авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Электрофизические свойства субмикронных пленок полигетероариленов

На правах рукописи

Корнилов Виктор Михайлович

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУБМИКРОННЫХ ПЛЕНОК

ПОЛИГЕТЕРОАРИЛЕНОВ

01.04.04 – Физическая электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Уфа,

2010

Работа выполнена в Институте физики молекул и кристаллов Уфимского научного центра Российской академии наук доктор физико-математических наук, профессор

Научный консультант:

Лачинов Алексей Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Стефанович Генрих Болеславович;

доктор физико-математических наук, профессор Цэндин Константин Дамдинович;

доктор физико-математических наук, профессор Шешин Евгений Павлович Институт физики полупроводников Сибирского

Ведущая организация:

отделения РАН

Защита состоится 16 апреля 2010 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.190.06 при Петрозаводском государственном университете по адресу: 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского госу дарственного университета Автореферат разослан «» _ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. ф.-м. н, профессор А. Д. Фофанов Актуальность темы Электрофизические свойства полимерных материалов исследуются в настоящее время очень интенсивно по нескольким направлениям. Это обу словлено и потребностями современной микро- и наноэлектроники, и уни кальными возможностями целенаправленно менять свойства полимеров методами допирования, введения новых функциональных групп, изменения конформации макромолекул и т. д. Наряду с исследованием полимеров в качестве традиционных диэлектрических материалов осуществляются ра боты по изучению полимеров в качестве полупроводников и проводников.

Впечатляющие успехи достигнуты при разработке электролюминесцент ных устройств (полимерных светодиодов), полимерных транзисторов, эле ментов памяти. Во всех разработках особую важность приобретают раз мерные аспекты, связанные с процессами, происходящими на поверхностях и границах раздела. Из общих соображений очевидно, что свойства суб микронных и наноразмерных слоев полимера во многом определяются свойствами электродных материалов, на которых эти слои сформированы.

Морфология поверхности электрода, качество ее очистки, процессы, про исходящие в электроде, могут повлиять на механические, адгезионные, электрофизические свойства полимера.

Среди проблем, связанных с исследованием механизма переноса заряда в тонких (субмикронных) слоях диэлектриков, особое место занимает круг явлений, связанный с эффектами переключения и памяти. Эти эффекты проявляются в виде резкого перехода исследуемой структуры из низкопро водящего в высокопроводящее состояние, причем состояние структуры можно контролировать напряжением или током. Обнаруженные в 60-х го дах прошлого века в халькогенидных стеклообразных полупроводниках, аморфных пленках окислов и тонких пленках полимеров, они представля ют значительный интерес по масштабу открывающихся технологических возможностей.

Несмотря на большой объем экспериментальных результатов, накоп ленных за несколько десятилетий исследований, до сих пор нет единого мнения при ответе на вопрос: возможна ли высокая проводимость в тонких пленках полимеров, каковы условия ее возникновения и каков физический механизм переноса заряда в этом случае? Обусловлено это, по-видимому, наличием часто противоречивой информации, включая и многочисленные теоретические построения. Таким образом, вопрос о формировании и свой ствах высокопроводящего состояния и механизме высокой проводимости полимерных тонкопленочных систем остается открытым. В связи с этим предпринята попытка разностороннего экспериментального исследования эффекта переключения в тонких пленках полимеров на примере одного их класса – полигетероариленов.

Основной акцент данной работы был сделан на исследовании влияния различных внешних воздействий на состояние проводимости системы ме талл–полимер–металл. Обычно считается, что эффект переключения, как резкое изменение проводимости, может происходить в сильных электриче ских полях. В настоящей работе была сделана попытка расширить рамки этого явления и продемонстрировать возможность формирования и свойст ва высокопроводящего состояния в полимерной пленке, индуцированного давлением, вариацией граничных условий, электронной и ионной бомбар дировкой.

Использование различных внешних воздействий предполагает не толь ко проведение электрофизических исследований, но и учет разнообразных факторов, могущих повлиять на интерпретацию результатов. В результате такой подход к проблеме позволяет выйти на новый уровень понимания природы эффектов переключения, приводящих к состоянию высокой про водимости в тонких пленках полимеров.

Цель работы Исследование совокупности физических явлений и процессов, приво дящих к реализации эффектов переключения в тонких (субмикронных) пленках полигетероариленов.

В рамках поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Формулировка физического состояния структуры металл–диэлектрик– металл с учетом глубины проникновения объемного заряда и шнурования инжекционного тока.

2. Подбор и апробация диэлектрического слоя, удовлетворяющего критериям постоянной толщины, термической и механической стабильности, технологичности.



3. Экспериментальное исследование эффектов переключения, вызван ных различными внешними воздействиями.

4. Разработка и экспериментальная проверка физической модели, кото рая позволяет объяснить эффекты переключения в полимерных пленках свойствами внутренней (надмолекулярной) структуры полимерных пленок.

5. Экспериментальная проверка некоторых следствий из предложенной модели.

Научная новизна Экспериментально обнаружено, что эффекты электронного переключе ния в тонких пленках полигетероариленов вызываются энергетически ма лыми внешними воздействиями. В качестве таких воздействий были ис пользованы одноосное давление, изменение агрегатного состояния одного из электродов, структурные превращения в одном из электродов, электрон ная бомбардировка.

Проведено комплексное исследование методами просвечивающей элек тронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии морфологии и структуры полимерных пленок, подвергнутых переключению в высокопро водящее состояние при помощи различных внешних воздействий.

Впервые показано, что проводящие каналы, визуализированные раз ными методами, локализованы на межглобулярных границах полимерной пленки. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность це ленаправленного создания проводящего канала в любой точке полимерной пленки.

Исследование электрофизических свойств полимерных пленок вблизи порога переключения позволило предложить модель перехода в высоко проводящее состояние. Модель предполагает локальную модификацию энергетической структуры полимера, вызванную инжекцией заряда из электрода. В рамках инжекционной модели была изучена динамика элек тронных состояний вблизи порога переключения в высокопроводящее со стояние.

Был впервые обнаружен и экспериментально исследован перенос заря да в структурах металл–полимер–вакуум и полупроводник–полимер– вакуум (электронная эмиссия). Показано, что эмиссия электронов является следствием локального переключения.

Благодаря возможностям сканирующей туннельной микроскопии пока зана взаимосвязь эффектов переключения и эмиссионных свойств. Впервые методами сканирующей туннельной микроскопии реализована возмож ность управления зарядовыми процессами в кремний-полимерных структу рах.

Новое научное направление Физика зарядовых процессов в субмикронных приэлектродных слоях неупорядоченных органических диэлектриков.

Защищаемые положения 1. Изменение условий инжекции на границе раздела металл–полимер приводит к резкому увеличению проводимости в системе металл– полимер–металл (эффекту переключения) при субмикронной тол щине полимерного слоя.

2. Проводимость в системе металл–полимер–металл анизотропна, что обусловлено шнурованием инжекционного тока. Токовые шнуры (проводящие каналы) локализованы на межглобулярных границах полимерной пленки. Свойства проводящих каналов обусловлены вза имной ориентацией боковых фрагментов макромолекулы.

3. Следствием эффектов переключения является электронная эмиссия в структурах металл–полимер–вакуум и полупроводник полимер– вакуум.

4. Следствием эффектов переключения является возможность записи информации при исследовании структур металл–полимер и полу проводник–полимер методом сканирующей туннельной микроско пии.

Практическая значимость работы Во многом обусловлена потребностями современной микроэлектрони ки. Использованные в работе физические подходы и модели для описания эффектов переключения носят достаточно общий характер. Исследование и сравнение разных видов воздействия на полимерную пленку, приводящих к возникновению высокопроводящего состояния, способствуют развитию теоретических представлений о механизме электронного переключения в разных классах объектов.

Реализуемые в полимерной пленке эффекты электронного переключе ния позволяют использовать структуры металл–полимер–металл в качестве энергонезависимых элементов памяти.

Результаты исследования инжекционных процессов на границе металл– полимер при фазовом или структурном переходе в металле позволяют ис пользовать это явление для неразрушающей диагностики структурных пре вращений в металлах.

Результаты исследования эмиссионных свойств структур с полимер ными покрытиями открывают возможности для создания новых типов не накаливаемых катодов, плоских дисплеев и катодолюминесцентных источ ников света.

При СТМ-исследовании кремний-полимерных структур осуществляет ся локальное воздействие на структуру и регистрируется результат воздей ствия в масштабе, близком к атомарному, что дает возможность записы вать, перезаписывать и хранить информацию.

