Материал: Отчетная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов
УДК 53.093
ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МДП-СТРУКТУР С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ ИЗ ГИДРОКСИАПАТИТА
ОТ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
В.И. Пархоменко, студент гр. КМ-121, А.В. Костюченко, Е.Н.Федорова
Кафедра физики твердого тела
Известно, что гидроксиапатит (ГА) проявляет ценные свойства для его использования в качестве сенсорного материала: стабильная чувствительность к влажности атмосферы, быстрая реакция на изменение влажности, возможность очистки прогревом вследствие стабильности ГА при относительно высоких температурах.
Методами высокочастотных вольт-фарадных (ВЧ ВФХ) и вольт-сименсных (ВЧ ВСХ) характеристик (частота тестового сигнала 1 МГц) исследована зависимость электрофизических параметров МДП гетероструктур Si-ГА-Al от относительной влажности воздуха. Наращивание ГА покрытий толщиной около 1,0 мкм на поверхность монокристаллического Si производили методом высокочастотного магнетронного распыления (ВЧМР) керамической мишени ГА. В использованных режимах ВЧМР поверхность ГА покрытий имела максимальную шероховатость (20 нм).
Были сопоставлены ВЧ ВФХ гетероструктур Si-ГА-Al с подслоем естественного оксида SiO2 на Si (кривая 1 на рис. 1) и без (кривая 2). Характеристика образца, подложка которого была подвергнута ионной очистке для удаления слоя оксида перед конденсацией пленки ГА (кривая 1), имеет более растянутый переход вследствие существенно более высокой плотности поверхностных состояний, чем образец, не подвергавшийся ионной
очистке (кривая 2).
Зависимость ВЧ ВФХ от относительной влажности воздуха для пленки гидроксиапатита на кремнии с естественным оксидным слоем представлена на рис. 2а. ВЧ ВСХ характеристики этой гетероструктуры приведены на рис. 2б.
б)
Рис.2. ВЧ ВФХ (а) и ВЧ ВСХ (б) гетероструктуры Si-ГА при относительной влажности воздуха 12% (1); 33% (2); 76% (3); 86% (4)
Как следует из рисунков, увеличение влажности воздуха, приводит к росту проводимости и эффективной диэлектрической проницаемости гетероструктуры Si-ГА. Кроме того, повышениевлажности сопровождается возрастанием вгетероструктуре положительного заряда.
Таким образом, покрытия из ГА обладают заметной чувствительностью к изменениям относительной влажности, сорбируя пары воды из атмосферы, и могут быть использованы в качестве активных элементов газочувствительных датчиков.
21
УДК 538.9
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ КОМПОЗИТ-КОМПОЗИТ
О.С.Тарасова, аспирант, Х.С.М. Аль Аззави, аспирант, А.В. Ситников
Кафедра физики твердого тела
Методом ионно-лучевого распыления получены пленки композитов
(Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3)100-Х, (Co84Nb14Ta2)Х(SiO2)100-Х, (Co41Fe39B20)X(SiO2)100-X и многослой-
ных гетерогенных структур композит-композит {[(Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3)100-
Х]/[(Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3)100-Х+N2]}n, {[(Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3)100-Х]/[(Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3) 100-Х+О2]}n, {[(Co41Fe39B20)X(SiO2)100-X]/[(Co41Fe39B20)X(SiO2)100-X+О2]}n и {[(Co84Nb14Ta2)Х (SiO2)100-Х]/[(Co84Nb14Ta2)Х(SiO2)100-Х+О2]}n состоящих из чередующихся слоев композита полученного в атмосфере аргона и прослоек осажденных в атмосфере аргона с добавлением активных газов (O2 или N2).
Сравнение процессов намагничивания и комплексной магнитной проницаемости композитов (Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3)100-Х и многослойных структур {[(Co45Fe45Zr10)Х (Al2O3)100-Х]/[(Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3)100-Х+N2]}n {[(Co45Fe45Zr10)Х(Al2O3)100-Х]/[(Co45Fe45Zr10)Х (Al2O3)100-Х+О2]}n после порога перколяции показало, что в последних значительно уменьшилось поле выхода намагниченности пленки в насыщение и увеличились значения μ/ и μ//. Это связано с подавлением перпендикулярной магнитной анизотропии пленок при введении в структуру прослоек из композитов, полученных с добавлением активных газов.
Сравнение процессов намагничивания и комплексной магнитной проницаемости композитов (Co41Fe39B20)X(SiO2)100-X и многослойных структур {[(Co41Fe39B20)X(SiO2)100- X]/[(Co41Fe39B20)X(SiO2)100-X+О2]}n после порога перколяции показало, что в последних значительно увеличилась степень магнитной анизотропности (Hнас(‖)/Hнас(┴)) образцов в плоскости пленки и отношение μ//μ// на частоте 50МГц при 2,4•10-5≤ PО2 ≤ 3,2•10-5Торр. Это связано с уменьшением влияния перпендикулярной текстуры расположения гранул в многслойных пленках.
Сравнение процессов намагничивания и комплексной магнитной проницаемости композитов (Co84Nb14Ta2)Х(SiO2)100-Х и многослойных структур {[(Co84Nb14Ta2)Х(SiO2)100- Х]/[(Co84Nb14Ta2)Х(SiO2)100-Х+О2]}n после порога перколяции показало, что в последних полученных при PО2 ≤ 1,4•10-4 Торр магнитные параметры не претерпели значительных изменений. Структурные изменения в многослойных образцах не оказывают влияние на магнитные свойства.
