Переключение в тонкопленочных микро- и наноструктурах на основе оксидов переходных металлов с переходом металл-изолятор тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ-ИЗОЛЯТОР И ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ОКСИДАХ ВАНАДИЯ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.И

1.1 Переход металл-изолятор в оксидах ванадия.

1.1.1 Общая характеристика проблемы переходов металл изолятор в соединениях d-металлов.

1.1.2 Теоретические модели перехода металл-изолятор.

1.1.3 Переход металл-изолятор в оксидах ванадия.

1.1.4 Метастабильная аморфная фаза двуокиси ванадия.

1.2 Электрическое переключение.

1.2.1 Теоретические модели эффекта переключения.

1.3 Переключение в структурах на основе диоксида ванадия.

1.4 Флуктуационные явления.

1.4.1 Фрактальные понятия в нелинейной динамике.

1.4.2 Стохастический резонанс.

1.4.3 Флуктуации тока в структурах на основе диоксида ванадия.

1.5 Выводы из обзора литературы. Постановка задачи.

2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Методика получения образцов.

2.1.1 Подготовка поверхности подложек.

2.1.2 Методика получения металлических пленок.

2.1.3 Анодное окисление.

2.1.4 Получение пленок V02 методом реактивного распыления.

2.2 Электрофизические измерения.

2.2.1 Измерение вольт-амперных характеристик и формовка.

2.2.2 Измерение шумов.

2.2.2.1 Запись и обработка сигнала на ЭВМ.

2.2.2.2 Измерение флуктуации периода автоколебаний.

2.2.3 Изучение влияния одноосного давления на параметры переключателя.

3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА

ВАНАДИЯ.

3.1 Переключение и ПМИ в сильных электрических полях.

3.1.1 Методика проведения численного моделирования.

3.1.2 Результат моделирования.

3.1.3 Выводы.

3.2 Явления хаотической динамики.

3.2.1 Экспериментальное наблюдение взрывных шумов.

3.2.2 Стохастический резонанс.

3.2.3 Генерация стохастических колебаний.

3.2.4 Шумы в V - V02 - Me сэндвич переключателе.

3.2.5 Шумы в планарном переключателе.

3.2.6 Выводы.

3.3 Электрические свойства структур Si - Si02 - V02.

3.4 Электрические свойства структур Si - У02 - Me.

3.5 Влияние давления на параметры переключения в структурах на основе двуокиси ванадия

4 ПОЛУЧЕНИЕ СТРУКТУР СУБМИКРОННОГО МАСШТАБА.

4.1 Получение окиснованадиевого резиста.

4.2 Экспонирование окиснованадиевого резиста.

4.2.1 Физические основы электроннолучевой модификации.

4.3 Проявление окиснованадиевого резиста.

4.3.1 Химические методы жидкофазного травления.

4.3.2 Электрополировка как метод проявления резиста.

4.3.3 Плазмохимическое травление.

4.3.4 Конструкции переключателей микро- и наномасштаба.

Актуальность работы: В настоящее время кремниевая электроника успешно решает практически все задачи, возникающие при проектировании и разработке радиоэлектронных устройств. Успехи кремниевой электроники основаны на эффективной технологии изготовления микроструктур высокой степени интеграции. Долгие годы трудно было ожидать не только конкуренции, но и достаточно большого практического интереса к микроструктурам, изготавливаемым с применением иных материалов и реализующих новые физические эффекты. Однако дальнейшая интеграция кремниевых микросхем, увеличение их быстродействия и расширение функциональных возможностей требует огромных затрат и усилий, что приводит к росту интереса к новым материалам с новыми физическими эффектами. Реальной выглядит ситуация, когда разработка новых микроструктур и развитие технологических приемов их получения (даже и с меньшей степенью интеграции, чем в кремниевых микросхемах, но основанных на иных физических эффектах) может быть более выгодна и эффективна, чем дальнейшее развитие кремниевой технологии.

Другое перспективное направление связано с переходом к различным формам трёхмерной интеграции в полупроводниковой электронике. Примером могут служить работы по созданию структур типа кремний на изоляторе (КНИ). Оптимизация технологии КНИ приведёт к созданию многослойных систем, состоящих из большого числа активных областей, разделённых изолирующими слоями. Формирование на каждом уровне различных элементов и функциональных устройств приведёт к дальнейшему увеличению степени интеграции и появлению новых типов приборов, например - приборов, объединяющих на одном кристалле средства обработки (возможно, по нескольким параллельным каналам) и хранения информации.

Одно из направлений развития подобных структур связано с совмещением (в том числе и с применением технологий трёхмерной интеграции) традиционных полупроводников с материалами, в которых проявляются такие яркие физические явления, как, например: сверхпроводимость, различные формы спинового упорядочения в магнитных материалах, оптические и фотоэлектрические процессы в оптически активных веществах, мезо-скопические явления, переходы металл-изолятор. Исследование таких гибридных структур имеет прикладной аспект, а именно - новые приложения в микро- и оптоэлектронике. С другой стороны, богатые возможности полупроводниковой технологии позволят более детально изучить некоторые из вышеуказанных фундаментальных явлений.

Оксиды переходных металлов (ОПМ) представляют собой один из наиболее интересных классов веществ с разнообразными и перспективными для практического применения свойствами и эффектами [1, 2]. Необходимо также отметить, что пленки ОПМ в настоящий момент часто входят в состав сложных полупроводниковых структур. Например, Та205 используется как диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью е в ячейках памяти [3].

Неординарные свойства соединений переходных металлов обусловлены спецификой поведения d-электронов, сочетающего локализованные (атомные) и коллективные (зонные) свойства, что приводит к относительно сильным межэлектронным и электрон-фононным корреляциям. Одно из ярких проявлений указанных эффектов - явление фазового перехода металл-изолятор (ПМИ) [4, 5], присущее многим оксидам переходных металлов. ПМИ заключается в резком, значительном и обратимом изменении свойств материала (прежде всего величины и характера температурной зависимости проводимости) при вариации внешних факторов - температуры или давления. Например, в V02 переход, сопровождающийся скачком проводимости на 5 порядков, происходит при температуре Tt = 340 К. В большинстве материалов Tt зависит от состава и давления, а сам переход сопровождается зачастую перестройками атомной структуры и магнитного порядка.

Для многих оксидов переходных металлов характерно также явление переключения, связанное с развитием токовых неустойчивостей в сильных электрических полях, приводящих к появлению на вольт-амперных характеристиках участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Эффект отрицательного сопротивления потенциально перспективен для создания различных приборов и устройств, однако в оксидах переходных металлов переключение исследовано явно недостаточно по сравнению, например, с аморфными полупроводниками [6]. С другой стороны, переключение в тонкоплёночных сэндвич структурах типа металл-окисел-металл (MOM) или метал-окисел-полупроводник (МОП) позволяет исследовать свойства оксидов в существенно неравновесных условиях: в сильном поле, при протекании тока высокой плотности. Если переключение обусловлено переходом металл-полупроводник, а для целого ряда оксидов переходных металлов это именно так [2], то такие исследования могут дать дополнительную информацию о влиянии сильнополевых эффектов на ПМИ, что, безусловно, важно для понимания механизма перехода. Поэтому работы в указанном направлении актуальны и несут в себе большой прикладной потенциал.

Цель работы заключалась в исследовании перехода металл-изолятор и переключения в тонкопленочных MOM и МОП структурах в условиях влияния высоких полей и концентраций неравновесных носителей, определении на основе полученных результатов и представлений инициирующего механизма развития перехода, и получении научно-обоснованной базы для создания микро и наноструктур реализующих обнаруженные эффекты.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

- Проведено экспериментальное исследование и компьютерное моделирование температурных зависимостей пороговых параметров переключения в тонкопленочных структурах на основе диоксида ванадия при приложении к ним сильных электрических полей.

- Построена теоретическая модель влияния поля на ПМИ.

- Изучены различные формы флуктуационных явлений (стохастический резонанс, взрывной шум, проявления детерминированного хаоса) в переключательных структурах на основе двуокиси ванадия.

- Исследовано влияние давления на пороговые характеристики структур с переключением.

- Исследовано проявление эффекта переключения в структурах Si - V02 - Me и Si - Si02 - VO2, в условиях влияния на переключение свойств границ раздела Si -V02 и Si - Si02.

- Изучен эффект модификации свойств аморфных оксидов ванадия под действием электронно-лучевой бомбардировки. Обнаруженные эффекты использованы для разработки литографического процесса получения микро- и наноструктур на основе оксидов ванадия.