Апробация работы Результаты работы были представлены на конференциях и симпозиу мах разного уровня. В частности, IV Всесоюзный симпозиум «Неоднород ные электронные состояния» Новосибирск'91, 1991;

EMRS Conference, 1991, Strasbourg;

Int. conference on electronic materials-ICEM 92, Strasbourg;

ICSM'92, Geteborg, Sweden, 1992;

3-rd IUMRS Int. Conf. on Advanced Mate rials, Tokyo, 93, Japan;

MRS-93, Fall Meeting, Boston, 1993;

EMRS-spring meetting 1994, Strasbourg, France;

ISCM'94, Seoul, 1994, Korea;

Int. Conf. of Science and Technology of Synthetic Metals, 1996, Snowbird, USA;

Interna tional Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM'98), Nantes, France, 1998;

7th Int. Symp. «Nanostructures: Physics and Technology», St. Petersburg, Russia, 1999;

Advanced Research Workshop «Investigations and Applications of Severe Plastic Deformation», Moscow, Russia, 1999;

совеща ние «Зондовая микроскопия-2000», Нижний Новгород, 2000;

Всероссий ская конференция «Структура и динамика молекулярных систем», Яльчик 2000;

Towards molecular electronics 25–30 June 2001, Srem (Poland);

Int.

Workshop «Scanning Probe Microscopy-2002», Nizhny Novgorod, 2002, Rus sia;

Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia, Symposium and Summer School, Moscow, 2002;

симпозиум «На нофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 2005;

V Международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», 2006, Санкт-Петербург;

6th Inter. Conf. Electronic Processes in Organic Materials (ICEPOM-06) Gurzuf, Ukraine, 2006;

VII Международная научная конфе ренция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», 2007, Кисловодск, Россия;

VI Международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники», 2008, Санкт-Петербург;

IV Inter national Conference on Molecule Electronics ELECMOL’08 December 8–12, 2008, Grenoble;

Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектро ника», Нижний Новгород, 16–20 марта 2009;

Eupoc2009-EPF Europolymer Conference. May 31 – June 4, 2009 – Gargnano Lago di Garda;

XVI Россий ский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, РЭМ`2009, 31 мая – 1 июня 2009, Чер ноголовка.

Публикации По теме диссертации опубликовано: 1 учебное пособие (в соавторстве), 44 статьи в отечественных и зарубежных рецензируемых научных изданиях (37 статей в перечне, рекомендованном ВАК), получено 3 патента.

Личное участие автора в получении научных результатов Состоит в постановке задачи исследований, выборе объектов и методов их исследования, проведении экспериментов и обработке полученных ре зультатов, интерпретации экспериментальных данных на основе теоретиче ских моделей, обсуждении полученных результатов и написании статей.

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения;

главы, содержащей обзор литерату ры и описание современного состояния проблемы;

главы, посвященной описанию объектов и методов их исследования;

пяти глав, содержащих описание основных результатов исследования;

обсуждения и выводов;

спи ска литературы. Общий объем диссертационной работы составляет 316 страниц текста, включая 76 рисунков и 3 таблицы. Список литературы включает 319 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Основное содержание диссертации Во введении дана общая характеристика диссертационной работы, обоснованы важность и актуальность выбранной тематики, сформулирова ны цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

I. Обзор литературы. Современное состояние проблемы I.1. Проводящие свойства полимеров В этом параграфе сделан литературный обзор экспериментальных и теоретических работ, связанных с различными механизмами переноса за ряда в полимерах. В принципе возможны три механизма переноса носите лей заряда в полимерах: безактивационный зонный, туннельный и актива ционный прыжковый.

Перенос заряда может осуществляться электронами, ионами, поляро нами и т. д. Наличие свободных или слабосвязанных носителей заряда в полимерах может быть обусловлено термической ионизацией макромоле кул и молекул примесей, ионизацией этих молекул под действием света и ионизирующей радиации, а также инжекцией носителей в полимер.

Проблему получения электропроводящих полимеров можно разбить на две основные части. Во-первых, необходимо создавать полимерные мате риалы, химическая структура которых способствовала бы формированию делокализованных электронных состояний – зон или уровней переноса за ряда. Вторая проблема связана с отсутствием свободных носителей заряда в полимерах, без высокой концентрации которых достижение высоких зна чений электропроводности невозможно.

I.2. Эффекты переключения в различных материалах Представлены данные о различных классах объектов, в которых на блюдаются эффекты электронного переключения (ЭЭП). Определены об щие характерные проявления ЭЭП для халькогенидных стеклообразных полупроводников, аморфных пленок окислов и тонких полимерных пленок.

Описаны известные результаты по переключению в высокопроводящее состояние различных классов полимеров при воздействии электрического поля и одноосного давления. Рассмотрены некоторые общие свойства тако го состояния и возможные модели аномально высокой проводимости. От мечено наличие нескольких моделей высокопроводящего состояния, что свидетельствует о недостаточной проработке существующих теоретиче ских представлений.

I.3. Обсуждение существующих моделей В этом параграфе проведен сравнительный анализ теоретических моде лей, выдвинутых в разное время для объяснения существования высоко проводящего состояния в полимерных пленках. При создании теоретиче ских моделей, объясняющих высокую проводимость тонких органических полимерных пленок, используются два основных подхода. В основе перво го подхода, как правило, прослеживается четкое стремление найти объяс нение в физико-химических свойствах конкретных полимеров. К этой группе моделей можно отнести, например, модель «суперполярона», денд ритные модели, солитонную модель. Во втором случае авторы стараются базироваться на более общих представлениях о полимерной среде. Это та кие модели, как исторически первая модель облегченной инжекции, теория состояния высокой проводимости в системах с пониженной размерностью проводящей подсистемы или высокотемпературной сверхпроводимости.

I.4. Эффекты переключения в пленках полиариленфталидов Представлены имеющиеся литературные данные о различных проявле ниях эффекта переключения в субмикронных пленках полигетероариленов.

Было показано, что вблизи пороговых величин поля и давления электро проводность структуры металл-полимер–металл становится чрезвычайно неустойчивой. Слабое механическое или электрическое воздействие могут вызвать переход образца в высокопроводящее или другое по проводимости состояние.

Работы по исследованию термостимулированных токов в структуре ме талл-полимер–металл показали, что спектры ТСТ существенно зависят от толщины полимерной пленки и свидетельствуют об увеличении концен трации ловушечных состояний в тонких пленках.

Была выявлена связь между эффектами электролюминесценции и элек тронного переключения. Электролюминесценция предшествовала переходу образца в высокопроводящее состояние и отсутствовала в ВПС.

Была изучена структура электронной валентной зоны полидифенилен фталида. Расчеты показали, что состояния HOMO и LUMO локализованы на разных частях молекулярных цепей, что указывает на отсутствие элек трон-дырочной симметрии в электронной структуре. Основной вывод из численных расчетов заключается в том, что индивидуальные молекулы по лидифениленфталида обладают двумя энергетически устойчивыми геомет риями.

Одним из проявлений электронного переключения, индуцированного изменением граничных условий на поверхности раздела металл–полимер, является реакция системы на изменение магнитного состояния подложки.

Важную информацию о механизме переноса заряда в тонких пленках несопряженных полимеров удалось получить при изучении транспорта за ряда в условиях сверхнизких температур и при использовании в качестве электродов сверхпроводящих металлов.

Сформулированы общие признаки изменения электропроводности в пленках несопряженных полимеров, присущие различным способам ее инициирования.

1. Аномально низкие величины внешних воздействий, индуцирующих переход в высокопроводящее состояние (ВПС) в полимере.

2. Пороговый характер явления. Переход в ВПС осуществляется при достижении внешним полем определенной критической величины.

3. Изменение электропроводности полимерной пленки происходит скачком из диэлектрического состояния в металлоподобное.

4. В ВПС проводимость полимера имеет металлоподобную темпера турную зависимость вплоть до гелиевых температур.

5. В ВПС в полимерном образце также можно реализовать зарядовую неустойчивость, которая приводит к обратному переходу в диэлек трическое состояние.

6. В результате перехода в состояние с металлоподобной проводимо стью полимерный образец разбивается на высокопроводящие до мены, разделенные диэлектрической матрицей.

I.5. Свойства полимеров, обеспечивающие их применение в качестве материалов для электроники. Размерные эффекты в тонких полимерных пленках Накопленные к настоящему времени экспериментальные и теоретиче ские результаты исследований позволяют предположить, что основы пове дения органических полимерных и неорганических диэлектрических пле нок имеют общую природу. Многие из этих явлений объединяет несколько достаточно формальных параметров. В частности, они наблюдаются при толщинах, меньших некоторой критической, и в экспериментальной струк туре типа «сэндвич»: металл–диэлектрик–металл (МДМ).

