Синтез и свойства тонкопленочных гетероструктур на основе Ti, Nb и их оксидов
Диссертация
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что впервые с помощью совместного магнетронного способа напыления сформированы тонкие металлические пленки титана и ниобия толщиной от 20 до 500 нм, характеризующиеся высокой степенью однородности распределения элементов по глубине пленки. Впервые синтезированы сложные гетероструктуры на основе оксидов титана и ниобия, характеризующиеся… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ТИТАНА, НИОБИЯ И ИХ ОКСИДОВ
- 1. 1. Физико-химическая характеристика титана и ниобия
- 1. 2. Взаимодействие в системе металлов титан — ниобий
- 1. 3. Окисление металлов и сплавов. Законы роста оксидных пленок
- 1. 4. Оксидирование титана
- 1. 5. Оксидирование ниобия
- 1. 6. Кинетические особенности оксидирования ниобия
- 1. 7. Взаимодействия в системе оксидов титана и ниобия
- 1. 8. Синтез тонкопленочных систем металлов и их оксидов
- ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
- 2. 1. Методики синтеза оксидосодержащих структур системы титан-ниобий
- 2. 1. 1. Вакуумное осаждение тонких пленок
- 2. 1. 2. Оксидирование тонких металлических пленок в печи резистивного нагрева
- 2. 1. 3. Непрерывный вакуумный фотонный отжиг
- 2. 2. Методики исследования состава и структуры пленок
- 2. 2. 1. Рентгенофазовый анализ
- 2. 2. 2. Абсорбционная спектроскопия
- 2. 2. 3. Методики исследования с использованием растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа
- 2. 2. 4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
- 2. 2. 5. Методика измерения электросопротивления
- 2. 1. Методики синтеза оксидосодержащих структур системы титан-ниобий
- 3. 1. Исследование ширины запрещенной зоны оксидов титана и ниобия методом абсорбционной спектроскопии
- 3. 2. Исследование тонких и ультратонких оксидных пленок титана и ниобия методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
- 4. 1. Синтез металлических пленок системы титан — ниобий
- 4. 2. Термическое оксидирование металлических пленок
- 4. 3. Исследования оптических свойств оксидов системы титан-ниобий
- 4. 4. Изучение электросопротивления тонких оксидных пленок системы титан
Список литературы
- Окисление титана и его сплавов / A.C. Бай и др. М.: Металлургия., 1970.317 с.
- Барабаш О.М., Коваль Ю. М. Кристаллическая, структура металлов и сплавов. Киев: Наукова Думка, 1986. 597 с.
- Ниобий и его сплавы / Г. В. Захарова и др. М.: Метталургиздат, 1961. 368 с.
- Барабаш О.М., Коваль Ю. Н. Структура и свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова Думка, 1986. 598 с.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем/ под. ред. Н. П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1997. 1024 с.
- Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1965. 428 с.
- Войтович Р.Ф., Е.И. Головко Высокотемпературное окисление титана и его сплавов. Киев: Наукова думка, 1984. 255 с.
- Лайнер Д.И. Изучение структуры титановой окалины в процессе ее образования / Д. И. Лайнер, М. И. Ципин // Металловедение и обработка цветных металлов. 1961. Вып. 20. С. 42−64.
- Hukman J.W. The oxidation of the titanium at high temperatures / J.W. Hukman, F.A. Gulbransen // Anal. Chem. 1948. V. 20, No. 2. P. 158−171.
- Гусев Е.П. Начальная стадия окисления металлов в модели решеточного газа / Е. П. Гусев, А. П. Попов // Поверхность. 1991. № 2. С. 33−46.
- Куликов И. С. Термодинамика оксидов. М.: Металлургия, 1986. 358 с.
- Одынец Л.Л., Орлов. В. М. Анодные оксидные пленки. Л.: Наука, 1990. 200 с.
- Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. М.: Машгиз, 1962. 855 с.
- Физическое металловедение: В 3 т. / под ред. Р. Кана и П. Хаазена. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1987. Т. 2. 608 с.