Научно-практическая значимость работы определяется тем, что в ней получена новая важная информация, способствующая развитию представлений о механизмах переключения и фазового перехода металл-полупроводник в оксидах переходных металлов. В прикладном аспекте MOM структуры на основе оксидов переходных металлов, обладающие переключением с вольтамперной характеристикой (ВАХ) S-типа, перспективны с точки зрения использования их в качестве различных электронных устройств и чувствительных элементов сенсорных систем. Определяется это их малыми размерами, сэндвич-конфигурацией, совместимой с современной интегральной технологией, а также - высоким быстродействием и низкой пороговой мощностью. Определённый интерес для приложений представляют также трёхэлектродные структуры Si - Si02 - V02, в которых могут быть реализованы эффекты тиристорного и транзисторного типа, а также структуры Si -V02 - Me обладающие выпрямительными свойствами. Явления хаотической динамики, наблюдающиеся в переключательных структурах, позволяют разрабатывать схемы фильтрации и усиления малых сигналов на фоне значительных шумов. Разработаны приемы электроннолучевой литографии по оксидам ванадия.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Механизм переключения в У02 связан с ПМИ во всем температурном интервале (15 -340 К). Высокотемпературные ВАХ хорошо согласуются с моделью критической температуры. В области средних полей (окружающая температура Т0 > 200 К) температура перехода меньше равновесной Tt, а концентрация электронов удовлетворяет моттов-скому критерию. Для низкотемпературных ВАХ на фоне джоулева разогрева существенно влияние сильнополевых эффектов, при которых температура материала при переключении значительно меньше равновесной Ть а концентрация электронов не удовлетворяет моттовскому критерию.

2. Одноосное давление влияет на пороговые характеристики ВАХ сэндвич переключателя. При увеличении давления происходит обратимое уменьшение порогового напряжения (Ut) и напряжения поддержания (Uh), что может быть использовано для создания датчика давления.

3. Шум в предпороговых областях переключения является детерминированным.

4. Электронная схема с переключателем в зависимости от внешних и внутренних параметров может демонстрировать различные режимы работы: генерация автоколебаний, генерация стохастических колебаний с проявлением эффектов стохастического резонанса и взрывных шумов.

5. На эффект переключения в структурах Si - V02 - Me и Si - Si02 - V02 влияют свойства границ раздела Si - V02 и Si - Si02.

6. Под действием электронно-лучевого излучения в тонких пленках аморфных оксидов ванадия полученных анодным окислением, наблюдается существенная модификация физико-химических свойств материалов с изменением химической активности.

7. Эффект модификации свойств аморфной пленки позволяет использовать ее в качестве резиста для субмикронной литографии с разрешением менее 100 нм и чувствительностью 15-100 мкКл/см2.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы были доложены на:

- VII Международной конференции по физике и технологиям тонких пленок, г. Ивано-Франковск, Украина 1999 г.

- Девятой международной конференции «Диэлектрики-2000», Санкт-Петербург, 2000 г.

- Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы (ФНТП-2001), Петрозаводск, 2001 г.

- Седьмой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-7), Екатеринбург-Санкт-Петербург, 2001 г.

- Всероссийской научной конференции «Физика Полупроводников и Полуметаллов», ФПП-2002, Санкт-Петербург, 2002 г.

- Восьмой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-8), Екатеринбург, 2002 г.

- Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2002», Москва, 2002 г.

- III Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», Санкт-Петербург, 2002 г.

- V Международной конференции «Химия твердого тела 2002» (Братислава, 2002 г., http://www.SSC2002.savba.sk, полный текст доклада будет опубликован в журнале Solid State Phenomena) и опубликованы в виде статей и тезисов докладов конференций:

1. Борисков П.П., Величко А.А., Пергамент А.Л., Стефанович Г.Б., Стефанович Д.Г. Влияние электрического поля на переход металл-изолятор в диоксиде ванадия // ПЖТФ. - 2002. - Т.28. -Вып.10. - С. 13 - 18.

2. Стефанович Г. Б., Величко А.А., Кикалов Д.О., Пергамент А.Л. Модификация свойств анодных оксидных пленок под действием фотонного и корпускулярного излучения К Тезисы докл. Девятой международной конференции «Диэлектрики - 2000». - Т.2. -Санкт-Петербург, - 2000. - С. 177 - 178.

3. Пергамент A.JI., Стефанович Г.Б., Величко А.А. Эффект переключения проводимости в тонкопленочных структурах на основе V02 // Материалы VII Международной конференции по физике и технологии тонких пленок. - Ивано-Франковск. - 1999. - С. 134.

4. Пергамент А.Л., Стефанович Г.Б., Величко А.А., Стефанович Д.Г., Шраер М. Сухое проявление резиста на основе оксида ванадия травлением в плазме // Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы (ФНТП-2001). - Петрозаводск. - 2001. - С. 169.

5. Стефанович Г.Б., Величко А.А., Кикалов Д.О., Пергамент А.Л. Лазерная и электроннолучевая модификация свойств тонких пленок оксидов металлов // Материалы VII Международной конференции по физике и технологии тонких пленок. - Ивано-Франковск. - 1999.-С.22.

6. Величко А.А. Исследование хаотических колебаний в пленках двуокиси ванадия // Материалы Седьмой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-7). - Екатеринбург-Санкт-Петербург. - 2001. - С. 149 - 151.

7. Стефанович Г.Б., Величко А.А., Стефанович Д.Г. Плазменные процессы в субмикронной литографии // Материалы пленарных докладов ФНТП-2001 и лекции школ по физике низкотемпературной плазмы 2000 и 2001 г. - Петрозаводск. - 2001. - С. 162 - 172.

8. Борисков П.П., Величко А.А., Пергамент АЛ, Стефанович Г.Б. Эффект переключения и влияние электрического поля на переход металл-изолятор в двуокиси ванадия // Тезисы докл. Всероссийской научной конференции «Физика полупроводников и полуметаллов» (ФПП-2002). - Санкт-Петербург. - 2002. - С.13 - 15.

9. Величко А.А., Кулдин Н.А., Мануйлов С.А., Черемисин А.Б. Влияние давления на переключение в структурах на основе двуокиси ванадия // Тезисы докл. Восьмой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-8). -Екатеринбург. - 2002. - С.248 - 250.

10.Кулдин Н.А., Величко А.А. Фотоиндуцированное изменение электрических свойств структур Si - Si02 - V02 // Тезисы докл. ВНКСФ-8. - Екатеринбург. - 2002. - С.252 -255.

11.Мануйлов С.А., Величко А.А., Кулдин Н.А., Черемисин А.Б. Электрические свойства структур Si - V02 - Me // Тезисы докл. ВНКСФ-8. - Екатеринбург. - 2002. - С.257 -259.

12.Черемисин А.Б., Величко А.А., Кулдин Н.А., Мануйлов С.А. Датчик с частотным выходом на основе диоксида ванадия // Тезисы докл. ВНКСФ-8. - Екатеринбург. - 2002. -С.276 -278.

И.Шляков Д.М., Величко А.А. Шумовые свойства V - V02 - Me переключателя // Тезисы докл. ВНКСФ-8. - Екатеринбург. - 2002. - С.278 - 280. И.Величко А.А., Черемисин А.А. Влияние одноосного сжатия на параметры переключения в структурах на основе анодных пленок оксида ванадия // Тезисы докл. Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоно-сов-2002». - Москва. - 2002. - С. 190.

15. Величко А.А., Кулдин Н.А. Электрические свойства структур Si - Si02 - V02 // Тезисы докл. Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002». - Москва. - 2002. - С. 191.

16.Борисков П.П., Величко А.А. Модель эффекта переключения и влияние электрического поля на переход металл-изолятор в сандвич-структурах на основе двуокиси ванадия // Тезисы докл. Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002». - Москва. - 2002. - С.210 - 211.

17. Стефанович Г.Б., Стефанович Д.Г., Величко А.А., Пергамент А.Л. Электронно-лучевая модификация аморфного оксида ванадия // Сборник трудов III Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». - Санкт-Петербург. -2002.-С.210.

Вклад автора. Все экспериментальные исследования проведены за период 1996 -2002 г. при непосредственном участии автора, которым сформулированы и обоснованы все задачи диссертации. Низкотемпературные измерения проведены при содействии к.ф.м.-н. Пергамента А.Л. Результаты раздела 4 были получены автором в фирме APT (Applied Phase Transition). В коллективных работах автору принадлежат изложенные в диссертации выводы и защищаемые положения. Все численные расчеты и написание текстов программ проведены автором. Приложение Б написано при содействии к.ф.-м.н. Борискова П.П.

Обьем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы и двух приложений. Диссертация содержит 155 стр., включая 66 рисунков на 29 стр., 5 таблиц и 146 наименований библиографических ссылок на 11 стр.