Подобное ограничение толщин для возникновения проводимости в по лимерной пленке связывают с такими параметрами носителей заряда, как глубина проникновения поверхностного заряда или длина когерентности куперовской пары, а высокую проводимость относят к резонансному тун нелированию через относительно широкий потенциальный барьер специ фической структуры.

Наиболее сложной составляющей проблемы переноса заряда в металл полимерных образцах является вопрос о трансформации электронной структуры полимерного диэлектрика, в результате которой он становится хорошим проводником тока. До настоящего времени отсутствует общее представление о роли полимера в этом процессе. Кроме того, высокопро водящее состояние полимерной пленки не является однородным по объему.

В этом состоянии полимерная пленка разбивается на электропроводящие каналы (домены), окруженные диэлектрической полимерной матрицей.

При уменьшении толщины диэлектрической пленки может возникнуть ситуация, когда заряды, сосредоточенные вблизи противоположных кон тактов, начнут взаимодействовать между собой, приводя к искажению формы потенциального барьера.

II. Объекты и методы исследования II.1. Характеристика исследуемых полимеров Описаны основные свойства объектов исследования: полимеров класса полигетероариленов. Приведены структурные формулы и молекулярно массовые характеристики полимеров этого класса. Строение синтезирован ных полимеров устанавливали комплексным использованием методов структурного анализа полимеров.

Наиболее эффективным методом очистки полимеров оказалось сочета ние переосаждения полимера с непрерывной экстракцией комплексообра зующими растворителями. Последовательное использование для экстрак ции комплексообразующих растворителей (ацетон, метилэтилкетон, аце тилацетон) обеспечивает эффективное удаление органических и неоргани ческих примесей.

Этот метод был использован при очистке полимеров, полученных раз личными способами, при использовании различных типов катализаторов, например хлористого алюминия, пятихлористой сурьмы, хлористого ин дия. Во всех случаях непрерывная экстракция позволяла получать практи чески чистые полимеры. Весьма важным для настоящего исследования яв ляется факт, что результаты измерений электрофизических свойств поли меров хорошо воспроизводились и не зависели от предыстории полимера.

II.2. Физические методы исследований В этом параграфе описана структура исследований и взаимосвязь мето дов, использованных в работе.





В большинстве экспериментов образец представлял собой структуру типа «сэндвич»: металл–полимер–металл. Измерительная ячейка позволяла проводить измерения в температурном интервале от 120 К до 500 К, при различных внешних напряжениях, изменении одноосного давления и дру гих вариациях внешних условий.

При исследовании электронно-стимулированной проводимости и като долюминесценции использовался растровый электронный микроскоп РЭМ 200. Ускоряющее напряжение составляло 10 20 кВ, ток зонда ~ 10–6 А.

Исследование распределения высокопроводящих доменов в полимер ной пленке, а также контроль качества пленок и контроль микрорельефа подложек проводились методами просвечивающей электронной микроско пии на электронном микроскопе ЭММА-4. Для визуализации проводящих областей в тонкой пленке полимера был использован метод объемного диффузионного декорирования пленки полимера атомами металла.

Большой объем работ был выполнен с использованием методик сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Методы атомно-силовой микроскопии применялись для контроля качества поверхности электродов, для исследования поверхности полимерных пленок в широком диапазоне толщин и после различных внешних воздействий, для определения толщины пленок. Методы сканирующей туннельной микроскопии, кроме обычного картографирования поверхности, использовались для локального воздействия на полимерную пленку и регистрации результатов такого воздействия. Исследования проводились на сканирующем мультимикро скопе СММ-2000Т, который позволяет работать как в режиме сканирую щей туннельной микроскопии (СТМ), так и в режиме атомно-силовой микроскопии (АСМ).

II.3. Методика приготовления полимерных пленок Все основные результаты данной работы были получены при использо вании поли(3,3’-фталидилиден-4,4’-бифенилилен)а, (полидифениленфта лида) (рис. 1).

Рис. 1. Структурная формула поли(3,3’-фталидилиден-4,4’-бифенилилен)а и модельное трехмерное изображение структурного звена Этот полимер хорошо растворим в хлороформе и циклогексаноне, что позволяет получать образцы полимера в виде качественных пленок тол щиной от 10–20 нм до 250–300 мкм. Для получения наиболее равномер ных по толщине и однородных пленок использовался метод центрифуги рования из раствора в циклогексаноне на твердой подложке. Для изготов ления пленок различной толщины были использованы растворы полиме ров в циклогексаноне с концентрациями 0,5–15 %. Получаемые пленки были прочные, прозрачные в оптической области спектра (оптическая щель ~4 эВ), однородные. В серии экспериментов применялись пленки полимера, свободные от подложки. Для получения свободных пленок по лимера использовался метод центрифугирования из раствора в циклогек саноне на предметное стекло с последующим отделением пленки от по верхности стекла за счет действия капиллярных сил.

II.4. Результаты АСМ-контроля полимерных пленок Исследования морфологии поверхности полимерных пленок проводи лись на сканирующем мультимикроскопе СММ-2000Т, в АСМ-режиме, в контактной моде. Обычно использовались следующие параметры сканиро вания: давление кантилевера на поверхность полимера 10 nN, шаг сканиро вания 9,16 и скорость сканирования 9,155 мкм/с. На рис. 2 изображен край царапины в полимерной пленке, нанесенной на поверхность полиро ванного кремния. Видно, что поверхность полимерной пленки гладкая и однородная, а наличие четкой ступеньки позволяет определить толщину полимерной пленки, которая составила в данном случае 347,2 нм.

В результате АСМ-исследований был накоплен большой объем экспе риментальных данных. Он свидетельствует о том, что при соблюдении технологических параметров полимерные пленки имеют высокое качество поверхности в широком диапазоне толщин и одинаковую толщину на уча стках большой площади. При работе с полимерными пленками на металли ческих подложках было обнаружено, что при формировании царапины часть пленки может остаться на подложке, то есть происходит расслоение пленки. Этот факт позволил получить информацию о внутренней структуре полимерной пленки. Оказалось, что полимерная пленка состоит из глобул продолговатой формы с поперечным размером 50–80 нм, причем глубина впадин между глобулами составляет 5–10 нм.

Рис. 2. АСМ-изображение края царапины в полимерной пленке, размер ска на 2,9 мкм 2,9 мкм 643 нм: а – морфология поверхности, б – трехмерное изображение поверхности, в – изображение профиля поверхности вдоль измерительной линии II.5. Методика подготовки металлических электродов При проведении электрофизических измерений использовался образец, представлявший собой структуру типа «сэндвич» металл–полимер–металл (М1-П-М2). В качестве поверхности (электрод М1), на которую отливались пленки, использовались электроды из Au, Al, Cu, V, которые получались как методом диффузионного напыления в вакууме, так и методом механи ческого или химического полирования поверхности металлической пласти ны. В качестве М2 применялись электроды из Cu, Al, Ni, легкоплавких ме таллов: Ga, сплав Вуда, In, Sn;

а также Cu, Ni с нанокристаллической структурой.

Нанокристаллическая структура в Cu и Ni создавалась методами интен сивной пластической деформации (ИПД): кручение под давлением и рав ноканально-угловым прессованием (РКУ). Данные методы ИПД относятся к числу основных и удовлетворяют всем необходимым требованиям при получении наноструктур в объемных образцах. Для предварительной под готовки поверхности использовалась методика механической полировки.

После этого наноструктурный металл подвергался химической полировке и затем селективному травлению.

II.6. Описание экспериментальных установок Для проведения температурных измерений образец помещался в изме рительную ячейку, позволяющую проводить измерения в интервале темпе ратур 20–400 оС. Температурные измерения проводились при изменении температуры с постоянной скоростью. При измерениях температура реги стрировалась при помощи дифференциальной хромель-копелевой термопа ры. Управление экспериментом, сбор и обработка результатов осуществля лись с помощью ЭВМ.

Приведено описание экспериментальной установки для исследования ВАХ методом комбинированного воздействия. ВАХ измерялась при одно временном воздействии на образец электрического поля, постоянного и переменного давления. Созданная установка позволяла с помощью посто янного давления Рпост подводить рабочую точку непосредственно к области перехода. С помощью переменного значительно меньшего постоянного давления Рпер задавалась рабочая точка в области перехода. При этом ам плитуда переменного воздействия подбиралась таким образом, чтобы сум марного постоянного и переменного давления было бы недостаточно для перехода образца в высокопроводящее состояние.

II.7. Анализ ошибок измерений При исследовании температурных зависимостей тока и разности по тенциалов (РП) погрешность определения температуры определялась толь ко приборной погрешностью и составляла ±0,1 оС. Значение тока и РП по лучалось путем усреднения 10–1000 точек, промеренных с интервалом 10 мкс. Для каждого значения просчитывалась дисперсия и оценивалась погрешность. Максимальная величина погрешности тока и РП в экспери ментах не превышала 8 %.

