Новые тонкопленочные материалы для оксидной электроники: прозрачные проводники с р-типом проводимости, MOCVD осаждение пленок и гетероструктур, состав, структура и электрофизические свойстваНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-29 декабря 2015 г. Новые тонкопленочные материалы для оксидной электроники: прозрачные проводники с р-типом проводимости, MOCVD осаждение пленок и гетероструктур, состав, структура и электрофизические свойства
Результаты этапа: Синтезированы и охарактеризованы методами ИК- и ЯМР-спектроскопии, термоанализа, рентгеновской дифракции летучие соединения - прекурсоры для напыления тонких пленок: Zn(acac)2, Cu(thd)2, Al(thd)3, B(OnBu)3, B(OiPr)3. Выбран способ испарения и питатель сбросового типа. В качестве подложек для напыления пленок выбраны монокристаллические MgO(100), YSZ(111), R-Al2O3. Определены условия и режимы осаждения пленок Cu2O без примеси CuO. Получены ориентированные пленки Cu2O(100)/MgO(100), Cu2O(110)/R-Al2O3, ZnO(110)/R-Al2O3,что подтверждено рентгеновским фи-сканированием и полюсными фигурами. Попытки осадить гетероструктуру Cu2O/ZnO/R-Al2O3 в неоптимальных условиях приводят к полному испарению слоя ZnO. В оптимизированных условиях осаждения удалось вырастить эпитаксиальную гетероструктуру Cu2O(100)/ZnO(110)/R-Al2O3, при этом Cu2O растет в иной ориентации, нежели без подслоя ZnO на R-Al2O3. Ориентация слоев подтверждена рентгеновским тета-2тета- и фи-сканированием. Для пленок системы Cu-Al-O построены калибровочные графики состав прекурсоров - состав пленки для двух температур осаждения (900 и 750 оС). Обнаружен эффект реиспарения меди из осажденной пленки в ходе последующего отжига и охлаждения. В большинстве случаев пленки растут неоднофазные, с большим содержанием CuAl2O4 и CuO. На подложке R-Al2O3 получена пленка CuAlO2 с текстурой (00l). Толщины полученных пленок 300-1200 нм. На подложке MgO чаще всего вместо фазы делафоссита растет фаза шпинели, поскольку параметры решетки MgO и шпинели очень близки, то, по-видимому, происходит эпитаксиальная стабилизация шпинели MgAl2O4/CuAl2O4, что приводит к фазовому распаду CuAlO2. Найдены условия получения однофазных "объемных образцов" CuAlO2 (порошков и керамики), на керамических таблетках проведены измерения температурных зависимостей электропроводности при нагреве до 200оС и охлаждении до 77К, подтвержден р-тип носителей заряда, начаты оптические измерения.
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Новые тонкопленочные материалы для оксидной электроники: прозрачные проводники с р-типом проводимости, MOCVD осаждение пленок и гетероструктур, состав, структура и электрофизические свойства
Результаты этапа: Поскольку, как было нами обнаружено, CuAlO2 обладает очень низкой электропроводностью, основные усилия на этом этапе были сосредоточены на синтезе CuCrO2, у которого проводимость выше. Удалось дополнительно ее повысить путем гетеровалентного легирования магнием в подрешетку хрома. Синтезирована серия твердых растворов CuCr(1-x)Mg(x)O2 с целью установить влияние концентрации Mg на проводимость и концентрацию носителей заряда. Установлено, что основными носителями являются дырки. Разработан MOCVD процесс осаждения тонких пленок CuCr(1-x)Mg(x)O2,построены калибровочные зависимости состав пленки - состав испаряемой смеси летучих комплексов,нанесены пленки толщиной 100-700 нм. Керамические таблетки CuCrO2 и твердых растворов с Mg являются серо-черными, тогда как тонкие слои на прозрачной подложке (частично) прозрачны в видимом диапазоне. Таким образом, получены проводящие прозрачные тонкие пленки с р-типом проводимости, что является основной задачей проекта. Пленки растут по-разному на различных подложках. На монокристаллическом YSZ(111) получены эпитаксиальные пленки, что доказано рентгеновской дифракцией (тета-2тета и фи-сканирование). На подложках из монокристаллического MgO(100) появляется посторонняя фаза MgCr2O4 - по-видимому, происходит химическое взаимодействие материалов пленки и подложки.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Новые тонкопленочные материалы для оксидной электроники: прозрачные проводники с р-типом проводимости, MOCVD осаждение пленок и гетероструктур, состав, структура и электрофизические свойства
Результаты этапа: Методом MOCVD получены эпитаксиальные тонкие пленки прозрачных оксидных полупроводников дырочного типа CuAlO2 и твердых растворов CuCrO2 с магнием на монокристаллических подложках YSZ, GGG, c-Al2O3. Измерены температурные зависимости электропроводности, сделан вывод о прыжковом характере дырочной проводимости. Образцы оксидных р-проводников получены в виде тонких пленок и керамики и охарактеризованы совокупностью методов рентгеновской дифракции, текстурного анализа, фи-сканирования, ЭПР, спектроскопии оптического диапазона и КР, измерений низкотемпературной электропроводности. Исследована возможность напыления пленок на технические стеклянные подложки при снижении температуры до 500 оС.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".