Материал: Отчетная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
56 ОТЧЕТНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПРОФЕССОРСКО-ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКОГО СОСТАВА, СОТРУДНИКОВ, АСПИРАНТОВ И СТУДЕНТОВ
Секции
«Физика твердого тела», «Физика и техника низких температур»
Тезисы докладов
(г. Воронеж, 22 апреля 2016 г.)
Воронеж 2016
УДК 538.9 56 Отчетная научно-техническая конференция профессорско-
преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов. Секции «Физика твердого тела», «Физика и техника низких температур»: тез. докл. [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (6,3 Мб). – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) : цв. – Систем. требования : ПК
500 и выше; 256 Мб ОЗУ ; Windows XP ; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe Acrobat ; CD-ROM дисковод ; мышь. – Загл. с экрана.
В представленных докладах нашли отражение результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования структуры и физических свойств различных конденсированных сред, проводимых учеными, аспирантами и студентами старших курсов кафедры физики твердого тела Воронежского государственного технического университета.
Опубликованные материалы соответствуют научному направлению «Физика и технология наноструктурированных материалов» и перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации.
Редакционная коллегия:
Ю.Е. Калинин - д-р физ.-мат. наук, проф. – ответственный редактор, Воронежский государственный технический университет;
С.А. Гриднев - д-р физ.-мат. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;
В.Е. Милошенко - д-р физ.-мат. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;
Л.Н. Коротков - д-р физ.-мат. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;
А.В. Ситников - д-р физ.-мат. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;
О.В. Стогней - д-р физ.-мат. наук, проф. – ответственный секретарь, Воронежский государственный технический университет
Рецензенты: кафедра физики твердого тела и наноструктур ВГУ (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Э.П. Домашевская); д-р физ.-мат. наук, проф. А.Т. Косилов
© Коллектив авторов, 2016 © Оформление. ФГБОУ ВО
«Воронежский государственный технический университет», 2016
УДК 539.216.2
ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ В МНОГОСЛОЙНОЙ СТРУКТУРЕ (In2O3/C)74
Т.И. Епрынцева, студент гр. ПФм-141, П.М. Хлоповских, студент гр. ПФм-151, О.В. Жилова, аспирант, В.А. Макагонов, И.В. Бабкина, А.В. Ситников
Кафедра физики твердого тела
Исследовано влияние термообработки на электрическое сопротивление многослойной структуры, состоящей из полупроводников оксида индия (In2O3) и углерода (C). Образцы были получены методом ионно-лучевого распыления мишени на ситалловую подложку. При формировании многослойной структуры распылялись независимо две мишени In2O3 и C [1]. Между мишенью и подложкодержателем устанавливался V-образный экран, что позволяло плавно изменять толщину пленки, которая регулировалась скоростью вращения и параметрами распыления. За время напыления были проведены 74 цикла формирования бислоев (In2O3/C).Толщина полученной пленки менялась от 0,028 мкм до
0,136 мкм.
Синтезированные пленки (In2O3/C)74 были исследованы методом малоугловой рентгеновской дифракции. На полученных зависимостях выявлены дифракционные максимумы, положения которых коррелирует с рассчитанной толщиной бислоев многослойной пленки.