При исследовании ВАХ измерения проводились при непрерывном с за данной скоростью изменении одного из параметров, то есть в каждой точке осуществлялось только одно измерение. Следовательно, в данном случае можно оценить лишь ошибки, связанные с погрешностями измерительных приборов. Максимальная величина погрешности составила 7 % (в процен тах к измеряемой величине при доверительной вероятности = 0,997).

III. Электронное переключение при различных внешних воздействиях. Инжекционная модель III.1. Исследование влияния диффузии материала электродов в полимер на эффекты переключения Одним из способов изменения граничных условий может быть исполь зование в качестве одного из электродов металла, в котором в необходимом температурном интервале происходят значительные структурные измене ния, например, в результате плавления. На рис. 3 представлены характер ные температурные зависимости тока, протекающего через полимерную пленку в М1-П-М2 системе при использовании в качестве М2 разных легко плавких металлов. Особенностью представленных на этом рисунке кривых является то, что все они были получены при проведении измерений на од ном определенном месте поверхности полимерного пленочного образца.

Рис. 3. Температурная зависимость тока, протекающего через образец, при использовании в качестве М2 разных металлов: 1 – галлий, 2 – сплав Вуда, 3 – индий, 4 – олово На всех кривых вблизи температуры плавления легкоплавкого электро да наблюдается резкое увеличение измеряемого тока, что соответствует переходу М1-П-М2 системы в высокопроводящее состояние. При дальней шем нагреве система остается в ВПС. При охлаждении она возвращается в исходное диэлектрическое состояние при температуре, примерно равной температуре кристаллизации металла М2.

После проведения измерений с легкоплавкими металлами общее коли чество циклов измерения на одном и том же месте полимерной пленки со ставляло не менее сорока. Для контроля проводимости полимерной пленки были проведены измерения ее температурной зависимости с использовани ем вместо легкоплавкого зондирующего медного (алюминиевого) электро да. В результате было установлено, что каких-либо особенностей в проте кании тока во всем измеряемом интервале температур нет. Образец оста вался в диэлектрическом состоянии во всем температурном диапазоне.

III.2. Влияние разности потенциалов на переход в ВПС В этом параграфе описано исследование влияния внешнего электриче ского поля на эффект переключения при плавлении одного из электродов.

На рис. 4 представлены типичные температурные зависимости разности потенциалов (РП) в М1-П-М2 системе, полученные при использовании в качестве М2 разных легкоплавких металлов.

Рис. 4. Температурная зависимость разности потенциалов в М1-П-М2 сис теме, при использовании в качестве М2 разных металлов: 1 – сплав Вуда, 2 – индий, 3 – олово В эксперименте использовалась схема без источника ЭДС в измери тельной цепи. При комнатной температуре на электродах регистрируется некоторая разность потенциалов U, обусловленная, по-видимому, полем объемного заряда и контактной разностью потенциалов. При увеличении температуры наблюдается нелинейный рост U, практически прекращаю щийся за 10–30 градусов до температуры плавления электрода. В этом ин тервале температур в экспериментальной структуре возникают флуктуации РП. При достижении температуры плавления металла РП резко уменьшает ся до приборного нуля. Каких-либо отличий в характере переходов в зави симости от количества переключений обнаружено не было. Результаты исследований позволяют утверждать, что переход М1-П-М2 системы в вы сокопроводящее состояние может происходить без внешнего источника ЭДС.

III.3. Исследование влияния внешних параметров на эффект переключения Эксперименты показали, что эффект переключения в образце стабиль но воспроизводится при толщине полимерной пленки dth 7 мкм. Данный факт представляется особенно важным, так как значение dth сопоставимо с удвоенным значением глубины проникновения поверхностного заряда. Как следствие существует сильная зависимость электропроводности полимера от поверхностных состояний и условий, определяющих инжекцию зарядов на поверхности раздела металл–полимер.

Отклонение температурной зависимости РП от экспоненциальной, на личие других температурных особенностей на этой зависимости могут яв ляться следствием увеличения в полимерной пленке концентрации нерав новесного объемного заряда в результате изменения условий на границе раздела металл–полимер вблизи температуры плавления металла. Воспро изводимость температурных измерений при достаточно большом времени выдержки образца между двумя последовательными циклами нагрев– охлаждение говорит о значительном времени релаксации объемного заряда в полимерной пленке, возникшего в результате инжекции из электрода.

III.4. Анализ применимости инжекционной модели Известно, что при контакте металла с полимером в результате вырав нивания уровней Ферми в полимере возникает избыточный заряд. В поли мере возникает приповерхностный заряд с глубиной проникновения в объ ем образца zo. Плотность этого заряда определяется формулой N = ( – m)/2(e·zo)2, (1) где e – заряд электрона, – диэлектрическая проницаемость, m и – эф фективная работа выхода (ЭРВ) металла и полимера соответственно. Вели чина заряда и глубина проникновения зависят от свойств полимера и пара метров контактирующих с ним металлов. По различным оценкам, zo со ставляет 1–4 мкм, что сопоставимо с толщиной полимерной пленки в на ших экспериментах. Изменение заряда dN при изменении температуры на dT можно представить в виде dN/dT ~ ( – m) d/dT + ·d(m)/dT. (2) Плотность тока в системе М1-П-М2 можно выразить формулой:

J = – N·d/dx – eD·dN/dx, (3) где – подвижность носителей в полимере, D – коэффициент диффузии носителей, – распределение потенциала в полимере.

На основе (1–3) была проведена оценка относительного изменения за ряда dN/N в полимере при контактировании его с индием. Это изменение оценивалось при следующих предположениях: полимера мало меняется с температурой, эффективная работа выхода индия (In) имеет скачок при температуре плавления, уменьшаясь на ~ 0,1 эВ. С учетом сказанного dN/N может достичь ~ 80 %. При равновесной концентрации носителей заряда 1011–1013 см–3 такого изменения недостаточно для возникновения высокой проводимости в полимере. С учетом того, что перенос заряда в полимере осуществляется по проводящим каналам, естественно предположить, что максимальное изменение концентрации заряда происходит в этих областях.

Кроме того, необходимо учесть факт увеличения концентрации объемного заряда в предпереходной области на 400–500 % от исходного значения. Та ким образом, получаем, что локальная концентрация заряда может дости гать ~ 1019–1020 см–3 (плотность каналов 104–105 см–2, средний диаметр ~ 100 нм). В этом случае 80%-й скачок плотности заряда при температуре плавления из-за изменения ЭРВ будет происходить относительно высокого значения неравновесной концентрации заряда.

Инжекцию заряда в пленку полидифениленфталида можно условно разделить на два взаимосвязанных процесса: первый приводит к захвату электронов на молекулярные ловушки, второй обусловлен собственно пе реносом заряда через систему. Захваченный заряд может либо участвовать в процессе прыжкового переноса, либо в результате взаимодействия с мо лекулой создать глубокий электронный уровень. В результате перестройки энергетического спектра электронов инжекция может осуществляться не только на изначально существовавшие состояния, но и на электронные со стояния, возникающие в результате трансформации электронного спектра.

При достижении определенной концентрации таких состояний будет про исходить электронное переключение, например, в результате перекрытия волновых функций этих состояний.

III.5. Динамика вольтамперных характеристик в области перехода образца в ВПС Для изучения динамики электронных состояний вблизи порога пере ключения были измерены и проанализированы вольтамперные характери стики. Для этого разработан и применен метод комбинированного воздей ствия постоянного, переменного давлений и электрического поля на поли мерную пленку.

На рис. 5 представлены типичные ВАХ полимерной пленки в зависи мости от величины постоянного давления. При малых давлениях ВАХ не линейная и напоминает по своей форме ВАХ образца, находящегося в низ копроводящем состоянии. Увеличение постоянного давления приводит к последовательному изменению формы ВАХ. В режиме постоянного тока при относительно малых напряжениях эта ВАХ линейная. В определенном узком интервале напряжений происходит формирование участка со сверх линейной зависимостью I(U), который затем переходит в участок предель ного заполнения ловушек (ПЗЛ) при U = UПЗЛ. При относительно больших напряжениях вновь регистрируется зависимость с показателем, близким к единице. Уменьшение напряжения воспроизводит форму ВАХ. Дальней шее повышение давления приводит к формированию N-образного участка отрицательного дифференциального сопротивления. Последующий рост давления приводит к вырождению ВАХ к линейному виду, что соответст вует завершению процесса перехода полимерной пленки в высокопрово дящее состояние.