3.2.6 Выводы

Работая в потенциально автоколебательном режиме, когда переключатель на основе VO2 находится вблизи одного из порогов переключения, схема переходит в чувствительное состояние. В таком состоянии система реагирует на слабое внешнее возмущение возникновением гигантских всплесков тока и напряжения в цепи. Это позволяет нам промоделировать явление взрывного шума, а также наблюдать явление стохастического резонанса. Необходимо отметить, что выбором постоянного напряжения смещения U0, мы выбираем, какое из двух предпороговых состояний «работает» в данный момент. От этого зависит, реагирует ли система на превышение или понижение напряжения вблизи порога. Таким образом, система обладает свойствами однополупериодного усилителя с возможностью регулировки спектрального диапазона, коэффициента и знака усиления.

Наличие внутреннего шума играет немаловажную роль в хаотической динамике переключателя. Если на систему не воздействуют никакие другие шумы, кроме внутреннего, то его роль является определяющей. Шум в предпороговой области переключения является детерминированным.

При воздействии на переключатель сильным периодическим сигналом определенной частоты и амплитуды, в условии присутствия внутреннего шума, систему можно перевести в режим генерации стохастических колебаний. Возникновение аттрактора происходит жестким образом в результате перехода к хаосу через премежаемость. Подмешивая в эту систему слабый периодический сигнал на выходе можно получить как значительное его усиление по амплитуде, так и увеличение отношения сигнал/шум.

Представленные результаты демонстрируют, что переключатели на основе V02 позволяют реализовать экспериментальные схемы для наблюдения и исследования широкого спектра хаотических явлений. Возможно так же использование переключателя в схемах фильтрации, детектирования и усиления слабых сигналов.

3.3 Электрические свойства структур Si - Si02 - V02

В этом разделе рассмотрены электрические свойства структуры Si - Si02 - V02 (рисунок 3.28.а). По нашему мнению эта структура может использоваться для разработки нового полупроводникового прибора, являющегося аналогом тиристоров и фототиристоров. Суть идеи заключается в использовании пленки VO2B качестве материала обладающего эффектом переключения, при этом в Si - Si02 - V02 структуре появляется возможность управлять величиной перемененного тока через канал переключения, а следовательно и самим эффектом переключения. Управление величиной переменного тока через канал переключателя становиться возможным после включения структуры в схему (рисунок 3.28.а) работающую в режиме генератора тока (большое нагрузочное сопротивление Ri). При этом величина переменного тока через VO2 пленку (схематично обозначенную через RJ

98 зависит от величины параллельно включенной емкости CiD, образованной емкостью диэлектрика С; и области пространственного заряда CD. Емкость Со можно изменять либо подачей смещения на Si-подложку, либо освещением проходящим через полевой V02-электрод. vo.

40 мкм J

1з мкм

AL б)

Рисунок 3.28 - Схема включения Si - Si02 - V02 структуры (а), 1 - генератор, 2 постоянный источник, 3 - фотоэлектроны (Ri = 100 кОм, R2 = 10 Ом, R3 560 кОм, Cj = 0.022 мкФ), вид контактов (б).

0,2од

-0,1

-0,2

L мА

0,2

0,1 и, в

-0,1

-0,2' а)

I, мА п U, В 8 б)

Рисунок 3.29 - ВАХ Si - Si02 - V02 структуры с переключением (а) и без переключения (б).

Пленка диоксида ванадия напылялась на Si - Si02 (Si02 ~ 1000А, Si - р-типа) подложку по методике представленной в разделе 2.1.4. Сверху наносились алюминиевые контакты (рисунок 3.28.6). ВАХ структуры снималась с помощью схемы показанной на рисунке 3.28.а. Напряжение на структуру подавалось с генератора 1 через нагрузочный резистор Rj (R2 - токовый резистор). Подача смещения на Si-подложку осуществлялась через

R3 и С] от постоянного источника тока 2. Источником излучения служила лампа накаливания с вольфрамовой спиралью.

Исследование ВАХ структуры проходило на низких 100 Гц) и средних 6 кГц) частотах при различных U0, а также при различной освещенности. Результаты эксперимента можно описать следующим образом.

При низких частотах 100 Гц) ВАХ имела вид показанный на рисунке 3.29.а. При этом, при постоянной амплитуде сигнала с генератора 1, на ВАХ не влияло ни освещение структуры, ни подача смещения на Si-подложку от источника 2 (рисунок 3.28.а) в диапазоне Uo от - 30 до 30 В. Это, по всей видимости, объясняется тем, что на низких частотах реактивное сопротивление CjD велико, поэтому изменение Со не сказывается на изменении величины тока через R^ При частотах порядка 6 кГц и U0 = 0 В ВАХ имела такой же вид как на рисунке 3.29.а и на освещение не реагировала. Но при U0 = - 8 В уже очень слабое освещение приводило ВАХ к виду показанному на рисунке 3.29.6. При Uo = - 12.2Y, без освещения, ВАХ также имела вид показанный на рисунке 3.29.6. Изменения ВАХ можно объяснить уменьшением величины переменного тока проходящего через VCV переключатель, обусловленное увеличением емкости Сщ под действием U0 (режим сильной инверсии [131]) и освещения (фотоемкостный эффект [132]). Как видно на средних частотах величина реактивного сопротивления Qd сопоставима с R^, что приводит к зависимости тока через Rc от C;D. При подаче положительного смещения U0 освещение не влияло на ВАХ (рисунок 3.29.а), но при U0 > 4.6 В ВАХ принимала вид представленный на рисунке 3.29.6. В этом случае при Uo > 4.6 В CjD также увеличивается (режим обогащения [131]), что приводит к уменьшению величины тока через

Таким образом, мы могли устанавливать различные режимы работы структуры при котором переключение управлялось либо световым излучением, либо только смещением U0. Во всех случаях переход от ВАХ (рисунок 3.29.а) к ВАХ (рисунок 3.29.6), по нашему мнению, обусловлен уменьшением величины переменного тока через VO2 пленку, вызванное увеличением емкости CjD.

При освещении возникает фотоемкостный эффект хорошо известный в МДП структурах [132], он наблюдается при фоговозбуждении в собственной полосе поглощения полупроводника. Образующиеся фотоэлектроны увеличивают концентрацию инверсных подвижных электронов 3 (рисунок 3.28.а), которые находятся вблизи границы Si - Si02.

При этом ширина области пространственного заряда уменьшается и емкость структуры C;D под освещенным межэлектродным промежутком увеличивается.

Если модифицировать схему (рисунок 3.28.а) и перевести ее в режим автогенерации (раздел 3.2.1) то очевидно, что параметры релаксационных колебаний будут зависеть от емкости Qd, что позволит создать фотодатчик с частотным выходом.

Уменьшение межэлектродного промежутка, с помощью литографического процесса (см. раздел 4), может значительно уменьшить время переключения V02 - переключателя [1], что делает разработанный нами принцип управления переключением в структуре Si -Si02 - V02 перспективным для создания новых полупроводниковых приборов. Изменение оптических свойств У02при ПМИ позволяет использовать представленную Si - Si02 -V02 структуру в оптоэлектронике.

3.4 Электрические свойства структур Si - V02 - Me

При изучении эффекта переключения в сэндвич структурах на основе У02 представляет интерес вопрос о влиянии на эффект переключения типа подложки. Исследования такого рода позволяют расширить понимание явления переключения, а так же получить несимметричные ВАХ с особыми свойствами [133].

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2

Канал VO,

К > и

Me

VA

Si-p

R. X а) и, В -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2

0,2 0,4 -0 2 0,6 0,8 1 и,в

-0,4 I, мА (б)

I, мА 0,4 .

0,2 • -0,6 -0,4 -0,2 * I, мА j f 0,2 0,4 -0,2 0,6 и, В 0,3 -0,2 " «* " « Щ Щ -0,4 (В) 0,1 .

U, В -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2

-о." (г)

I, мА V J У

У А (Д) I, мА /

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 U, В е)

Рисунок 3.30 - Структура Si - V02 - Me и схема измерения ВАХ (a) (R„ = 10 кОм, Rx = 10 Ом), ВАХ на частоте fi (б), на частоте f2 (в), на частое f2 однополупериодного сигнала (г), на частое f2 двухполупериодного сигнала (д), на частое f2 двухполупериодного сигнала положительной полярности (е) 1 - без освещения, 2-е освещением, (пунктиром обозначены переходные процессы переключения).

Структура Si - VO2 - Me, показанная на рисунке 3.30.а, получалась следующим образом. Методом электронно-лучевого напыления на Si-подложку наносилась тонкая 100 - 200 нм) пленка V. Затем пленка V полностью окислялась в течении 300 с в стандартном ацетоновом электролите в гальваностатическом режиме с образованием аморфной пленки V205 (см. раздел 2.1). Анодное напряжение при анодировании прикладывалось к Si-подложке. Время анодирования, в течение которого пленка Y полностью окислялась подбиралось исходя из того, что после полного окисления скорость роста напряжения на ячейке значительно падала. Процесс формовки V02 канала осуществлялся на переменном Л токе с частотой f ~ 10 Гц (см. раздел 2.2.1). Ме-электродом служил прижимной позолоченный контакт (рисунок 2.6.а).

Измерительная схема, основанная на схеме показанной на рисунке 2.8, представлена на рисунке 3.30.а. ВАХ структуры снималась на переменном напряжении U0, которое было нескольких видов: синусоидальное, синусоидальное прошедшее через однополупе-риодный выпрямитель и синусоидальное прошедшее через двухполупериодный выпрямитель. Частоты сигнала также варьировались и составляли fj = 100 Гц или f2 = 104Гц. Такая широкая разновидность сигналов обусловлена задачей изучения влияния Si-подложки на эффект переключения. Дополнительную информацию о свойствах структуры давало также влияние на ВАХ освещения, создаваемое лампой с вольфрамовой спиралью.

В результате мы получили следующие экспериментальные результаты.

При использовании Si-подложки n-типа формирующиеся переключатели имели ВАХ ни чем не отличающуюся от ВАХ на ванадиевом подслое, имеющую симметричный вид (рисунок 3.17.а). Параметры переключения Ut и Uh не изменялись при подаче сигналов различных видов и частот (fb f2), на освещение не реагировали.

При использовании Si-подложки р-типа, на частоте fi синусоидального сигнала U0 ВАХ имела вид показанный на рисунке 3.30.6. Несимметричность ВАХ (рисунок 3.30.б) свидетельствует о том, что на границе Si-V02 возникает р-п-переход. Это обстоятельство, а также симметричность ВАХ на Si-подложке n-типа показывает то, что У02-канал имеет проводимость п-типа [5].

При частоте f2 синусоидального сигнала U0 ВАХ имела вид приведенный на рисунке З.ЗО.в. Симметричность ВАХ на высокой частоте f2 обусловлена, по видимому, низким реактивным сопротивлением р-п-перехода. При этом на этой частоте наблюдения изменились пороговые характеристики переключения (Ut, Uh - уменьшились). Данный факт может быть объяснен выделением тепла на активном сопротивлении р-п-перехода в момент, когда напряжение на Ме-электроде имеет положительную полярность. Выделение тепла вызывает дополнительный стационарный нагрев области канала, что сказывается на пороговых характеристиках переключения (рисунок 3.1). Для проверки этого предположения были проведены измерения на однополупериодном и двухполупериодном сигналах.

При частоте f2 синусоидального однополупериодного сигнала Uo ВАХ имела вид показанный на рисунке З.ЗО.г. Видно, что Ut и Uh возросли, что подтверждает предположение предыдущего параграфа. При подаче однополупериодного сигнала отрицательной полярности на Ме-электрод, выделение тепла на запирающем слое р-п-перехода должно свестись к минимуму.

При частоте f2 синусоидального двухполупериодного сигнала U0 ВАХ имела вид показанный на рисунке З.ЗО.д. При этом Ut возросло еще больше, что может быть объяснено увлечением действующего значения отрицательного напряжения на Ме-электроде, смещающего еще больше р-п-переход в прямом направлении.

При подаче двухполупериодного сигнала Uo положительной полярности с частотой f2 переключение не наблюдалось (ВАХ на рисунке З.ЗО.е кривая 1). Что объясняется появлением запирающего слоя р-п-перехода. Но при дополнительном освещении переключение появлялось (ВАХ на рисунке З.ЗО.е кривая 2), что может быть объяснено генерацией неосновных носителей в области р-n перехода и возрастанием в связи с этим тока через переход и появлением переключения.

В работе [133] был описан эффект «памяти» (запоминание структурой высокопро-водящего состояния) в гетероструктуре кремний - двуокись ванадия, двуокись ванадия получалась методом пиролиза (С5Н702)0У. Получающиеся переключатели имели нестабильные во времени параметры.

Сравнивая результаты настоящего исследования и работы [133] можно сделать вывод, что методика получения переключательных структур является определяющей. В настоящих экспериментах не было обнаружено эффекта памяти, параметры переключения были стабильны во времени.

Структура Si - V02 - Me является интересной как с точки зрения изучения физики явления переключения, так и с практической точки зрения для создания новых полупроводниковых приборов.

3.5 Влияние давления на параметры переключения в структурах на основе двуокиси ванадия

В данном разделе представлены результаты исследования влияния одноосного давления на параметры переключения в структурах на основе анодных пленок оксида ванадия. Исследуемые образцы изготавливались по методике, описанной в главе 2. Давление на образец создавалось системой описанной в разделе 2.3.3.

Обнаружено влияние давления на пороговые параметры переключения. Измеренные зависимости Ut(P) и Uh(P) при Т = 293 К показаны на рисунке 3.31, в точке их пересечения (при Р = Рс«100 МПа) переключение исчезает

Полученный результат —L < 0 подтверждает данные работы [ 120] и может свидедР тельствовать о том, что в данных условиях для V02 —1 < 0 (температура ПМИ уменьшается3 ся с ростом Р), что согласуется с результатами [134, 135]. Необходимо отметить, что имеющиеся в литературе [4, 134, 135] данные о зависимости параметров ПМИ в V02ot Р достаточно противоречивы. Величина и даже знак существенным образом зависят от

ЭР качества образцов (пленки, монокристаллы) и способа измерения (всестороннее или одноосное сжатие).

Зависимость Ut(P) (рисунок 3.31, кривая 1) качественно подобна аналогичной зависимости для сэндвич-переключателя на основе У205-геля [120], в котором переключение также обусловлено ПМИ в У02-канале. Однако, количественные характеристики в этих двух случаях резко различны: в [120] Рс«1500 МПа, т. е. почти на порядок больше. Это может быть связано с тем, что поверхность прижимного контакта (и, в меньшей степени, самой пленки) не является идеально плоской. В случае анодной пленки реальная площадь физического контакта будет при этом несколько меньше вышеприведенной оценки S (см. раздел 2.2.3), а реальное давление, соответственно, больше (в нашем случае в 10 раз) эффективной величины Р. В отличии от плотного анодного оксида, ксерогель V205xnH20, будучи полимероподобным пористым материалом [136], более пластичен, что обеспечивает сплошной контакт даже со слегка шероховатой поверхностью электрода.

Важно подчеркнуть, что с точки зрения технических приложений (например, в качестве датчиков и преобразователей механических величин), структуры на основе анодных пленок оксида ванадия могут оказаться в некоторых случаях более эффективными по

104 сравнению с структурами на основе геля [120]. Дело в том, что толщина анодной пленки составляет ~ 100 нм, в отличии от типичной толщины пленки ксерогеля, 1-10 мкм. Кроме того, отмеченная выше разница в эффективных величинах давлений имеет положительную сторону, в том смысле, что эти два типа датчиков, работающие по сути на одном и том же материале (УОг) и на одном эффекте (ПМИ), дополняют друг друга по охватываемому диапазону рабочих давлений. При этом, максимальная относительная чувствительность

1 eut датчика на основе анодного оксида будет выше:

-7 • КГ3МПа-1 (при Р = 70 МПа

U, ЗР см. рисунок 3.31) и соответственно эффективном Рэ = 700 МПа), тогда как для структуры на основе геля [120] соответствующий показатель составляет — 9 10 ~4МПа~~1 при том же эффективном давлении.

40

50

60

70

80 90

Р, МПа

Рисунок 3.31 - Зависимость пороговых параметров ВАХ (Ut, Uh) от давления Р.

Отметим, что проблема расширения диапазона измеряемых механических напряжений (или увеличение чувствительности) путем простейшего, на первый взгляд, технического решения - уменьшения площади прижимного контакта и, тем самым, увеличения Рне является тривиальной. Дело в том, что уменьшение S ниже определенного предела приведет, очевидно, просто к прокалыванию пленки. В нашем же случае, несмотря на отмеченную выше неоднородность рельефа металлического электрода в зоне контакта, этого не происходит. Это подтверждается полной обратимостью кривых на рисунке 3.31 и воспроизводимостью результатов для каждого образца.

Что касается возможных технических приложений данного эффекта, то здесь следует еще раз подчеркнуть, что проблема поиска новых материалов для создания микросенсоров весьма актуальна в последнее время [2]. Зависимость пороговых характеристик сэндвич-перешпочателей от Т и Р указывает на возможность использования их в качестве тонкопленочных микросенсоров температуры и механических напряжений. Кроме того, генерация релаксационных колебаний в схемах, содержащих такие элементы [2], позволяет реализовать датчики с частотным выходом, обладающие целым рядом преимуществ [120] по сравнению с преобразователями типа «измеряемая величина ->• напряжение».

4 ПОЛУЧЕНИЕ СТРУКТУР СУБМИКРОННОГО МАСШТАБА

Для получения микропереключателей в промышленности необходимо разработать методику получения микро и наноструктур на основе оксида ванадия. Основным процессом для получения микроструктур является литография. Литографические процессы, классифицируемых по способу энергетического воздействия (экспонирования) на чувствительный слой (резист) наносимый на полупроводниковую подложку: оптическая, электроннолучевая, рентгеновская и ионная литографии. Литографический процесс должен обеспечить создание на полупроводниковой пластине определенного топологического рельефа. Современная кремниевая электроника требует для этого процесса высокого разрешения. В настоящий момент речь идет о преодолении 100 нм барьера. В принципе, при разработке новых технологий для работы с новыми материалами нужно стремится получить такое же разрешение.

Анализируя ключевые аспекты литографического процесса с разрешением < 100 нм нужно выделить две основные проблемы: источник экспонирования и адекватный резист. Любые из разрабатываемых систем экспонирования в принципе обеспечивают необходимое разрешение, тогда как проблема резиста остается открытой. Одна из нерешенных проблем заключается в низкой стойкости к плазменным процессам существующих резистов. Резистивные материалы, представляющие собой органические полимерные композиции, легко разрушаются в ходе плазменного травления. Кроме того, плазменная обработка сопровождается нагревом обрабатываемой поверхности, что приводит к дополнительной деградации резистивного слоя. При создании структур с высоким отношением высоты линии к ширине толщина резиста не может превышать ширины линии. Это приводит к необходимости использования сложных многослойных резистов, в которых обычные полимерные композиции обеспечивают высокую экспозиционную чувствительность, тогда как другие слои добавляют необходимую плазмо- и термостойкость. Альтернативный подход заключается в разработке принципиально новых резистов на основе неорганических материалов, которые по своей природе имеют высокую стойкость к плазменным и термическим обработкам. Нами показано, что перспективными для разработки неорганических резистов являются метастабильные аморфные пленки диоксида ванадия, имеющие высокую чувствительность к фотонному и электронному облучениям и демонстрирующие высокое разрешение (< 100 нм).

Работа была проведена в фирме APT (Applied Phase Transition).

В промышленном производстве используется оптическая литография (OJI), позволяющая реализовать эффективные групповые методы обработки полупроводниковых структур. Для научных целей чаще используется электронно-лучевая литография (ЭЛЛ), легко трансформируемая под конкретные задачи.

В данном разделе представлены результаты, полученные при разработке электронно-лучевого литографического процесса с негативным неорганическим резистом на основе аморфных оксидов ванадия. Подобный процесс позволяет с одной стороны проводить травление кремниевых полупроводниковых структур, а с другой стороны фактически является литографией для создания микроструктур с оксидами ванадия. Преимущество этой методики в том, что сами оксидные пленки являются резистами, и нет необходимости подключать дополнительный процесс нанесения резиста из чужеродного материала.

Анодные оксиды ванадия обладают высокой чувствительностью к фотонному и электронному облучениям. После обработки происходит изменение физико-химических свойств материала, заключающееся, в частности, в росте плазменной и химической стабильности оксида. Основные этапы литографического процесса, основанного на подобных эффектах следующие:

1. Осаждение металлических пленок ванадия и анодное окисление.

2. Электронно-лучевое экспонирование.

3. Сухое (плазменное) или влажное (химическое) проявление.

4.1 Получение окиснованадиевого резиста

Металлические пленки V осаждались электроннолучевым напылением и магнетрон-ным распылением ванадия на кремневые подложки (2 и 4 дюймовые шайбы, р-и п-типа, р = 1 - 20 Ом-см, Silicon Wafers Со.) Для электроннолучевого напыления использовалась установка, обеспечивающая в рабочей камере безмаслянный (криогенный насос - предвау рительная откачка и ионный насос - высоковакуумная откачка) вакуум не хуже чем 10 Тор, с 3 кВт испарителем (Termoionic Laboratory, Inc.).

Для анодного окисления использовалась двухэлектродная стеклянная ячейка с расстоянием между кремниевой шайбой (анодом) и никелевым катодом 10 мм, подобная изображенной на рисунке 2.1. Окисление проводилось в гальваностатическом (I = const) или вольтстатическом (U = const) режимах с использованием источника постоянного тока

Keithley 227 (U = 0 - 300 В, 1 = 0 - 300 мА). В некоторых экспериментах для получения больших начальных плотностей тока использовался источник AGP-503 (U = 0 - 50 В, I = 0 - 5 А). Напряжение на электрохимической ячейке и ток измерялись цифровыми мульти-метрами Fluke 83. Во время анодирования электролит перемешивался магнитной мешалкой.

Изучение влияния условий окисления на чувствительность анодных оксидов к электронному облучениям показало, наивысшей чувствительностью обладают пленки полученные в ацетоновом электролите. Оптимальный состав содержал « 50 мл водного раствора буры (Na2B40r 10Н2О) и 20 - 25 г бензойной кислоты (С6Н5СООН) на 1 литр ацетона, при этом проводимость электролита составляла « 360 мкСм/см. Содержание в этом электролите водного раствора буры контролировало чувствительность и однородность оксидов. Увеличение буры увеличивало чувствительность, но приводило, в конце концов, к формированию неоднородных пленок.

Отметим, что за счет испарения электролита проводимость электролита возрастала в ходе анодирования, что приводило к формированию неоднородных пленок. Непрерывный контроль проводимости в ходе анодирования и корректировка состава электролита добавлением ацетона приводили к удовлетворительной воспроизводимости основных параметров оксидов.

Как уже говорилось чувствительность оксида зависит от содержания водного раствора буры в электролите, что в свою очередь влияет на проводимость и рН электролита. Измерение рН электролита проводилось рН-метром (Model AR 20), результаты измерений сведены в таблицу 4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствие поставленной задачей проведены исследования перехода металл-изолятор и переключения в тонкопленочных MOM структурах в условиях влияния высоких полей. Проанализирована проблема создания новых полупроводниковых приборов и микросенсоров на основе У02. Получена научно-обоснованная база для создания микро- и наноструктур реализующих обнаруженные эффекты.

Из проведенных экспериментов и теоретического анализа вытекают следующие основные выводы диссертационной работы.

1. При изучении температурных зависимостей параметров переключения установлено, что механизм переключения в V02 связан с ПМИ во всем температурном интервале (15 - 340 К). Высокотемпературные ВАХ хорошо согласуются с моделью критической температуры. В области средних полей (окружающая температура То > 200 К) температура перехода меньше равновесной Tt, а п « пс. Для низкотемпературных ВАХ на фоне джоулева разогрева существенно влияние сильнополевых эффектов, при которых температура материала при переключении значительно меньше Tt, а концентрация не удовлетворяет моттовскому критерию.

2. Одноосное давление влияет на пороговые характеристики ВАХ сэндвич переключателя. При увеличении давления происходит обратимое уменьшение Ut и Uh, что может быть использовано для создания датчика давления.

3. Шум в предпороговых областях переключения является детерминированным.

4. Электронная схема с переключателем в зависимости от внешних и внутренних параметров может демонстрировать различные режимы работы: генерация автоколебаний, генерация стохастических колебаний с проявлением эффектов стохастического резонанса и взрывных шумов. Экспериментальная реализация этих эффектов, обычно изучаемых теоретически, а также возможность использования их для усиления слабого сигнала, определяет практическую значимость наблюдаемых явлений.

5. На эффект переключения в структурах Si - V02 - Me и Si - Si02 - V02 влияют свойства границ раздела Si - У02и Si - Si02. В структуре Si - V02 - Me (Si - р-типа) на границе Si - V02 образуется p-n-переход влияющий на параметры ВАХ. В структурах Si - Si02 - V02 эффект переключения управляется емкостью ОПЗ. Этот эффект позволяет реализовать приборы обладающие тиристорными и фототиристорными свойствами.

6. Под действием электронно-лучевого излучения в тонких пленках аморфных оксидов ванадия полученных анодным окислением, наблюдается существенная модификация физико-химических свойств материалов с изменением химической активности.

7. Эффект модификации свойств аморфной пленки позволяет использовать ее в качестве резиста для субмикронной литографии с разрешением менее 100 нм и чувствительностью 15 - 100 мкКл/см . Разработаны оптимальные условия получения экспонирования и проявления резиста. В частности найдена зависимость рН и электропроводности электролита от его состава. Предложен метод контроля за составом электролита через его электропроводность, и найдены оптимальные параметры для получения чувствительных пленок. Определена зависимость чувствительности резиста от величины ускоряющего напряжения электронного луча. Разработана методика селективного жидкофазного травления в НСЮ4 и муравьиной кислоте. Разработан процесс электрохимического проявления методом электрополировки. Разработана методика сухого травления в плазме С1. На основе литографического процесса разработаны методики получения конструкций переключателей микро- и наномасштаба.

1. Стефанович Г.Б. Переход металл-изолятор в пленочных структурах на основе оксидов переходных металлов: Дисс. докт. физ.-мат. наук. // Санкт-Петербург, 1997. -360 с.

2. Пергамент A.JL Эффект переключения в оксидах переходных металлов: Дисс. канд. физ.-мат. наук. // Санкт-Петербург, 1994. 170 с.

3. Sergent D.J, Harper A. Hybrid Microelectronic Handbook. McGraw-Hill Companies. 1996.-P. 582.

4. Mott Н.Ф. Переходы металл-изолятор. M.: Наука, 1979. - 342 с.

5. Бугаев А.А., Захарченя Б.П., Чудновский Ф.А. Фазовый переход металл-полупроводник и его применение. Л.: Наука, 1978. - 187 с.

6. Меден А., Шо М. Физика и применение аморфных полупроводников. М.: Мир, 1991.-670 с.

7. Belitz D., Kirkpatrick T.R. The Anderson-Mott transition // Rev. of Modern Phys., -1994.-V.66.-P.261 -380.

8. Зайцев P.O., Кузьмин E.B., Овчинников С.Г. Основные представления о переходах металл-изолятор в соединениях Зё-переходных металлов // УФН. 1986. - Т. 148. -N4. - С.603 - 636.

9. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости / под ред. Гинзбурга В.Л. и Киржница Д.А. М.: Наука, 1977. - 400 с.

10. Изюмов Ю.А. МодельХаббарда в режиме сильных корреляций // УФН. 1995. -T.165.-N4.-С.403-427.

11. Грабой Н.Э., Кауль А.Р., Метлин Ю.Г. Химия и технология высокотемпературных сверхпроводников // Итоги науки и техники. Химия твёрдого тела. М.: ВИНИТИ. -1988.-Т.6.-143 с.

12. Мотт Н.Ф., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. в 2-хт.-М,: Мир, 1982.-663 с.

13. Latge A., Anda E.V., Moran-Lopez J.L. Oxygen disorder and correlation effects on the hole concentration and metal-nonmetal transition in YBa2Cu306+x // Phys. Rev. B. -1990. V.42. - N7. - P.4288 - 4297.

14. Лосева Г.В., Овчинников С.Г., Петраковский Г.А. Переход металл-диэлектрик в сульфидах Зё-металлов. Новосибирск: Наука, 1983. 144 с.

15. Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов. М: Мир, 1975. - 396 с.

16. Сергеев А.Н. Тугоплавкие оксиды и их соединения в тонком слое. Томск: Изд. Томского университета., 1989.-297 с.

17. Бондаренко В.М. Кинетические явления в кислородсодержащих ванадиевых соединениях: Дисс. докт. физ.-мат. наук. // Вильнюс, 1991. 305 с.

18. Torrance J.B., Lacorro P., Asavaroenghai С., Metzger R.M. Simple and Perovskite Oxides of Transition-Metals: Why Some Are Metallic, While Most Are Insulating // J. Sol. St. Chem.- 1991.-V.90.-P.168- 172.

19. Sergeenkov S., Ausloos M. Probing the field-induced variation of the chemical potential in Bi2Sr2CaCu20(;y) via the magneto-thermopower measurements IIЖЭТФ. 1999. -N7. - P.257 - 263.

20. Изюмов Ю.А., Скрябин Ю.Н. Модель двойного обмена и уникальные свойства манганитов IIУФН. 2001. - Т. 171. - Вып.2. - С. 121 - 148.

21. Изюмов Ю.А. МодельХаббарда в режиме сильных корреляций // УФН. 1995. -T.165.-N4.-С.403 -427.

22. Mott N.F. Metal-insulator transition // Proc. Phys. Soc. A62. 1949. - P.416.

23. Кузьмин E.B., Овчинников С.Г. Двухзонная модель перехода металл-диэлектрик с искажением решетки// ФТТ. 1976. - Т. 18. -N3. - С.750 - 757.

24. Eliashberg G.M. Mott transition and superconductivity // Ann. Phys. Fr. 1994. - V.19. -P.353 -366.

25. Займан Дж. Принципы теории твёрдого тела. М.: Мир, 1974. - 472 с.

26. Seiichi Kagoshima. Peierls Phase Transition // Jap. J. Appl. Phys. 1981. - V.20. - N9. -P.1617- 1634.

27. Пайерлс P. Квантовая теория твёрдого тела. М.: Изд. иностр. лит., 1956. - 259 с.

28. Келдыш J1.B., Копаев Ю.В. Возможная неустойчивость полуметаллического состояния относительно кулоновского взаимодействия // ФТТ. 1964. - Т.6. - N9. -С.2791 -2799.

29. Семенов A.JI. Индуцированная постоянным электрическим полем гетерофазная структура на поверхности пайерлсовского металла II ФТТ. 2000. - Т.42. - Вып.6. -С. 1125 - 1128.

30. Артеменко С.Н., Волков А.Ф., Зайцев-Зотов С.В. Квазиодномерные проводники с волной зарядовой плотности //УФН. 1996. - Т. 166. -N4. - С.434-439.

31. Gruner G. The dtnamics of charge-density waves // Rev. Mod. Phys. 1988. - V60. -N4.-P. 1129-1201.

32. Кулик И.О. О возможности перехода пайерлсовского диэлектрика в металлическое состояние в сильном электрическом поле // ПЖЭТФ. 1975. - Т.22. - Вып.2. - С.73 -76.

33. Электронная структура и фазовые переходы в низких окислах ванадия в электрическом поле / Валиев К.А., Капаев Ю.В., Мокеров В.Г., Раков А.В. // ЖЭТФ. -1971. -Т.60. Вып.6. -С.2175 - 2185.

34. Lee Р.А., Rice Т.М. // Phys. Rev. В19. 1979. - Р.3970.

35. Артеменко С.Н., Волков А.Ф. Полевая деформация электронного кристалла // ЖЭТФ. 1981,- Т.81.- С. 1872.

36. Hrivnak L. A possible model for the switching effects in crystals // Phys. St. Sol. (a). -1973. -V.19.-N1.-P.221 -224.

37. Yethiraj M. Pure and doped vanadium sesquioxide: a brief experimental review // J. Solid State Chem. 1990. - V.88. - N1. - P.53 - 69.

38. Копаев Ю.В., Мокеров В.П. Механизм фазовых переходов в окислах ванадия и титана // ДАН. 1982. - Т.264. - N6. - С.1370 - 1376.

39. Горячев Е.Г., Овчинников С.Г. Электрические и магнитные свойства фаз Магнели Vn02n-i // ФТТ. 1978. - Т.20. - N7. - С.2201 - 2209.

40. Idlis B.G., Kopaev Yu.V. On the theory of phase transitions in vanadium oxides Vn02ni (Magneli phases) // Solid State Comm. 1983. - V.45. - N3. - P.301 - 304.

41. Резницкий JI.А. Химическая связь и превращения оксидов. М.: Изд-во МГУ, 1991.- 168 с.

42. Von Schulthess G., Wachter P. First observation of photoconductivity in the semiconducting phase of V02 // Solid State Comm. 1974. - V.15. - N10. - P.1645 - 1649.

43. Berglund C.N., Guggenheim H.J. Electrical properties of V02 near the semiconductor-metal transition // Phys. Rev. 1969. - V.l85. - N3. - P. 1022 - 1033.

44. Molenda J., Stoklosa A. Electronic structure and electrochemical properties of V02 // Solid State Ionics. 1989. - V.36. -Nl-2. - P.43 - 52.

45. Berglund C.N., Jayaraman A. Hydrostatic-pressure dependence of the electronic properties ofV02//Phys.Rev. 1969. -Y. 185.-N3.- P. 1034- 1039.

46. Селективность фотовозбужденного фазового перехода металл-полупроводник в V02 при инициировании его пикосекундными импульсами / Бугаев А.А., Гудялис

47. B.В., Захарченя Б.П., Чудновский Ф.А. // Письма в ЖЭТФ. 1981. - Т.34. - N8.1. C.452 455.

48. Remke R.L., Walser R.M., Bene R.W. The effect of interfaces on electronic switching in V02 thin films //Thin Solid Films. 1982. - V.97. -P.129 - 143.

49. Афанасьев В.П., Мельников Б.Н., Минина Е.В. Свойства плёнок диоксида ванадия на сегнетоэлектрических подложках // Тез. докл. 2-й Всесоюз. науч.конф. «Физика окисных плёнок». -Петрозаводск, 1987. -4.1. -С.10-11.

50. Левшин Н.Л., Поройков С.Ю. Влияние локальных кулоновских полей на фазовый переход полупроводник-металл в плёнках V02 // ФТТ. 1991. - Т.ЗЗ. - N3. - С.949 -951.

51. Мокроусов В.В., Корнетов В.Н. Полевые эффекты в пленках двуокиси ванадия // ФТТ. 1974. - Т. 16. - N10. - С.3106 - 3107.

52. Васильев Г.П., Сербинов И.А., Рябова Л.А. Переключение в системе V02-диэлектрик-полупроводник // Письма в ЖТФ. 1977. - Т.З. - N8. - С.342 - 344.

53. Кикалов Д.О. Лазерная и корпускулярная модификация свойств оксидов переходных металлов: Дисс. канд. физ.-мат. наук. // Петрозаводск, 2000. 125 с.

54. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1990.-264 с.

55. Костылев С.А., Шкут В.А. Электронное переключение в аморфных полупроводниках. Киев: Наукова думка, 1978. - 203 с.

56. Adler D., Henisch Н.К., Mott N.F. Threshold switching in amorphous alloys // Rev. Mod. Phys. 1978. - V.50. - P.208 - 221.

57. Сандомирский В.Б., Суханов А.А. Явления электрической неустойчивости (переключение) в стеклообразных полупроводниках // Зарубежная радиоэлектроника. -1976.-N9.-C.68- 101.

58. Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А., Цэндин К.Д. Электронно-тепловая природа низко-омного состояния, возникающего при переключении в ХСП // ФТП. 1981. - Т. 15. -N2.-С.304-310.

59. Al-Ramadhan F.A.S., Hogarth C.A. Observation and compositional studies of the metallic conducting filaments in the ON state of Si0/V205 thin films used as memory elements // J. Mater. Sci. 1984. - Y.19. -P.1939 - 1946.

60. Дирнлей Дж., Стоунхэм А., Морган Д. Электрические явления в аморфных плёнках окислов // УФН. 1974. - Т.112. - N1. - С.83 - 128.

61. Oxley D.P. Electroforming, switching and memory effects in oxide thin films // Electro-compon. Sci. Technol. 1977. - V.3. -N4. - P.217 - 224.

62. Ray A.K., Hogarth C.A. A critical review of the observed electrical properties of MIM devices showing VCNR // Int. J. Electronics. 1984. - V.57. - N1. - P. 1 - 78.

63. Pagnia H., Sotnik N. Bistable switching in electroformed MIM devices // Phys. Status SolidiA.- 1988.-V.108.-Nl.-P.il -65.

64. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., и др. S-N-переключение сверхпроводниковых плёнок ниобия и YBCO // СФХТ. 1992. - Т.5. - N12. - С.2386 - 2402.

65. Козырев А.Б., Самойлова Т.Б., Шаферова С.Ю. Быстрое токовое S—N переключение плёнок YBa2Cu307x и его применение для амплитудной модуляции СВЧ сигнала//СФХТ. 1993. - Т.6. - N4. - С.823 - 837.

66. Вороненко А.В., Ушаткин Е.Ф., Урсуляк Н.Д., Тагер А.С. Отрицательное дифференциальное сопротивление контакта сверхпроводящих керамик // СФХТ. 1989. -T.2.-N5.-С.91 -96.

67. Switching phenomena in chromium-doped vanadium sesquioxide / Chudnovskii F.A., Pergament A.L., Stefanovich G.B., Metcalf P.A., Honig J.M. // J. Appl. Physics. 1998. - V.84. - N5. - P.2643 - 2646.

68. N-Type negative resistance in M/NiS2xSex/M structures / Chudnovskii F.A., Pergament A.L., Stefanovich G.B., Somasundaram P., Honig J.M. // Phys. stat. sol. (a). 1997. V.161. P.557 -580.

69. Warren A.C. Reversible thermal breakdown as a switching mechanism in chalcogenide glasses // IEEE Trans. Electron Dev. 1973. - V.ED-20. - N2. - P.123 -131.

70. Thomas D.L., Male J.C. Thermal breakdown in chalcogenide glasses // J. Non-Cryst. Solids. 1972. - V.8-10. - P.522 - 530.

71. Kroll D.M. Theory of electrical instabilities of mixed electronic and thermal origin // Phys. Rev. B. 1974. - V.9. - N4. - P. 1669 - 1706.

72. Сандомирский В.Б., Суханов А.А., Ждан А.Г. Феноменологическая теория концентрационной неустойчивости в полупроводниках // ЖЭТФ. 1970. - Т.58. - N5. -С. 1683- 1694.

73. Philipp H.R., Levinson L.M. Nb02 devices for subnanosecond transient protection // J. Appl. Phys. 1979. - V.50. -N7. - P.4814 - 4822.

74. Shin S.H., Halperin Т., Raccah P.M. High-speed high current field switching of Nb02 II ibidem. 1977. - V.48. -N7. -P.3150 -3153.

75. Morris R.C., Christopher J.E., Coleman R.V. Conduction phenomena in thin layers of iron oxide // Phys. Rev. 1969. - V.184. - N2. - P.565 - 570.

76. Бондаренко B.M., Воронов B.H., Гечяускас С.И. и др. Явление переключения в FeS // ЖТФ. 1984. - Т.54. - N2. - С.394 - 396.

77. Electronic switching in CuIr2S4xSex / Chudnovskii F.A., Pergament A.L., Stefanovich G.B., Somasundaram P., Honig J.M. // Phys. Status Solidi (a). 1997. - Y.162. - P.601 - 607.

78. Jackson J.L., Shaw M.P. The form and stability of I-V characteristics for ideal thermal switching // Appl. Phys. Lett. 1974. - V.25. -Nil.- P.666 - 668.

79. Gildart L. Bistable switching and the Mott transition II J. Non-Cryst. Solids. 1970. -V.2. - P.240 - 249.

80. Makys V., Noga M. Dunamics of threshold switching in amorphous alloys // Czech. J. Phys. 1979. - V.B29. -N12. -P.1407 - 1413.

81. Chakraverty B.K. Metal-insulator transition; nucleation of a conducting phase in amorphous semiconductors // J. Non-Cryst. Solids. 1970. - V.3. - P.317 - 326.

82. Becker M.F., Buckman A.B., Walser R.M. et al. Femtosecond laser exitation of the semiconductor-metal phase transition in V02 // Appl. Phys. Lett. 1994. - V.65. - N12. -P.1507- 1509.

83. Mansingh A., Singh R. The mechanism of electrical threshold switching in V02 crystals // J. of Phys. C. 1980. - V.13. - N33. -P.5725 - 5733.

84. Алексеюнас А., Барейкис В., Бондаренко В., Либерис Ю. Флуктуации тока и время переключения в монокристаллах диоксида ванадия // ФТТ. 1978. - Т.20. - N7. -С.1980- 1984.

85. Serbinov I.A., Ryabova L.A., Savitskaya Ya.S. Phase transition and switching in pyro-lytic V02 films//Thin Solid Films. 1975. - Y.27.-P.171 - 176.

86. Таллерчик Б.А., Теруков Е.И., Чудновский Ф.А. Тепловой механизм эффекта переключения в окисленном ванадии // Инженерно-физический Журнал. 1975. - Т.28. -N2. - С.257 - 262.

87. Duchene J. Direct IR measurements of filament temperature during switching in vanadium oxide film devices // J. Solid State Chem. 1975. - V.12. - P.303 - 306.

88. Котлярчук Б.К. Эффект переключения в ванадии, окисленном на воздухе при лазерном облучении // Украинский Физический Журнал. 1979. - Т.24. - N11. -С.1753- 1755.

89. Андреев В.Н., Тимощенко Н.Е., Черненко И.М., Чудновский Ф.А. Механизм формирования переключающих ванадатно-фосфатных стёкол // ЖТФ. 1981. - Т.51. -N8.-С.1685 - 1689.

90. Higgins J.K., Temple В.К., Lewis J.E. Electrical properties of vanadate-glass threshold switches//J. Non-Cryst. Solids. 1977. - V.23. -P. 187 - 215.

91. Zhang J.G., Eklund P.C. The switching mechanism in V205 gel films // J. Appl. Phys. -1988. V.64. - N2. - P.729 - 733.

92. Bullot J., Gallias O., Gauthier M., Livage J. Threshold switching in V205 layers deposited from gels // Phys. Status Solidi (a). 1982. - V.71. -Nl. - P.K1 -K4.

93. Taketa Y., Furugochi R. Switching and oscillation phenomena in Sn02-V0x-Pd0 ceramics // Appl. Phys. Lett. 1977. - V.31. - N7. - P.405 - 406.

94. Барейкене P.M., Бондаренко B.M., Волков B.JI. Явление переключения в монокристаллах (5-Ago,33V205 // Изв. АН СССР, Неорг. Материалы. 1991. - Т.27. - N2. -С.429 -431.

95. Fisher В. Moving boundaris and travelling domains during switching of V02 single crystals//! Phys. 1975.-V.C8.-N13.-P.1201 - 1209.

96. Пергамент A.JI., Стефанович Г.Б., Чудновский Ф.А. Фазовый переход металл-полупроводник и переключение в V02 в сильном электрическом поле // Письма в ЖТФ. 1993. - Т. 19. - Вып.20. - С.69 - 73.

97. Loser W., Mattheck С., Haubenreisser W. Influence of the intrinsic termistor effect in V02 coplanar switching devices // Phys. Status Solidi (a). 1974. - V.21. - N2. - P.487 -496.

98. Stefanovich G., Pergament A., Stefanovich D. Electrical switching and Mott transition in V02 // Journal of Physics: Condensed Matter. 2000. - V.12. - Issue 41. - P.8837 -8845.

99. Э. Шелль. Самоорганизация в полупроводниках. — М.: Мир, 1991. — 456.

100. Karakotsou Ch. Chaotic voltage oscillations in the negative differential - resistance region of the I - U curves of V205 crystals // Phys. Review. - 1992. - V46. - N24. - P.23 -27.

101. Мун Ф. Хаотические колебания: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. -312с. Ю1.Анищенко B.C., Нейман А.Б., Мосс Ф., Шиманский-Гайер JL Стохастический резонанс как индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка // УФН .- Т.169. -N1. С.7 - 27.

102. Кальянов Э.В. Хаотические колебания и гистерезис в бистабильной системе // РЭ. -1999. Т.44. - N5. - С.574-582.

103. Астахов В.В., Безручко Б.П., Селезнев Е.П. Исследование динамики нелинейного колебательного контура при гармоническом воздействии // РЭ. 1987. - Т.32. -N12. - С.2558 -2566.

104. Кальянов Э.В. Двухпетлевой генератор с хаотической динамикой // Письма в ЖТФ.- 1997. Т.23. - N2. - С.75 - 79.

105. Марченко В.Ф., Силаев А.В. Условия возникновения и характеристики хаотических колебаний в нелинейном контуре при умножении частоты // РЭ. 1999. - Т. 44. - N1. - С.94 - 97.

106. Кальянов Э.В. Стимулирование потенциально автоколебательного состояния внешним сигналом // РЭ. 1998. -Т.43. - N2. - С.206 -217.

107. Ваврив Д.М., Третьяков О.А., Чернышев И.Ю. Разрушение двухчастотных колебаний в нелинейном контуре // РЭ. 1989. - Т.36. -N8. - С.1698-1706.

108. Максимов А.С., Максимов П.А. Динамика нелинейного колебательного контура с р-п-переходом при различных напряжениях смещения и воздействии внешнего гармонического сигнала // ЖТФ. 1989. - Т.59. - N8. - С. 147 - 149.

109. Ахромеева Т.С. Нестационарные структуры и диффузионный хаос. Наука, 1992. -544с.

110. Низкочастотный шум в двуокиси ванадия, испытывающей фазовый переход металл-полупроводник / Андреев В.Н., Захарченя Б.П., Капшин Ю.С., Носкин В.А., Чудновский Ф.А. //ЖЭТФ. 1980. - Т. 79. -Вып.4(10). - С.1353 - 1362.

111. Ш.Груздева А.П., Зеров В.Ю., Коновалова О.П. и др. Болометрические и шумовые свойства элементов на основе пленок диоксида ванадия для неохлаждаемых инфракрасных матриц // Оптический журнал. 1997. - Т.64. - N12. - С.38 - 41.

112. Байдакова M.B., A.B. Бобыль, Маляров В.Г. и др. Структурная и шумовая характе-ризация пленок V02 на Si02/Si подложках // ПЖТФ. 1997. - Т.23. - N13. - С.58 -64.

113. Кокин А.А., Михайлов Г.Б. О низкочастотных флуктуациях тока в системах с фазовым переходом полупроводник-металл // ФТТ. 1976. - Т. 18. - N11. - С.3384 -3392.

114. Пб.Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. М.: Радио и связь, 1991.-528с.

115. Данилин Б.С. Вакуумное нанесение тонких пленок. -М.: Энегрия, 1967. 237с.

116. Glen A.N, Buhrman R.A. Summary Abstract : Preparation and optical properties of reac-tively evaporated V02 thin films // Vac. Sci. Technol. 1984. V.A2(2). - P.301 - 302.

117. Duchene J., Terraillon M., Pailly M. R.F. and D.C reactive sputtering for crystallinf and amorphous V02 thin film deposition // Thin Solid Films. 1972. - V.12. - P.231 - 234.

118. Стефанович Г.Б., Пергамент А.Л., Казакова Е.Л. Электрическое переключение в структурах металл-диэлектрик-металл на основе гидратированного пентаоксида ванадия // ПЖТФ. 2000. - Т.26. - Вып.11. - С.62 - 67.

119. Кокин А.А. Фазовый переход металл-диэлектрик в электрическом поле // ФТТ. -1975. Т.17. - Вып.5. - С.1317 - 1326.

120. Теплопроводность твердых тел. Справочник. / Под ред. Охтина А.С. Энергоатом-издат, М. 1984.-321с.

121. Березовский Г.А., Лукашук Е.И. Термодинамические свойства диоксида ванадия в интервале 6 360 К / Препринт АН ССР. Сиб. Отд-ние. - Новосибирск, Ин - т неорганической химии, 1990. - N90 - 04. - 20с.

122. Китель Ч. Введение в физику твердого тела. Физматгиз, М. 1962. - 496с.

123. Брыксин В.В. Частотная зависимость прыжковой проводимости в рамках метода эффективной среды для трехмерных систем // ФТТ. -1980. -Т.22. N8. - С.2441 -2449.

124. Брыксин В.В., Дьяконов М.Н., Ханин С.Д. Прыжковый перенос в некристаллических окислах тантала// ФТТ. -1980. -Т.22. N5. - С.1403 - 14010.

125. Джоншер А.К., Хилл P.M. Электропроводность неупорядоченных неметалличеч-ких пленок // сб. Физика окисных пленок, под ред. Г. Хасса, Мир, М. 1978. - Т.8.- С.180 218.

126. Mansing A., Singh R., Sayer М. // Phys. Status Solidi (a). 1978. - V.49. -P.773.

127. Букингем M. Шумы в электронных приборах и системах: М. Мир, 1986. - 399с.

128. Осипов В. В., Понизовская Е. В. Гигантские шумы и хаотические переходы // РЭ. -1998. Т 43. - N6. - С.682 - 686.

129. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. -М: Мир, 1984. -Т1. -455 с.

130. Пеннин Н.А. Фотоемкостный эффект в монополярном металл-дилектрик-полупроводник конденсаторе при низких температурах // ФТП. 2000. - Т.34. -Вып.5. - С.562 - 566.

131. Елинсон В.М., Покалякин В.И., Савицкая Я.С., Чугунова М.Е. Переключение с «памятью» в гетероструктуре кремний-двуокись ванадия // ЖЭТФ. 1981. - Т.81.- С.420-422.

132. Ufert K.D. Stress induced switching in V02 thin films // Phys. Status Solidi (a). 1976. -V34.-P.ll - 15.

133. Bowman R.M., Gregg J.M. V02 thin films: growth and the effect of applied strain on their resistance // Journal of Materials Science: Materials in electronics. 1998. - V9. -P.187- 191.

134. Livage J. VanadiumPentoxide Gels // Chem. Mater. 1991. - V3. -N4. -P.578 - 593.

135. Chudnovskii F. A., Stefanovich G.B. Metal- insulator phase transition in disordered V02 // J. Sol. St. Chem. 1992. - V98.-P.137 - 145.

136. Электронно-лучевая технология в изготовлении микроэлектронных приборов / Под ред. Дж.Р. Брюэра. (пер.с англ). М.: Радио и связь, 1984. - 343.

137. Алешина JI.A., Малиненко В.П., Стефанович Г.Б.,Чудновский Ф.А. Исследование ближнего порядка атомной структуры аморфной двуокиси ванадия //ФТТ. 1988. -Т.ЗО. -N3. - С.914- 916.

138. Peter van Zant. Microchip Fabrication. 3rd ed. McGraw-Hill Companies, 1997. -P.623.

139. Копаев Ю.В., Тимеров P.X. // ЖЭТФ. 1972. - T.63. - C.290.

140. Овчинников С.Г. // ЖЭТФ. 1975. - Т.68. - N5. - С. 1899.

141. Gupta М., Freeman A.J., Ellis D.E. // Phys. Rev. B16. 1977. - V.8. - P.3338.

142. Hubbard J. Electron correlations in narrow energy bands // Proc. Roy. Soc. A. 1963. -V276.-P.238-257.

143. Каллуэй Дж. Теория энергетической зонной структуры. М: Мир, - 1969. - 360 с.

144. Вонсовский С.В., Кацнельсон М.И. Квантовая физика твердого тела. М.: Наука, -1983.-336 с.