- Кофстад П. Отклонения от стехиометрии, диффузия и электроводность в простых окислах металлов. М.: Мир, 1975. 396 с.
- Кукушкин С. А. Самоорганизация при зарождении многокомпонентных пленок / С. А. Кукушкин, А. В. Осипов // ФТТ. 1995. Т. 37, № 7. С. 2127−2132.
- Кинетика взаимодействия кислорода с поверхностью. Образование и рост оксидной фазы на поверхности металла / Девятко Ю. Н. и др. // Поверхность. 1991. № 10. С. 128−131.
- Кинетика начальной стадии островкового роста оксидной фазы на поверхности металла / Борман В. Д. и др. // Поверхность. 1990. № 8. С. 22−30.
- Доильницына В.В. О закономерностях процесса окисления металлов /
- B.В. Доильницына//Металлы. 1999. № 5. С. 27−32.
- Kofstad P.J. Oxidation of the titanium in temperature range 800−1200 °C / P.J. Kofstad // J. Less-Common Metals. 1961. V. 3, No. Г. P. 89−97.
- Архаров В.И. Рентгенографическое исследование1 высокотемпературного окисления титана и его сплавов / В. И. Архаров, Г. П. Лучкин // Труды инст. физики металлов Урал. фил. АН СССР. 1955. Вып. 16.1. C. 101−116.
- Лайнер Д.И. Кинетика окисления и структура окалины на титане / Д. И. Лайнер, М. И. Ципин, А. С. Бай // Физика металлов и металловедение. 1963. Т. 16. С. 225−231.
- Jenkins A.F. A further study of the oxidation of titanium at high temperatures / A.F. Jenkins // J. Int. Metals. 1956. V. 84, No. 2. P. 1−9.
- Kofstad P.J. Investigation of oxidation mechanism of titanium / P .J. Kofstad, P.B. Anderson, O.J. Krudtaa // J. Acta Chem. Scand.1 1956. V. 12, No. 2. P. 239 266.
- Anderson S. Phase analyses studies on- the titanium-oxigen system / S. Anderson, B. Gollen // J. Acta Chem. Scand. 1957. V. l 1, No. 6. P. 1641−1652.
- Erlich P. Phasenverhalthisse und magnetisches Verhalten in System TitanSauerstoff / P. Erlich // Z. Electrochem B. 1939. V. 45, N. 5. S. 362−370.
- Kinna W. Uber die oxydation von Titan / W. Kinna, W. Knorr // Z. Metallik. 1956. V.47, N. 8. S. 594−598.
- Ревякин A.B. К вопросу о кинетике окисления титана / А. В. Ревякин // Титан и его сплавы. 1962. Вып. 8. С. 175−190.
- Olsen J. S. On the rutile/a-Pb02-type phase boundary of ТЮ2 / J. S. Olsen, L. Gerward // J. of Phys. and Chem. of Solids. 1999. V.60. P. 229−233.
- Anderson S. Phase analyses studies on the Ti-O system / S. Anderson // J. Acta Chem. Scand. 1959. V. 31, No. 3. P. 415−419.
- Томашов Н.Д. Метод снятия тонких оксидных пленок с поверхности титана и их исследование / Н. Д. Томашов, P.M. Альтовский, М. Я Кушнерев // Зав. лаб. 1960. Т 3, № 26. С. 298−301.
- Томашов Н. Д: Исследование структуры пассивных окисных пленок на поверхности титана / Н. Д. Томашов, P.M. Альтовский, М. Я Кушнерев // Докл. АН СССР. 1961. Т. 141. С. 913−916.
- Левинский Ю.В. Диаграммы состояния металлов с газами. М.: Металлургия, 1975. 296 с.
- Барсукова JI.B. Термическое и лазерно-термическое окисление титана в интервале температур 773−973 К / JI.B. Барсукова, A.M. Ховив, В. З. Анохин // Неорганические материалы. 1992. Т. 28. С.1019−1021.