Рис. 5. Вид ВАХ вблизи порога переключения по давлению Анализ полученных результатов был проведен в рамках инжекционной модели токов, ограниченных пространственным зарядом. Предполагалось, что напряженность внутреннего поля у выходного контакта в системе рав на ~ U/L;

распределение ловушек внутри энергетической щели имеет гаус совский характер и центрировано относительно какого-либо уровня захва та;

все ловушки, лежащие ниже квазиуровня Ферми EF(L), заполнены.

В рамках этих предположений можно рассчитать EF(L) у выходного кон такта и соответственно число захваченных носителей, которое и даст число ловушек. Изменяя приложенное напряжение и тем самым смещая положе ние EF(L), можно определить распределение ловушек по энергиям.

Согласно этой модели, инжекционный ток можно определить, как J = e··Nc exp[-EF(L)/ kT] F(L), (4) где F(L) = x1·U/L, x1 – постоянная, значения которой лежат в интервале от до 2;

Nc – эффективная плотность состояний на уровне проводимости.

Смещение квазиуровня Ферми при изменении приложенного напряже ния от U1 до U EF(L) = EF1(L) – EF2(L) = kT·{ln(J2 / J1) + ln[F1(L)/ F2(L)]}. (5) Распределение ловушек (m h() = dnt/d = nto(m – 1)–1exp[ – 1)–1d], (6) о где –EF(L)/kT;

m – наклон графика зависимости ln J = f(ln U);

o, nto относятся к самым глубоким уровням ловушек и их плотностям, через ко торые перемещался квазиуровень Ферми в ходе эксперимента. Таким обра зом, зная зависимость EF(L) = f[1/(m – 1)], можно экспериментально опре делить функцию распределения ловушек по энергиям h() (рис. 6).

1. - (m - 1) 0. 0. 0.00 0.01 0. dE, эВ Рис. 6. Зависимость параметра m от смещения квазиуровня Ферми dE в области токов, соответствующих режиму ПЗЛ Проведенный анализ экспериментальных ВАХ в рамках (4–6) показал, что смещение квазиуровня Ферми происходит в узком интервале энергий EF(L) ~ 0,1 эВ. Ширина энергетической зоны, в которой располагаются ловушки, составляет около 0,05 эВ.

III.6. Эффект переключения при эволюции микроструктуры в наноструктурном металле Согласно инжекционной модели, способ изменения ЭРВ не должен иметь существенного значения для осуществления переключения. Поэтому принципиальным для понимания причин изменения проводимости в систе ме металл–полимер–металл при вариации граничных условий стал бы вы бор такого механизма изменения ЭРВ металла, при котором не изменялось бы его агрегатное состояние.

Этим критериям удовлетворяют наноструктурные материалы, получен ные интенсивной пластической деформацией (ИПД) металлов. ИПД метал лов приводит к формированию в них ультрамелкозернистых структур с характерно высокими плотностями решеточных и зернограничных дисло каций, других дефектов, которые создают поля дальнодействующих упру гих напряжений. Поэтому полученные методами ИПД наноструктуры об ладают высокой запасенной энергией и являются метастабильными.

Рост зерен в наноматериалах начинается при относительно низких тем пературах (0,4Тпл и даже меньше). В ходе низкотемпературного отжига при температуре возврата структурные изменения сопровождаются восстанов лением равновесного значения ЭРВ. В системе металл–полимер– наноструктурный металл (М1-П-М2) это изменение должно повлиять на условия контактирования на границе раздела наноструктурный металл– полимер, что скажется на значении инжекционного тока, протекающего через М1-П-М2 систему.

При комнатной температуре образец находился в низкопроводящем со стоянии. При нагреве такое состояние сохранялось до температуры 140– 145 оС. При этой температуре наблюдалось возникновение осцилляций то ка, амплитуда которых увеличивалась с ростом температуры до тех пор, пока система не переходила в высокопроводящее состояние. При дальней шем нагреве в интервале 20–50 оС образец оставался в высокопроводящем состоянии. Дальнейшее увеличение температуры приводило к новому рос ту амплитуды флуктуаций тока и возвращению образца в исходное диэлек трическое состояние.

В работах, в которых эволюция микроструктуры исследовалась мето дами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, диффе ренциальной сканирующей калориметрии, было показано, что наиболее интенсивные процессы изменения структуры происходят в температурных интервалах 100–200 оС для меди и 180–220 оС для никеля. Эти температур ные интервалы близки к температурным интервалам, в которых происхо дит увеличение электропроводности, обнаруженным в описанных выше экспериментах. Из этого факта можно сделать вывод о том, что механизмы, инициирующие эти изменения, аналогичны и вызваны температурной трансформацией микроструктуры металлических образцов.

III.7. Влияние низкотемпературного отжига на эффект переключения Была исследована динамика изменений температурных зависимостей тока, протекающего через систему М1-П-М2. Для этого в ходе эксперимен тов на одной и той же полимерной пленке с одной и той же парой электро дов в циклах нагрев–охлаждение измерялась серия зависимостей тока от температуры. Необходимо обратить внимание на некоторые особенности представленной зависимости.

1. В течение одного цикла нагрев–охлаждение не происходит возврата образца в равновесное состояние. Полный переход происходит за время нескольких циклов.

2. При увеличении числа циклов обнаруживается тенденция к уменьшению температуры, при которой эти особенности начинают наблюдаться. Одновременно происходит расширение температур ного диапазона, в котором наблюдается эффект.

III.8. Влияние внешних параметров Как и в экспериментах с плавлением, было исследовано влияние при ложенного электрического поля и толщины полимерной пленки на эффект переключения. Результаты оценки влияния поля проводили по величине интеграла, взятого в интервале (Т1, Т2), по IU(T)dT в зависимости от величины приложенного напряжения. Этот интеграл пропорционален сум марному заряду, прошедшему через образец в заданном интервале температур. Т1 и Т2 – граничные температуры экспериментального интервала, IU(T) – зависимость тока от температуры при напряжении U на электродах.

Анализ результатов измерений для пленок толщиной 0,5–1,5 мкм показал, что при U Uth (~ 0,1 В) величина заряда, протекающего через образец, практически не зависит от температуры и является минимальной (заряд минимален и постоянен). В интервале напряжений Uth U 5 В происходит резкое нелинейное увеличение суммарного заряда, прошедше го через полимер по мере увеличения напряжения.

IV. Исследование полимерных пленок электронно зондовыми методами IV.1. Методика структурных исследований Исследование распределения высокопроводящих доменов в полимер ной пленке, а также контроль качества пленок и контроль микрорельефа подложек проводились методами просвечивающей электронной микро скопии на электронном микроскопе ЭММА-4. Полимерные пленки тол щиной не более 100 нм тем или иным способом переключались в высокопроводящее состояние. Затем нижний электрод полностью раство рялся в азотной кислоте. Отделившаяся пленка дважды промывалась в дистиллированной воде и вылавливалась на предметную сеточку. После сушки сеточка с полимерной пленкой помещалась в патрон объектов электронного микроскопа. Выявление структурных неоднородностей в по лимерных пленках затруднено вследствие малого электронно-оптического контраста образцов, так как они в основном состоят из элементов с малым атомным весом (углерод, водород, кислород). В связи с этим для визуа лизации проводящих областей в тонкой пленке полимера был использован метод объемного диффузионного декорирования пленки атомами металла.

IV.2. Наблюдение структуры полимерных пленок после различных воздействий При переключении полимера в высокопроводящее состояние возрас тает лишь компонента проводимости, направленная вдоль приложенного электрического поля (поперек пленки). Появляющаяся в результате пере ключения высокая анизотропия проводимости свидетельствует об образо вании в полимерной пленке проводящих каналов. Возникает вопрос: не является ли эффект переключения следствием какого-либо артефакта, при водящего к прямому контакту между электродами? Такой контакт может быть следствием разных причин, например:

1. В полимерной пленке могут существовать сквозные отверстия и не однородности, возникшие в процессе ее изготовления.

2. При воздействии одноосного давления пленка может быть деформи рована микровыступами электродов.

3. В пленке может произойти электрический пробой, облегченный ло кальной неоднородностью электрического поля на микронеровностях элек тродов.

4. Материал электрода может прорасти сквозь полимерную пленку в результате диффузии, образуя металлические перемычки между электро дами.

Было установлено, что исходная полимерная пленка сплошная и глад кая. Многократное переключение пленки в высокопроводящее состояние при воздействии одноосного давления и электрического поля не приводит к появлению видимых изменений в пленке (рис. 7). Картины электронной дифракции во всех случаях соответствуют аморфному состоянию образца.

