Влияние отжига на структурно-фазовые и электрофизические свойства пленок оксида ванадия

Целью  работы  являлось  исследование  влияния  параметров  процесса нанесения  и последующего  отжига  на  свойства  пленок  оксида  ванадия  VO_x,  осажденных  методом  реактивного магнетронного распыления V мишени в Ar/O₂ смеси газов. Получены зависимости структуры, фазового состава,  температурного  коэффициента  сопротивления  (ТКС),  удельного  сопротивления p,  ширины запрещенной зоны E_g пленок от концентрации кислорода в Ar/O₂ смеси газов в процессе нанесения Г_O2и температуры  отжига  пленок  в  атмосфере  O₂.  Установлено,  что  после  нанесения  пленки  имеют аморфную структуру. Процессы кристаллизации наблюдаются при температурах более 275 °С. При этом формируются  поликристаллические  пленки  с  моноклинной,  кубической  или  смешанной кристаллической  решеткой  и  происходит  переход  от  промежуточногооксида V₄O₉ к  смешанной  фазе VO₂/VO_x/V₂O₅ и далее к высшему оксиду V₂O₅. Характер изменения , ТКС и E_g пленок при изменении температуры отжига имеют сложный характер и во многом определяется Г_O2. Установлено, что с точки зрения использования VOxпленок в качестве термочувствительных слоев предпочтительными являются следующие условия нанесения и отжига: пленки наносятся при концентрации кислорода 25 % в Ar/O₂ смеси  газов  и  отжигаются  при  температуре  250–275 °С  в  атмосфере кислорода  10  мин.  При  данных условиях получены пленки VO_x с p= (1,0 – 3,0)^.10^–2 Ом^.м, ТКС = 2,05 %/°С и E_g= 3,76–3,78 эВ.

1. Rogalski A. Infrared Detectors for the Future. Acta physica polonica A. 2009;116(3):389-406.

2. Mauger А, Julien Ch. M. Review V2O5 thin films for energy storage and conversion. AIMS MaterialsScience. 2018;5(3):349-401. DOI: 10.3934/matersci.2018.3.349.

3. Нгуен Т.Д., Занько А.И., Голосов Д.А., Завадский С.М., Мельников С.Н., Колос В.В. Электрофизические свойства пленок оксида ванадия, нанесенных методом реактивного магнетронного распыления. Доклады БГУИР.2020;18(6):94-102.

4. Suh J. Y., Lopez R., Feldman L.C., Haglund Jr. R.F. Semiconductor to metal phase transition in thenucleation and growth of VO2nanoparticles and thin films. Journal of Applied Physics.2004;96(2):1209-1213.

5. Рембеза С.И. Методы измерения основных параметров полупроводников. Воронеж: Изд-во ВГУ; 1989.

6. Shvets P., Dikaya O., Maksimova K., Goikhman A. A review of Raman spectroscopy of vanadium oxides. Journal of Raman spectroscopy.2019;50(8):1226-1244. DOI: 10.1002/jrs.5616.

7. Ureña-Begara F., Crunteanub A., Raskina J.-P. Raman and XPS characterization of vanadium oxide thin films with temperature. Applied Surface Science.2017;403:717-727. DOI:10.1016/j.apsusc.2017.01.160.

8. Zhang Ch., Yang Q., Koughia C., Ye F., Sanayei M., Wen Sh.-J., Kasapa S. Characterization of vanadium oxide thin films with different stoichiometry using Raman spectroscopy. Thin Solid Films.2016;620:64-69.

9. Huotari J., Lappalainen J., Eriksson J., Bjorklund R., HeinonenE., Miinalainen I., Puustinen J., Lloyd Spetz A. Synthesis of nanostructured solid-state phases of V7O16and V2O5 compounds for ppb-level detection of ammonia. Journal of Alloys and Compounds.2016;675:433-440.