- McHale А.Е., Low-Temperature Phase Relationships in the System Ti-O / A.E. McHale, R.S. Roth / J. of the American Cer. Soc. 2005. V. 69. P. 827−832.
- Лучинский Г. П. Химия титана. M.: Химия, 1971. 471 с.
- Кофстад П. Высокотемпературное окисление металлов. М.: Мир, 1969. 392 с.
- Исследование растворимости кислорода в ниобии / В. М. Орлов, Л.А. Федорова// Неорганические материалы. 1985. № 5. С. 202−205.
- Huang Y. Structural, morphological and electrochromic properties of Nb205 films deposited by reactive sputtering / Y. Huang, Yu. Zhang, X. Hu // J. of Solar Energy Materials and Solar Cells. 2003. V. 77. P. 155−162.
- Effect of thickness on the structure, morphology and optical properties of sputter deposited Nb205 films / F. Lai et al. // J. Applied Surface Science. 2006. V. 253. P. 1801−1805.
- Structures of the reduced niobium oxides Nb.2029 and Nb22054 / T. McQueena et al.] // J. of Solid State Chem. 2007. V. 180. P. 2864−2870.
- An X-Ray investigation of systems between niobium pentoxide and certain additional oxides / H. J. Goldschmidt et al. // J. Metallurgia. 1960. V. 62. P. 241 250.
- Brauer G. Die Oxyde des Niobs / Brauer G. // Z. Anorg Allg Chem. 1941. V. 248, N. l.S. 1−31.
- Кофстад П. Отклонения от стехиометрии, диффузия и электроводность в простых окислах металлов. М.: Мир, 1975. 396 с.
- Левинский Ю. В. р-Т—х-диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 2 т. М.: Металлургия, 1990. Т. 1. 359 с.
- The structure and electrical conductivity of vacuum-annealed Nb205 thin films / M. Gillet, et al: // J. Thin Solid Films. 2004. V. 467, № 1−2. P. 239−246.
- Properties of Nb205 films prepared by DC and MF reactive sputtering / M. Ruske et al. // J. Thin Solid Films. 1999. V. 351. P. 146 150.
- Федоров Н.Ф. Изучение системы Nb2Os Ti02 / Н. Ф. Федоров, O.B. Салтыкова, А. П. Пивоварова // Журнал неорганическая химия. 1989. Т. 34. С. 1316−1319.
- Allpress J. G. Mixed Oxides of Titanium and Niobium: Intergrowth Structures and Defects / J. G. Allpress // J. of Solid State Chem. 1969. V. 1. P. 66−81.
- Allpress J. G. Mixed Oxides of Titanium and Niobium: Defects in Quenched Samples / J. G. Allpress // J. of Solid State Chem. 1970. V. 2. P. 78−93.
- Forghany S. K. E. Reduction of the Titanium Niobium Oxides. I. TiNb207 and Ti2Nb10O29/ S. K. E. Forghany, I. S. Anderson // J. of Solid State Chem. 1981. V. 40. P.'136−142.
- Forghany S. K. E. Reduction of the Titanium Niobium Oxides. II. TiNb24062 / S. K. E. Forghany, I. S. Anderson // J. of Solid State Chem. 1981. V. 40. P. 143−151.
- Radecka M. The studies of high-temperature interaction of Nb-Ti02 thin films with oxygen / M. Radecka, M. Rekass // J. Phys. Chem. Solids. 1995. V. 56, No. 8 P. 1031−1037.
- Baumard F. Electrical conductivity and charge compensation in Nb doped Ti02 rutile / J. F. Baumard, E. Tani // J of Chemical Physics. 1977. V. 67, No. 3. P. 857−860.
- Transparent metal: Nb-doped anatase Ti02 / Y. Furubayashi et al. // J. Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. P. 252 101−252 103.
- Novel transparent conducting oxide: Anatase TiixNbx02 / Y. Furubayashi et al. // J. Thin Solid Films. 2006. V. 496. P. 157−159.
- Transport properties of d-electron-based transparent conducting oxide: Anatase TiKxNbx02 / Y. Furubayashi et al. // J. of Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 93 705−93 709.