IV.3. Диффузионное декорирование проводящих областей в поли мерной пленке Выявление структурных неоднородностей в полимерных пленках за труднено вследствие малого электронно-оптического контраста образцов.

В связи с этим для визуализации проводящих областей в тонкой пленке полимера был использован метод объемного диффузионного декорирова ния пленки атомами металла. В основе метода лежит разница коэффициен тов диффузии для диэлектрических и проводящих участков пленки.

На рис. 8 представлены результаты таких экспериментов. На микрофо тографии видны участки в образце, резко отличающиеся по своему элек тронно-оптическому контрасту от остальной полимерной матрицы.

0,5 мкм 0,5 мкм Рис. 7. Электронная микрофото- Рис. 8. Электронная микрофото графия диффузионно- графия полимерной пленки, декорированной полимерной многократно переключавшейся пленки в ВПС Это объясняется частичным внедрением в полимер атомов металла из электрода. Характерный размер декорированных областей 0,05–0,2 мкм.

Поверхностная плотность таких областей зависит от толщины пленки и составляет 105–108 см–2.

IV.4. Обсуждение результатов В этом параграфе сравниваются результаты электронно-микроскопиче ских исследований полимерных пленок, полученные в данной работе, и результаты визуализации проводящих каналов в полимерных пленках при помощи жидких кристаллов, полученные другими авторами. Показано близкое совпадение концентраций диффузионно декорированных областей и сферолитов в слое ЖК. Описаны также результаты экспериментов по вы явлению структурных неоднородностей в полимерных пленках при помо щи контрастирования солями тяжелых металлов. При этом использовались свободные пленки толщиной 200–300, полученные путем отлива на по верхности воды.

IV.5. Методика исследования электронно-стимулированной проводимости Для исследования зависимости электропроводящих свойств полимера от облучения электронным пучком использовалась установка, собранная на базе растрового электронного микроскопа РЭМ-200. При исследовании электронно-стимулированной проводимости в полимерной пленке ис пользовался электронный зонд с током пучка до 10 мкА и энергией 10 кэВ, полученный в отсутствие юстировочных диафрагм. Минимальный диаметр сфокусированного пучка составлял при этом 100 мкм. Для каждого элемента поверхности мишени развертка электронного пучка в растр эквивалентна импульсному режиму бомбардировки.

IV.6. Эффекты переключения при электронной бомбардировке Представлены результаты исследования электронно-стимулированной проводимости (ЭСП) в пленках полидифениленфталида. Ток ЭСП сущест вует только в момент попадания электронов на образец и остается постоян ным при постоянном токе пучка. После нескольких минут облучения в присутствии внешнего электрического поля ~ 104–105 В/см полимерная пленка переключалась в высокопроводящее состояние (ВПС) с собствен ной (темновой) проводимостью с удельным сопротивлением 101–102 Ом.

см. Высокопроводящее состояние сохранялось и при отсутствии пучка электронов. При увеличении дозы облучения и импульсном воздействии темновой ток растет сразу после включения пучка, затем достигает насы щения и, наконец, резко уменьшается почти до нуля. Среднее время от на чала воздействия электронного пучка до выключения ВПС составляет 6 с.

После выключения электронного пучка ток сквозь образец резко увеличи вается до прежнего значения также со средней временной задержкой 6 с.

IV.7. Оптические свойства облученных образцов При облучении изменяется УФ-спектр полимеров, происходит пере распределение интенсивностей собственных полос поглощения и сдвиг длинноволнового края молекулярного поглощения в ближнюю ИК-область от 4,5 эВ до 1,2 эВ. Коэффициент поглощения увеличивается с 4,6102 см– до 1,4104 см–1 при = 500 нм. Возможно, что в боковом фрагменте макро молекулы происходит разрыв связи С-О. Об этом свидетельствуют:

уменьшение растворимости полимера, то есть возрастание количества трехмерных сшивок, увеличение сопряжения вдоль полимерной цепи, воз никновение хиноидной структуры в ИК-спектре полимера (формирование колебательной линии в области 1640 см–1, соответствующей колебанию -С=С-).

IV.8. Обсуждение результатов измерений Процессы, происходящие в полимерном образце при облучении элек тронами, проанализированы с использованием двухуровневой модели Ван Линта и модели поляронного металла Кивельсона-Хигера. Такая модель предполагает выполнение двух условий: 1) высокая концентрация носите лей заряда в полимере, 2) соответствующая энергетическая структура, обеспечивающая эффективное притяжение между зарядами одного знака.

Энергия эффективного взаимодействия зарядов в полимерной системе Ueff = Up – U* может быть как положительной, так и отрицательной. Здесь Up – энергия кулоновского взаимодействия двух электронов на одном и том же поляроне, U* – энергия непрямого взаимодействия между электронами, обусловленная обменом виртуальными фононами. Влиять на соотношение между U* и Up можно, например, используя их зависимость от таких энер гетических параметров материала, как величина запрещенной зоны.

При попадании электронного луча в полимерный образец происходит перестройка зонной энергетической структуры таким образом, что ширина запрещенной зоны уменьшается от 4,5 эВ до 1,2 эВ, а внутри зоны, помимо традиционных ловушечных состояний, идет формирование поляронных состояний, которые при возрастании их концентрации сливаются и обра зуют наполовину заполненную подзону – аналог электронного допирова ния.

Электроны из пучка частично попадают непосредственно в зону прово димости, частично захватываются ловушками. Эти два механизма могут отличаться не только по вкладу в концентрацию свободных носителей, но и по временным характеристикам процесса переноса заряда. В частности, второй механизм даст вклад в сквозную проводимость с определенной временной задержкой, равной времени жизни носителей заряда на кон кретных ловушках.

Уменьшение тока и его последующее резкое падение (рис. 9) объясня ется подключением к процессу новых групп ловушек. Последовательное во времени заполнение состояний в узкой поляронной подзоне может приво дить к смещению квазиуровня Ферми, и возможна ситуация, когда он ока жется вблизи края поляронной подзоны.

Рис. 9. «Выключение» ВПС в образце при импульсном воздействии электронного пучка. Стрелками указаны моменты начала и окончания облучения электронами Наиболее резкое уменьшение тока происходит, когда квазиуровень Ферми вытесняется за пределы подзоны состояний, участвующих в пере носе заряда. По времени это событие совпадает с временем жизни долго живущих ловушек (~ 6 с). Такое динамическое квазиравновесное состояние поддерживается в течение всего времени действия электронного луча, что заставляет образец находиться в НПС.

IV.9. Катодолюминесценция в тонких полимерных пленках При воздействии электронов первичного пучка на полимеры класса по лигетероариленов возникает электромагнитное излучение, которое наблю дается в видимой области (катодолюминесценция – КЛ). На рис. 10 показан типичный вид КЛ поверхности полимерного образца, которая представляет собой совокупность отдельных источников излучения точечного характера.

Наиболее интенсивные источники сохраняли свое положение в течение нескольких проходов электронного зонда, расположение менее интенсив ных менялось при каждом проходе. Размеры люминесцирующих областей не изменялись до степени увеличения порядка 1000 крат. При более высо кой степени увеличения излучение полимерной пленки не наблюдалось.

Рис. 10. Картина локальной катодолюминесценции в полимерной пленке, режим модуляции по яркости Можно предположить, что излучение происходит в тех областях, по лимерной пленки, в которых существуют наиболее благоприятные условия для генерации и рекомбинации электронно-дырочных пар (ЭДП). При по следовательном сканировании электронного зонда по поверхности образца локальная генерация ЭДП может быть различна в разных участках полиме ра по разным причинам, например, флуктуации плотности, локальной сте пени кристалличности, разной скорости рекомбинации. Малая скорость рекомбинации может привести к накоплению заряда в образце, большая – к рассасыванию заряда. Этим можно объяснить непостоянство свечения отдельных участков полимерной пленки.

V. Модель формирования транспортного слоя V.1. Внутреннее строение и электропроводность полимерной пленки Известно, что полимерные материалы характеризуются разного рода надмолекулярными структурами. Методами атомно-силовой микроскопии было показано, что внутренняя структура полимерных пленок действи тельно имеет глобулярную структуру. При формировании полимерной пленки из раствора следует ожидать, что границы между глобулами будут служить концентраторами дефектов, оборванных связей, боковых фрагмен тов макромолекулы. В частности, для полигетероариленов боковым являет ся фталидный фрагмент, одна из связей которого может поляризоваться при захвате низкоэнергетического электрона.

При образовании пленки формируется большое количество межглобу лярных границ. Если достаточно тонкая (субмикронная) пленка находится в контакте с металлом, глубина проникновения инжектированного заряда сравнима с толщиной пленки. В результате межглобулярные границы ста новятся сетками заряженных дефектов и, соответственно, средой, в которой происходит перенос заряда.