22
УДК 53.043
ПРОДОЛЬНЫЕ И ПОПЕРЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ K1-x(NH4)xH2PO4
Л.С. Стекленева, студент гр. ПФм – 151, Л.Н. Коротков, Д.В. Лиховая
Кафедра физики твердого тела
В результате экспериментальных исследований смешанных кристаллов дигидрофосфата калия – аммония K1-x(NH4)xH2PO4была получена совокупность данных об электромеханических продольных и поперечных свойствах этих кристаллов для интервала температур 50 – 300 К. Обнаружено, что температурные зависимости диэлектрических проницаемостей 33 и 11, пьезоэлектрических модулей d36 и d14, коэффициентов электромеханической связи k36 и k14 и упругих податливостей SE66 и SE44 являются не монотонными. Как для сегнетоэлектрических (х 0,2), так и антисегнетоэлектрических (0,7 х 1) составов наблюдаются максимумы вблизи температур фазовых переходов. Наиболее сильно выражены аномалии продольных зависимостей: 33(Т), SE66(Т), d36(Т) и k36 (Т), ко-
торые существенно превышают по величине аномалии поперечных зависимостей 11(Т), SE44(Т), d14(Т) и k14 (Т).
10000 
1000 
33
100 
10 
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
160 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
270 |
300 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
270 |
300 |
||||||||||
|
|
|
|
T, K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T, K |
|
|
|
|
||
Зависимости ε33(Т) для смешанных кристаллов K1-x(NH4)xH2PO4
с концентрацией x 0,0 (1); 0,08 (2); 0,19 (3); 0,24 (4); 0,32 (5); 0,67 (6); и 0,75 (7)
Было установлено, что по мере возрастания микронеоднородности твердого раствора, наблюдаемые в окрестностях фазовых переходов аномалии электромеханических свойств размываются, вследствие размытия фазовых переходов. Причем размытие сегнетоэлектрического фазового перехода значительно превышает величину размытия антисегнетоэлектрического перехода в составах с одинаковой концентрацией «примесных» атомов. Предположительно это связано с электростатическим взаимодействием межфазных границ с дефектами типа «случайное поле» в сегнетоэлектрических составах.
Эксперимент показал существенное уменьшение пьезомодулей d36 и d14 при переходе кристаллов с концентрацией (0,7 х 1) в антисегнетоэлектрическую фазу.
23
УДК 53.043
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В СУБМИКРОННОМ ТИТАНАТЕ БАРИЯ В ОКРЕСТНОСТЯХ ТЕМПЕРАТУРЫ КЮРИ
Е.А. Жмаченко, студент гр. ПФм – 141, В.М. Аль Мандалави, аспирант, Л.Н. Коротков
Кафедра физики твердого тела
Изучены низкочастотные диэлектрические потери (tg ) в керамике титаната бария с размерами кристаллитов ~ 100 нм в окрестностях температуры Кюри в диапазоне частот 120 – 1000 Гц. В окрестностях температуры Кюри обнаружен максимум тангенса угла диэлектрических потерь (tg ). Показано, что наблюдаемая в области Кюри диссипация энергии электрического поля может быть описана в рамках низкочастотного флуктуационного механизма диэлектрических потерь [1]. Модель дает следующее выражение для максимума диэлектрических потерь:
|
. |
|
dn |
|
tg m = |
4 T P2 |
, |
||
s |
|
|
||
|
dT |
|||
|
kT c |
|
||
где k – постоянная Больцмана, с -диэлектрическая проницаемость вдоль кристаллографического направления с монодоменного кристалла, =2 f – частота измерительного поля, Т – температура, Ps – скачек спонтанной поляризации в точке Кюри (ТС), dn/dТ – скорость изменения фазового состава с температурой, Т - скорость изменения температуры, - эффективный объем критического зародыша.
Результаты эксперимента показали, что модель низкочастотных диэлектрических потерь, предложенная в работе [1] может быть применена для описания диссипации энергии электрического поля в ультрадисперсном титанате бария, где размеры кристаллитов сопоставимы с размерами областей Кенцига [1]. Анализ экспериментальных результатов показал, что эффективные размеры критического зародыша в таких материалах существенно меньше чем в объемных.
Литература
1. Гриднев С.Л., Даринский Б.М., Постников B.C. Механизм диэлектрических потерь в монокристаллах BaTiO3 при температурах сегнетоэлектрического фазового превращения. - В кн.: Механизмы релаксационных явлений в твердых телах. Каунас, 1974, с. 244 – 248.
24
УДК 537.312.6
ВЛИЯНИЕ ФОТОННОГО ОТЖИГА НА СТРУКТУРУ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПЛЕНОК PbTiO3
М.Н. Горобец, студент гр. ТФ-121, З.Х. Граби, М.А. Каширин, Л.И. Янченко
Получение сегнетоэлектрических пленок на основе цирконата титана свинца является важной практической задачей. Однако не всегда можно добиться формирования высококачественных однофазных пленок.
Вданной работе представлены результаты ионно-фотонной обработки (ИФО) пленок PbTiO3, полученных методом ионно-плазменного напыления на пластины кремния
(111)марки КДБ. Фотонную обработку (ФО) проводили в вакууме 10-3 Па (λ=0,2-1,2 мкм) при дозе энергии излучения D=20 Дж/см2 с временем обработки 0,5 на установке УОЛ.П-1М, что сопоставимо с термическим воздействием 300-350 °С
Рентгенограмма исходного образца является типичной для аморфных материалов, После облучения пленки изменений по методу рентгенофазового анализа (РФА) не наблюдалось.
Вдальнейшем для образцов композитов металл-сегнетоэлектрик планируется использовать данный метод, так как полученные ранее результаты термических отжигов композитов
25