- Fabrication of highly conductive TijxNbx02 polycrystalline films on glass substrates via crystallization of amorphous phase grown by pulsed laser deposition / T. Hitosugi et al. // J. of Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 212 106−212 108.
- Granqvist C. G. Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review / C. G. Granqvist // J. Solar Energy Mat. and Solar Cells. 2007. V.91.P. 1529−1598.
- Данилин Б.С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982. 72 с.
- Гусев А.И., Ремпель A.A. Нанокристаллические материалы. М.: Физматлит, 2001. 224 с.
- Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры / под ред. JI. Ченга, К. Плога. М: Мир, 1989. 584 с.
- Синтез наноразмерных материалов при воздействии мощных потоков энергии на вещество / A.B. Булгаков и др. Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 2009. 462 с.
- Технология тонких пленок (справочник) / под ред. JI. Майссела, Р. Глэнга. М: Сов. радио, 1977. Т. 1. 664 с.
- Минайчев В.Е., Одиноков В. В., Тюфаева Г. П. Магнетронные распылительные устройства (магратроны). М: ЦНИИ Электроника, 1979. 56 с.
- Берлин Е.В., Двинин С. А., Сейдман JI.A. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок. М.: Техносфера, 2007. 176 с.
- Русаков A.A. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. 480 с.
- Нагибина И.М. Интерференция и дифракция света: Учеб. пособие для приборостроительных вузов оптических специальностей. 2-е изд., перераб. и доп. JL: Машиностроение, 1985. 332 с.
- Соколов И.В. Многолучевые интерферометры. М.: Машиностроение, 1969. 248 с.
- Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. 855 с.
- Ландсберг Г. С. Оптика: учебное пособие для физ. специальностей вузов. Изд. 6-е, стер. М.: Физматлит, 2006. 848 с.
- Pankove J.I. Optical Processes in Semiconductors. New York, Dover Publ., 1971. P. 448.
- Rosencher E., Vinter В. Optoelectronics. Cambridge University Press, 2002. P. 758.
- Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Гоулдстейн Дж. и др. М.: Мир, 1984. Т. 1. 303 с.
- Рид. С. Дж. Б. Электронно-зондовый микроанализ и растровая электронная микроскопия в геологии. М.: Техносфера, 2008. 232 с.
- Немошкаленко В.А., Алешин В. Г. Теоретические основы рентгеновской эмиссионной спектроскопии. Киев: Наукова думка, 1974. 376 с.
- Muilenberg G.E. X-ray photoelectron spectroscopy. USA, Perkin-Elmer Corp., 1979. P. 190.
- Раков A.B. Спектрофотометрия тонкопленочных полупроводниковых структур. M.: Сов. радио, 1975. 92 с.
- Зимкина Т.М., Фомичев В. А. Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия. JL: Изд-во ЛГУ, 1971. 132 с.
- Development and present status of the Russian. — German soft X-ray beamline at BESSY II1. / S.I. Fedoseenko et al. // J. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2001. No. 470. P. 84−88.
- Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких плёнок. М.: Изд-во Мир, 1989. 344 с.
- Влияние наноструктурирования анодных оксидов алюминия на их оптические параметры / C.B. Зайцев, А. Н. Лукин, A.M. Ховив, В. В. Чернышев // Изв. вузов: Физика. 2009. Т. 52, № 12/3. С. 100−106.
- Влияние аниона электролита на формирование наноструктурированного анодного оксида алюминия /В.В. Чернышев, В. А. Чернышев, А. Е. Гриднев, C.B. Зайцев // Вестник Воронежского государственного университета. Сер.: Физика. Математика. 2009. № 2. С. 1315.
- Fox. M. Optical properties of solids. New York, Oxford University Press Inc., 2001. P. 305.
- Формирование ультратонких пленок Nb205 на подложках из кварца /
- C.В. Зайцев, Ю. В. Герасименко, С. Н. Салтыков, Д. А. Ховив, А. М: Ховив // Неорганические материалы. 2011. Т. 47, № 4. С. 468−472.
- Plasma treatment for crystallization of amorphous thin films / H. Ohsaki et al. // J. Thin Solid Films. 2006. V. 502. P. 63−66.
- Jerman M. Structural investigation of thin Ti02 films prepared by evaporation and post-heating / M. Jerman, D. Mergel // J. Thin Solid Films. 2007. V. 515. P. 6904−6908.
- Weber M. J. Handbook of optical materials. US, CRC Press, 2003. P. 536.
- Effect of thickness on the structure, morphology and optical properties of sputter deposited Nb205 films / F. Lai et al. // J. Appl. Surf. Science. 2006. V. 253. P. 1801−1805.
- Ozer N. Optical and electrochemical characteristics of niobium oxide films prepared by sol-gel process and magnetron sputtering. A comparison / N. Ozer, M.
- D. Rubin, С. M. Lampert // J. Solar Energy Mat. and Solar Cells. 1996. V. 40. P. 285−296.
- Optical scattering characteristic of annealed niobium oxide films / M. Li et al. // J. Thin Solid Films. 2005. V. 488. P. 314 320.
- Mathews N.R. ТЮ2 thin films Influence of annealing temperature on structural, optical and photocatalytic properties / N.R. Mathews et al. // J. Solar Energy. 2009. V. 83. P. 1499−1508.
- Growth of niobium oxide films on single-crystal silicon / Logacheva V. A., Divakova N. A., Tikhonova Yu. A., Dolgopolova E. A., Khoviv A. M. // Inorganic Materials. 2007. V. 43, No. 11. P. 1230−1234.
- Electronic structure of anatase ТЮ2 oxide / R. Sanjines et al. // J. Appl. Phys. 1994. V. 75, No. 6. P. 2945−2951.
- Microstructure and optical1 properties of Ti02 thin films prepared by low pressure hot target reactive magnetron sputtering / J. Domaradzki et al. // J. Thin Solid Films. 2006. V. 513. P. 269−274.
- Fujishima A. Ti02 photocatalysis and related surface phenomena / A. Fujishima, X. Zhang, D. A. Tryk // J. Surface Science Reports. 2008. V. 63. P. 515−582.
- Photo luminescence of amorphous niobium oxide films synthesized by solidstate reaction / X. Zhou et al. // J. Thin Solid Films. 2008. V. 516. P. 4213−4216.
- Characterization of sol-gel deposited niobium pentoxide films for electrochromic devices / N. Ozer et al. // J. Solar Energy Materials and Solar Cells. 1995. V. 36. P. 433−443.
- Прибытков Д.М. Лазерно-стимулированное оксидирование тонкопленочного титана / Д. М. Прибытков, Н. А. Дивакова, Д. А. Ховив // Цветные металлы. Б.м. 2005. № 9. С. 30−32.
- Ховив Д.А. Эволюция фазового состава двухслойной структуры Ti02/Nb205/Si при термическом отжиге / Д. А. Ховив, Н. А. Дивакова, С. В. Зайцев // Конденсированные среды и межфазные границы. 2010. Т. 12, № 4. С. 400−402.
- A spectroscopic ellipsometry study of Ti02 thin films prepared by ionassisted electron-beam evaporation / P. Eiamchai et al. // J. Current Applied Physics. 2009. V. 9. P. 707−712.
- Petersen A. Ein Beitrag ueber Oxide vom Typ AMO4 (A = Ti3+, Cr3± M = Nb5+, Ta5+) / A. Petersen, H. Mueller-Buschbaum / Z. Anorg. Allg. Chem. 1992. V. 51. S. 609−614.
- Improved electrical properties of silicon-incorporated anodic niobium oxide formed on porous Nb-Si substrate / M. Tauseef Tanvir et al. // J. Applied Surface Science. 2009. V. 255. P. 8383−8389.
- Electron transport in TiixNbx02 solid solutions with x < 4% / B. Poumellec et al. // J. Phys. Chem. Solids. 1986. V. 41, No. 4. P. 381−385.1%ъ