Для проверки данного предположения была исследована модельная структура, состоящая из двух последовательно нанесенных полимерных пленок (рис. 11).

Рис. 11. Структура экспериментального образца: a – образец с двумя слоями полимера;

b – образец с одним слоем полимера, электроды на поверхности полимера;

c – образец с одним слоем полимера, электроды под полимерной пленкой;

d – ВАХ соответствующих структур Ожидалось при этом, что граница раздела двух полимеров будет пред ставлять собой транспортный слой, формирующийся при взаимной ориен тации боковых фрагментов. Оказалось, что такой слой обладает проводи мостью на 3–4 порядка выше, чем проводимость открытой поверхности полимера. Соответственно увеличивается подвижность носителей заряда, а температурная зависимость проводимости имеет металлоподобный характер.

V.2. Целенаправленное формирование проводящих каналов методами сканирующей зондовой микроскопии Методы СЗМ позволяют осуществлять локальное воздействие на поли мерную пленку и регистрировать результаты воздействия в нанометровом масштабе. Идея эксперимента основывалась на нескольких известных свойствах электронного бистабильного переключения в пленках функцио нальных полимеров. Во-первых, в результате переключения в полимерном материале возникают электропроводящие домены в форме квазиодномер ных нитей, поперечные размеры которых, по разным оценкам, могут дости гать нескольких нанометров. Во-вторых, возможность реализации биста бильного переключения, то есть такого, при котором высокая электропро водность сохраняется и при отсутствии напряжения на образце (эффект памяти). В-третьих, аномально низкое рассеяние носителей заряда в нитях, вследствие чего существует возможность локализации места выделения Джоулева тепла на участке поверхности, окружающей место контактиро вания проводящей нити с подложкой.

V.3. Формирование проводящих каналов: полимер на кремнии В данном эксперименте исследовались пленки полидифениленфталида толщиной от 130 до 450 нм. Использование подложек из полированного кремния позволяет свести к минимуму влияние шероховатости подложки и исключить диффузию металла в полимер. При работе на воздухе увели чение напряжения на образце до 70–110 В (в зависимости от толщины по лимера) приводило к скачкообразному необратимому увеличению тока в измерительной цепи. Величина напряженности электрического поля в этом случае близка к значению пробойной напряженности, типичной для полимерных материалов.

Во всех случаях после регистрации резких изменений тока проводилось исследование поверхности полимера методом АСМ. Установлено, что в местах, где происходило переключение, образуются дефекты округлой формы. Была получена серия изображений поверхности полимера в зави симости от величины тока, протекающего в момент переключения. Харак тер деструкции полимерной пленки позволяет предположить, что тепловы деление при протекании тока определялось током растекания в подложке, то есть происходило там, где пленка была в диэлектрическом состоянии.

Оценка диаметра проводящего канала, основанная на применении модели сопротивления растекания, дала значение 6,4 нм.

V.4. Формирование проводящих каналов: полимер на металле Аналогичная серия экспериментов была проведена с использованием в качестве подложки полированной нержавеющей стали. Ожидалось при этом, что деструкция полимерной пленки будет значительно меньше, так как высокая теплопроводность металла способствует рассеянию Джоулева тепла. Выбирался небольшой участок образца, на который опускался за остренный зонд, затем на образец подавалось напряжение и регистрирова лось переключение. Такая процедура повторялась 20–30 раз в пределах вы бранного участка. На рис. 12, а представлены зависимости напряжения пе реключения для полимерных пленок разной толщины. Переключение про исходит при напряжении 40–100 В и является необратимым (бистабиль ным). Зависимость напряженности поля переключения от толщины показа на на рис. 12, b. Обращает на себя внимание тот факт, что в полимерной пленке толщиной 980 нм переключение осуществить не удалось, несмотря на более высокую напряженность поля.

a b Рис. 12. Переключение при локальном воздействии: a – вольтамперные ха рактеристики для пленок разной толщины;

b – зависимость напряженности электрического поля от толщины полимерной пленки. Выделена точка 4, в которой переключения не произошло Исследование следов переключения методом атомно-силовой микро скопии показало, что в пленках наблюдаются два типа дефектов. Во первых, это мелкие ямки, свидетельствующие о механическом воздействии зонда на полимер. Количество этих ямок соответствует количеству касаний (и соответственно переключений) полимерной пленки, а глубина ямок су щественно меньше толщины пленки. В отдельных случаях регистрирова лись области сильной деструкции полимерной пленки. По-видимому, в этих местах происходил электрический пробой. Тот факт, что после пере ключения в полимерной пленке наблюдается только след механического воздействия, позволяет предположить, что в месте переключения формиру ется единичный высокопроводящий канал.

В главе VI настоящей работы было высказано предположение, что эмиссионные свойства структур с полимерными покрытиями обусловлены проводящими каналами в полимерной пленке. Эти каналы формировались при воздействии микроразряда в вакууме. Данная методика была использо вана для создания проводящих каналов в структуре с заостренным зондом.

Оказалось, что воздействие микроразряда приводит к тому, что переключе ние происходит при напряжении в десятые доли вольта, то есть является практически беспороговым.

АСМ-исследования позволили оценить геометрические размеры про водящих каналов: толщина пленки задает длину канала, поперечный раз мер ямки определяет диаметр канала. В свою очередь, это позволило вы числить удельное сопротивление единичного канала проводимости, кото рое оказалось равно 0,02 мкОм•м.

VI. Эмиссионые свойства катодных структур с полимерными покрытиями VI.1. Структура металл–полимер–вакуум Этот параграф посвящен исследованию переноса заряда в структуре металл-полимер-вакуум. В качестве металла был выбран вольфрам в виде острия, как хорошо изученный и тестированный источник автоэлектронной эмиссии. Для исследования автоэлектронной эмиссии острийных катодов была использована экспериментальная система, размещенная в сверхвысо ковакуумной камере. Эмиссионная картина регистрировалась на люминес центном экране с помощью цифровой видеокамеры.

Предварительно исследовалось чистое вольфрамовое острие. Распреде ление по полной энергии эмитированных электронов измерялось с помо щью дисперсионного анализатора энергий. Снятие ВАХ производилось как по значениям полного тока с помощью цифрового вольтметра, так и по ин тегральному значению энергетического распределения электронов зондо вого тока. После процедуры формования полимерной пленки на поверхно сти вольфрамового острия образец вновь устанавливался в аналитическую камеру.

На рис. 13 представлены характеристики Фаулера-Нордгейма для ато марно чистого вольфрамового острия и для острия с нанесенной на его по верхность полимерной пленкой. Проведенные расчеты относительной ве личины электронной работы выхода катода с полимерным покрытием дают значение эффективной электронной работы выхода на порядок ниже в сравнении с вольфрамовым катодом. Задаваясь величиной электронной работы выхода для вольфрама, равной 4,5 эВ, получим значение эффектив ной работы выхода для полимерного покрытия, равной 0,4 эВ. Влияние величины эмиссионного напряжения на вид энергетического распределе ния эмитированных электронов показано на рис. 14. Спектры, полученные с покрытого полимерной пленкой острия, имеют существенные отличия от спектра чистого металлического эмиттера.

В области слабого эмиссионного тока при увеличении эмиссионного напряжения наблюдается смещение максимума функции распределения в сторону высоких энергий (рис. 14, кривые 1–4). При достижении эмисси онным напряжением некоторого значения начинается сдвиг кривых в сто рону низких энергий (рис. 14, кривые 5–7), который часто наблюдается при полевой эмиссии полупроводящих поверхностей.

Рис. 14. Серия энергетических Рис. 13. Характеристики Фаулера распределений электронов, Нордгейма для атомарно чистого эмиттированных с острия вольфрамового острия и для острия с полимерным покрытием, при с нанесенной на его поверхность различном напряжении эмиссии полимерной пленкой Модель полевой эмиссии в структуре металл–полимер–вакуум можно представить следующим образом. На первой стадии происходит инжекция заряда в полимер. Инжектированный заряд индуцирует глубокие электрон ные состояния практически в середине щели. Присутствие этих состояний значительно увеличивает вероятность инжекции заряда из металла в поли мер, так как эти состояния располагаются вблизи инжектирующего уровня металла. Приложенное к системе электрическое поле приведет к дополни тельному изгибу энергетических уровней и увеличению концентрации за ряда. Инжектированный заряд вызывает изгиб зон в полимерном слое, в результате чего происходит сильное понижение эмиссионного барьера, ко торый может стать достаточно низким для того, чтобы электронам можно было эмитировать через него при более низких полях по сравнению с чис той металлической поверхностью.