На рис. 1 представлена зависимость удель- |
|
||
ного электрического сопротивления (ρ) от толщи- |
|
||
ны (h) пленки. Видно, что с уменьшением толщины |
|
||
значения ρ повышаются. Можно предположить, это |
|
||
связано с возросшим вкладом в рассеивание элек- |
|
||
тронов интерфейсных областей между прослойка- |
|
||
ми углерода и оксида индия. |
|
Рис. 1. Зависимость удельного сопротив- |
|
Из температурных зависимостей удельного |
ления от толщины пленки |
||
электросопротивления (рис. 2) были рассчитаны |
|
||
энергии активации ( ) носителей заряда в много- |
|
||
слойных структурах (In2O3/C)74 после термической |
|
||
обработки при 873 К для пленок различной толщи- |
|
||
ны. Для расчета использовалось выражение: |
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
где k – постоянная Больцмана, T – абсолютная тем- |
2 |
||
пература. |
|
3 |
|
Анализ значений |
выявил, что пленки, |
|
|
подвергнутые термической обработки, имеют су- |
|
||
щественно различные величины рассчитанных па- |
|
||
раметров в зависимости от толщины пленки. При |
Рис. 2. Температурная зависимость сопро- |
||
этом возникают несоответствия. Так как при тол- |
тивления пленки (In2O3/C)74 толщиной: 1 - |
||
щине пленки 0,13 мкм энергия активации имеет |
0,03 мкм; 2 - 0,09 мкм; 3 - 0,13 мкм |
||
значение 0,014 эВ, что ниже kT ≈ 0,026 эВ. Исходя из данных противоречий, можно предположить, что значительный вклад в проводимость вносят температурные зависимости подвижности заряда.
Литература 1.Ситников А.В. Электрические и магнитные свойства наногетерогенных систем металл-
диэлектрик: дис. д-ра физ. – мат. наук./Ситников Александр Викторович – Воронеж, 2010. - 318 с.
3
УДК 538.956
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В СМЕСЕВЫХ КОМПОЗИТАХ
НА ОСНОВЕ ФЕРРИТА Mn0,4Zn0,6Fe2O4 ИСЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА PbZr0,53Ti0,47O3
А.В. Калгин, докторант, С.А. Гриднев
Кафедра физики твердого тела
В интервале температур 292-650 К при напряженности измерительного электрического поля 667 В/м и частотах поля f от 200 до 5000 Гц на температурных зависимостях диэлектрических потерь tgδ в композитах (x)Mn0,4Zn0,6Fe2O4 – (1-x)PbZr0,53Ti0,47O3 (далее (x)MZF − (1-x)PZT) вблизи температуры сегнетоэлектрического фазового перехода 1-го рода обнаружен пик, который уменьшается по высоте и смещается в сторону высоких температур с ростом f, т.е. пик является релаксационным. Высота релаксационного пика при постоянной f увеличивается прямо пропорционально скорости нагревания образца композита, при постоянной скорости нагревания изменяется обратно пропорционально f и при изотермической выдержке образца при температуре, соответствующей максимуму потерь, уменьшается со временем по закону, близкому к экспоненциальному. Это позволяет связать релаксационный пик с флуктуационным механизмом потерь. Согласно этому механизму, при температуре фазового перехода 1-го рода диэлектрические потери в сегнетоэлектриках определяются кинетикой превращения вещества из одной фазы в другую. При этом образование новой фазы происходит посредством флуктуационного возникновения зародышей закритического размера и их последующего роста, а движение межфазной границы под действием измерительного поля через систему лимитирующих точечных дефектов приводит к появлению потерь.
Однако согласно флуктуационному механизму потерь в случае изотермического режима измерений пик tgδ должен отсутствовать, в то время как эксперимент обнаруживает отличные от нуля tgδ в пике («остаточные» диэлектрические потери), которые тем больше, чем больше x в (x)MZF − (1-x)PZT. Следовательно, вклад в пик tgδ вносят несколько механизмов потерь. Другим механизмом потерь служит доменный механизм, в соответствии с которым диэлектрические потери образуются при движении под действием измерительного поля сегнетоэлектрических доменных стенок через систему стопоров, в частности, в виде атомов Fe, возникших в решетке PZT в результате диффузионного перемещения из решетки MZF в процессе высокотемпературного спекания композитов. Об этом свидетельствует эксперимент по изучению температурных зависимостей tgδ в композитах 0,4MZF − 0,6PZT с разными по массе добавками Fe2O3. Такие добавки при спекании композитов способствуют созданию дополнительных точечных дефектов в PZT вследствие замещения атомов Ti в решетке перовскита атомами Fe из решетки шпинели. Тогда с ростом х число точечных дефектов в PZT увеличивается, а значит, увеличиваются «остаточные» диэлектрические потери, что согласуется с доменным механизмом потерь.
При одинаковой f пик tgδ увеличивается по высоте, уширяется и смещается к низким температурам с увеличением x в (x)MZF – (1-x)PZT. Увеличение пика по высоте объясняется ростом числа центров зарождения зародышей новой фазы, в качестве которых выступают точечные дефекты. Увеличение числа точечных дефектов ведет к большим флуктуациям состава PZT в композите, к более широкому распределению локальной температуры Кюри по объему PZT и, как следствие, к уширению пика. Смещение пика, как показал эксперимент, связывается с замещением атомов Ti (с ионным радиусом RTi = 0,064 нм) атомами Fe (c RFe = 0,067 нм > RTi). При этом в результате уменьшения химического давления внутреннее поле, действующее на сегнетоактивные ионы в элементарной ячейке PZT, уменьшается и, следовательно, требуется меньшая температура для разупорядочения полярного состояния PZT.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 16-02-00072).
4
УДК 537.621: 311.5
ПОЗИСТОРНЫЙ ЭФФЕКТ В МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КЕРАМИКЕ
(1-x)BiFeO3-xMgFe2O4
М.В. Хахленков, студент гр. ПФм-141, П.В. Кулаков, студент гр. ТФ-131, А.С. Шпортенко, студент гр. ТФ-131, А.А. Камынин, С.А. Гриднев
Кафедра физики твердого тела
Позисторный эффект (положительный температурный коэффициент сопротивления – ПТКС) имеет значительное практическое применение в различных устройствах (нагреватели, ограничители тока, химические сенсоры и т.д.). По двухстадийной керамической технологии получены образцы системы (1 x)BiFeO3 – xMgFe2O4 с разной мольной долей х = 0; 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 и 1,0. Согласно рентгеноструктурным исследованиям, синтезированные материалы являются двухфазными, состоящими из фаз BiFeO3 и MgFe2O4. Не обнаружено никаких посторонних фаз, кроме выявленных при получении
BiFeO3.
Рис. 1. Температурная зависимость удельного сопротивления (1-x)BiFeO3 - xMgFe2O4, для x = 0,01 – 1, x = 0,05 – 2, x = 0,1 – 3, x = 0,15 - 4.
На вставке: зависимость температурного коэффициента сопротивления от температуры для x = 0,01
Рис. 2. Температурная зависимость удельного сопротивления для образца (1-x)BiFeO3- xMgFe2O4 с x = 0,15 при нагреве, до (2) и после отжига (1) в среде водорода. На вставке: не отожженный образец в режиме нагрева (1) и охлаждения (2)
На зависимости удельного сопротивления ρ от температуры (рис. 1) обнаружен пик, характерный для керамических позисторных материалов, положение которого на кривой ρ(T) не зависит от доли MgFe2O4. Отметим, что зависимости ρ(T) при x = 0 и 1 (т.е. в «чистых» BiFeO3 и MgFe2O4) не содержат пиков, а имеют обычный экспоненциальный характер. Данная аномалия так же отсутствует при измерениях в режиме охлаждения. Интересно, что ПТКС наблюдается не вблизи температуры фазового перехода. Ранее такой эффект наблюдался, например, в керамиках PbTiO3, LiNbO3, PbNb2O6 и др. В них аномалия по сопротивлению сопровождалась пиками тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости, и предположительно связывалась с наличием кислородных вакансий.
Для проверки этого предположения проведен отжиг образца в среде Н2, результаты измерения ρ(T) показаны на рис.2.
Видно, что высота позисторного пика после отжига увеличилась на несколько порядков и сместилась в область более низких температур. Полученные данные позволяют судить о том, что позисторный эффект в изучаемой двухфазной системе связан с термоактивированным опустошением ловушек на границе зерен, обусловленных вакансиями по кислороду.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, проект №391 в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности по Заданию № 2014/21.
5