4.ЗолотухинИ.В. Электрическоесопротивлениеаморфныхнан

окомпозитовCoTaNb+SiO2 / И.В. Золотухин, П.В. Неретин, Ю.Е. Калинин, О.В. Стогней, А.В. Ситников //Альтернативнаяэнергетикаиэкология. – 2002. – № 2. – С. 7 – 14.

5.Helman J.S. Tunneling of Spin-Polarized Electrons and Magnetoresistance in Granular Ni Films /J.S.Helman, B.Abeles // Phys. Rev. Lett.-1976.-V.37, №21.-P.1429-1433.

73

Материал: Сборник трудов победителей конкурса на лучшую научную работу студентов и аспирантов ВГТУ

Литература

Смотрите также: