Registration Number
0825U003086, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
16-09-2025
popup.evolution
.
Title
Optical and structural-morphological properties of semiconductor microstructures based on Vanadium oxide and Silicon
Author
Denys M. Maziar,
popup.head Andriy S. Nikolenko
popup.opponent Oleh Y. Olikh
popup.opponent Olena M. Fesenko
popup.review Igor M. Kupchak
popup.review Volodymyr O. Yukhymchuk
popup.rada
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертація присвячена дослідженню морфологічних, структурних, оптичних, та електричних властивостей тонкоплівкових напівпровідникових мікроструктур на основі тонких плівок нанокристалічного кремнію (nc-Si) на діоксиду ванадію (VO2), перспективних для створення пристроїв сучасної мікроелектроніки та сенсорних систем. При виконанні дисертаційної роботи використано сучасні високочутливі діагностичні методи, зокрема раманівську та інфрачервону Фур'є мікро-спектроскопію, атомно-силову мікроскопію, скануючу мікроскопію опору розтікання, інфрачервону термографію, рентгенівську дифрактометрію і електрофізичні методи досліджень.
На основі комплексних досліджень структурних, оптичних та електричних властивостей мікрокристалічних плівок VO2/Si показано, що зниження температури фазового переходу на ≈3 К та розширення температурного гістерезису обумовлені анізотропією пружних деформації, спричиненою невідповідністю параметрів ґратки кремнію та діоксиду ванадію, та локальними неоднорідностями розподілу деформацій і розмірів кристалітів у плівці. Методами рентгенівської дифракції та мікро-раманівської спектроскопії виявлено температурну область співіснування фаз, яка знаходиться поблизу температури фазового переходу (338-344 K). Показано, що температурно-індукований частотний зсув фононних смуг при 387, 444, 504, 588, 624, 669 см-1 в раманівському спектрі VO2 є прямим наслідком зміни довжин зв’язків V-O в кисневих октаедрах. Досліджено температурно-залежні раманівські карти просторового розподілу фаз в мікрокристалічних плівках VO2 та встановлено, що зародження металевої рутилової структурної фази відбувається на границях зерен та поступово поширюється до центру зерен з ростом температури. Показано неоднорідність електричного опору розтікання мікрокристалічних плівок VO2 в ізолюючій фазі з підвищеним опором на міжзеренних границях, обумовлену варіаціями локальних деформацій, дефектів та стехіометрії. Встановлено, що електрично-індукований фазовий перехід у плівках VO2 має просторово-неоднорідний характер і супроводжується значно більшим зменшенням опору на міжзеренних границях порівняно з окремими зернами.
Досліджено вплив імплантації іонів аргону на оптичні, структурні та електричні властивості тонких плівок VO2. Показано, що імплантація іонами аргону з дозами від 2.15×1015 до 1.18×1016 см-2 призводить до: збільшення шорсткості та фрагментації поверхні плівки; часткової релаксації пружних деформацій, які виникають через невідповідність ґраток діоксиду ванадію та Si-підкладки, та деформаційної дисторсії елементарної комірки, що сприяє зменшенню температури фазового переходу на 9-21 К та збільшенню ширини температурної петлі гістерезису; суттєвого зростання теплової випромінювальної здатності в металевій фазі та зникнення характерного підвищення випромінювальної здатності поблизу температури фазового переходу, притаманному проміжному стану співіснування фаз. Встановлено, що при дозах імплантації аргону більших 1.18×1016 см-2 фазовий перехід метал-ізолятор в плівках VO2 не спостерігається.
Досліджено особливості метал-індукованої кристалізації аморфного кремнію в одношарових багатошарових структурах (SiOх/Sm), а також шаруватих структурах a-Si/Sn/a-Si. Вивчено особливості процесів кристалізації аморфного кремнію в шаруватих тонких плівках a-Si/Sn/a-Si в залежності від температури відпалу, інтенсивності лазерного опромінення та товщини проміжного шару олова. Показано, що збільшення товщини шару олова у шаруватих структурах a-Si/Sn/a-Si практично не впливає на розмір утворених нанокристалів, проте призводить до суттєвого зростання їх концентрації. На основі аналізу раманівських спектрів продемонстровано, що легування самарієм у багатошарових структурах (SiOx/Sm) збільшує ефективність кристалізації аморфного кремнію порівняно з однорідно легованими плівками SiOx:Sm, забезпечуючи формування нанокристалітів nc-Si більшого розміру і з вищим вмістом кристалічної фази при нижчих температурах термічного відпалу.
Отримані в дисертаційній роботі результати були використані при виконанні наступних проектів: держбюджетна тема №4.4/23-П від 02.01.2023 «Розробка технології елементарної бази сучасної інфрачервоної фотоелектроніки» , проект «Інноваційна система мультиспектрального мобільного камуфляжу в радіолокаційному, інфрачервоному та видимому діапазонах» №125/0026 від 01.08.2024 по конкурсу «Наука для зміцнення обороноздатності України» НФД України , грант НАН України дослідницьким лабораторіям/групам молодих вчених НАН України «Розробка технології синтезу плівок VОх та створення експериментальних зразків неохолоджувальних мікроболометрів для приладів нічного бачення» №0104/09-2024(6) від 15.11.2024 .Основні результати роботи опубліковано в 4 статтях в міжнародних фахових виданнях, що входять до наукометричних баз Scopus, Web of Science, Crossref, та 5 тезах у матеріалах конференцій. Серед них три статті у виданнях, віднесених до другого квартилю (Q2) та одна стаття у виданні, віднесеного до першого квартилю (Q1).
Registration Date
2025-07-22
popup.nrat_date
2025-07-22 / 2026-07-14
