|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Гидротермальный синтез пленок диоксида ванадия с переходом диэлектрик-металлдипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Кауль А.Р.
- Автор: Иванов Алексей Викторович
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2021
- Аннотация: При температуре близкой к 68oC диоксид ванадия претерпевает сверхбыстрый обратимый переход диэлектрик-металл между VO2(M1) и VO2(R), который сопровождается резким скачком удельного сопротивления (до 105), коэффициента пропускания для длин волн более 1 мкм, и может быть инициирован термическим путем, воздействием лазерного импульса или электрического тока. Набор этих уникальных свойств делает диоксид ванадия одним из наиболее перспективных кандидатов для создания переключающих электрических (транзисторы Мотта) и оптических устройств (термохромные «умные» окна, амплитудные модуляторы ТГц излучения и др.) Примесные фазы, дефекты кристаллической решетки и неоднородности микроструктуры могут существенно ухудшить функциональные свойства материала, такие как резкость, амплитуда и ширина петли электрического и оптического гистерезиса, которые очень важны для создания устройств с быстрым откликом. Поэтому особое внимание уделяется синтезу эпитаксиальных пленок, обладающих высоким кристаллическим совершенством и демонстрирующих характеристики перехода Д-М сравнимые с монокристаллическими образцами. К сожалению, известные газофазные методы получения пленок VO2 пока не получили промышленного развития. Основная причина этого – использование технически сложных высоковакуумных установок, что затрудняет процесс масштабирования и снижает воспроизводимость результатов. В то же время, существующие более экономичные и высокопроизводительные растворные методики пока не позволяют получать эпитаксиальные пленки с высокими характеристиками перехода Д-М. В данной работе для решения этой проблемы рассматривается гидротермальный метод, который хорошо себя зарекомендовал в синтезе наночастиц диоксида ванадия. Целью данной работы является разработка химического подхода к получению пленок диоксида ванадия с высокими электрическими и оптическими характеристиками методом гидротермального синтеза с последующей термообработкой. Получение пленок диоксида ванадия осуществлялось в несколько этапов. На первом из них смешением пентаоксида ванадия и органической кислоты-восстановителя (щавелевая, лимонная) готовился раствор прекурсора, содержащий ванадий в степени окисления +4. В случае прекурсора на основе щавелевой кислоты в систему дополнительно добавлялся этиленгликоль (ЭГ). Полученный раствор далее подвергали гидротермальной обработке при 180-200oC, при этом происходило осаждение пленок VO2 на монокристаллические подложки r-сапфира. Наконец, с целью улучшения кристаллизации и превращения метастабильных форм диоксида ванадия в VO2(M1), пленки подвергались термообработке в инертной атмосфере. В результате работы установлено, что растворы прекурсоров, полученные путем взаимодействия пентаоксида ванадия с лимонной и щавелевой кислотами, могут быть использованы для гидротермального синтеза пленок диоксида ванадия с резким скачком удельного сопротивления (до 3,5 порядков). При этом, в случае использования системы V2O5-C2H2O4-H2O-ЭГ путем оптимизации условий синтеза удается получить пленки VO2(M1) с явно выраженным эпитаксиальным ростом при рекордно низких температурах, что было подтверждено данными РФА (2θ- и φ-сканирования), РЭМ и ПЭМ ВР. Таким образом, были разработаны основы растворной технологии получения текстурированных и эпитаксиальных пленок диоксида ванадия с характеристиками перехода Д-М, сравнимыми с показателями пленок, полученных газофазными методами. Предложенная методика имеет перспективы масштабирования до промышленных масштабов и создает научную основу для дальнейшего развития гидротермального синтеза пленочных оксидных материалов.
- Добавил в систему: Кауль Андрей Рафаилович