VI.2. Планарная структура кремний–полимер–вакуум Для решения вопроса о возможном влиянии артефактов на транспорт ные свойства полимерных пленок было предложено использовать следую щие методические подходы. Во-первых, провести исследование переноса заряда в структуре проводник–полимер–вакуум, то есть в сэндвич структуре убрать один из электродов и зарегистрировать эмиссию электро нов в вакуум из высокопроводящих областей. Эмиссия электронов сквозь тонкие диэлектрические слои известна как эффект Малтера. Обычно для инициации такой эмиссии необходимо начальное воздействие: ионная или электронная бомбардировка, облучение и т. д.

Во-вторых, было предложено отказаться от использования металла в исследуемой структуре. Изготовив полимерную пленку на поверхности полированного кремния, мы исключаем влияние металлических микроост рий и диффузии металла в полимер. Инициировать эмиссию было предло жено кратковременной ионной бомбардировкой, возникающей в момент микроразряда в вакууме.

Для возбуждения эмиссии необходимо осуществить кратковременный микроразряд в вакууме. Результатом такого разряда является свечение лю минесцентного экрана (рис. 15) и появление тока в цепи катода. Обычно на экране наблюдается несколько светящихся пятен округлой формы, свече ние экрана пульсирующее. После 1–2 часов работы эмиссионный ток уменьшается и становится более стабильным. Вольтамперная характери стика эмиссионного тока в установившемся режиме представлена на рис. 16.

Рис. 16. Вольтамперная характери Рис. 15. Эмиссионная картина, на стика эмиссионного тока. На врезке – блюдаемая на люминесцентном ВАХ в координатах Фаулера экране Нордгейма Самоподдерживающаяся эмиссия электронов наблюдается в течение достаточно длительного времени. Наибольшая длительность непрерывной работы составила около 100 часов.

Предполагается, что первичное воздействие (электронное или ионное облучение) вызывает заряжение поверхности диэлектрика и приводит к появлению положительного объемного заряда. В результате поле в диэлек трике перераспределяется таким образом, что основное падение напряже ния приходится на слой толщиной порядка 10 нм, непосредственно контак тирующий с металлом. Напряженность поля достигает величины В/см, и электроны с уровня Ферми металла туннелируют в зону проводи мости диэлектрика, соответственно они являются горячими электронами.

Горячие электроны быстро (10–12–10–14с) термализуются, но при этом гене рируются внутренние вторичные электроны, часть которых может выйти в вакуум.

Можно представить механизм самоподдерживающейся эмиссии сле дующим образом. При малой толщине полимерной пленки положительный заряд, образовавшийся на внешней поверхности, полностью рекомбиниру ет за счет переноса электронов по узкой проводящей зоне. При увеличении толщины пленки на ее поверхности появляется избыточный заряд, который распространяется вглубь пленки и создает греющее поле вблизи контакта проводник–полимер. Горячие электроны попадают в зону проводимости полимера, быстро теряют энергию и частично локализуются на ловушеч ных состояниях, частично участвуют в переносе заряда сквозь полимерную пленку по узкой проводящей зоне. На этом этапе происходит шнурование тока, и электроны выходят в вакуум из отдельных эмиссионных центров.

Дальнейшее увеличение толщины пленки приводит к диссипации энергии, Джоулеву разогреву и пробою пленки.

VII. Исследование слоистых структур SI-SIО2 и SI-SIО2 полимер методом сканирующей туннельной микроскопии VII.1 Исследование структуры Si-SiО Подложки из полированного кремния использовались при формирова нии полимерных пленок в экспериментах по исследованию эмиссионных свойств и ряде других работ. Процессы, происходящие в подложке, могут влиять на свойства полимерных пленок, чем и обусловлено детальное ис следование кремниевых подложек.

В результате работы было показано, что при СТМ-исследовании по верхности кремния происходит ее модификация. При этом характер моди фикации зависит от полярности приложенного напряжения (при отрица тельной полярности на образце формируется возвышение, при положи тельной – впадина).

Параметры сканирования были близкими (по абсолютной величине) при работе с разной полярностью на образце. Однако существенное отли чие состояло в характере получаемого изображения. При отрицательной полярности модифицированный рельеф проявляется в виде возвышения над поверхностью и в определенной степени структурирован. При положи тельной полярности возникает изображение в виде углубления и подобное структурирование отсутствует. Таким образом, можно говорить о записи и воспроизведении графической информации на поверхности кремния при помощи СТМ, причем характер модификации поверхности зависит от по лярности рабочего напряжения.

Анализ литературы показывает, что механизм процессов, протекающих на поверхности кремния при СЗМ-исследованиях, выяснен не до конца, хотя сам эффект весьма интересен. По-видимому, общим для всех работ является тот факт, что либо модификация поверхности кремния является следствием ее оксидирования, либо модификация наблюдается на уже ок сидированной поверхности. В любом случае процесс модификации связан с переносом заряда через тонкий слой окисла, что, в свою очередь, связано с формированием в диэлектрической пленке каналов утечки.

VII.2. Исследование структуры Si-SiО2-полимер В СТМ-эксперименте слой адсорбата играет роль туннельно прозрач ного диэлектрического барьера с переменным составом и свойствами. В связи с этим роль данного слоя в формировании поверхностных структур в системе Si-SiO2 может быть непредсказуемой, что сильно затрудняет ин терпретацию результатов. Поэтому было предложено использовать в каче стве пассиватора поверхности кремния полимерное покрытие. Это позво лило исключить возможность протекания электрохимических реакций не посредственно на поверхности кремниевых образцов и сосредоточить вни мание на электронных свойствах структуры Si-SiO2-полимер.

На рис. 17 представлено изображение поверхности полимера после предварительного сканирования четырех участков при повышенном на пряжении (отрицательная полярность на образце). Последовательность операций при его получении следующая. Предварительно сканировался относительно небольшой участок поверхности (режим модификации, кото рому соответствует напряжение сканирования Umod). Затем производилось сканирование площадки увеличенного размера, включающей в себя моди фицированный участок (режим воспроизведения, которому соответствует напряжение сканирования Uvis).

Рис. 17. Изображение четырех модифицированных участков поверхности полимера на кремнии. Напряжение записи –4,5 В, напряжение воспроизве дения –3,4 В. Размер участков 0,5 0,5 мкм, средняя высота 100–130 нм Было установлено, что существует соотношение параметров сканирова ния, при которых возможно устойчивое наблюдение изображения, а именно 3В Uvis 6В, 10рА I 100рА. Модификация поверхности происходила при соблюдении условия Umod – Uvis 0,4 В. Установлено, что эти режимы близки к случаю наблюдения исходной поверхности Si-SiO2.

Если такая же последовательность операций наблюдалась при положи тельной полярности на образце, то участок, где проводилось сканирование при повышенном напряжении, воспроизводился как впадина (рис. 18).

Найдены экспериментальные условия «перезаписи» рельефа на одном и том же участке поверхности.

Можно предположить, что мы имеем дело с локальной модификацией зонной структуры полимера в структуре металл–диэлектрик–окисел– полупроводник. При отрицательной полярности на полупроводнике припо верхностный слой кремния n-типа работает в режиме обогащения. Скани рование при повышенном напряжении приводит к тому, что носители заря да (в данном случае электроны) туннелируют через окисный слой по зако ну Фаулера-Нордгейма и частично захватываются на ловушках в полимер ной пленке, а частично участвуют в формировании сквозного туннельного тока. Захваченный заряд приводит к образованию узкой проводящей под зоны в середине запрещенной зоны полимера по механизму, обсуждаемому в данной работе.

Рис. 18. Изображение модифицированного участка поверхности полимера на кремнии. Напряжение записи 4,5 В, напряжение воспроизведения 3,4 В При положительной полярности на полупроводнике приповерхностный слой кремния переходит в режим обеднения или даже инверсии, что может привести к существенному уменьшению вероятности туннелирования из зонда в образец. СТМ-контраст в данном случае обусловлен не истинным (геометрическим) рельефом, а перераспределением встроенного заряда на межфазной границе. Исследуемая структура (Si-SiO2-полимер) содержит несколько таких границ, каждую из которых можно представить в виде квантовой ямы. Локальное воздействие СТМ-зонда может приводить к об разованию наноструктур, в которых движение носителей будет ограничено в трех направлениях – квазинульмерных структур (квантовых точек).

VII.3. Исследование эмиссионных и структурных характеристик полимерных пленок с помощью СТМ Вид поверхности полимерной пленки на золотой подложке представля ет собой типичную для таких объектов картину зернистой структуры. Ис следование влияния условий регистрации (тока и напряжения) на качество получаемого изображения позволило выявить участки полимерной пленки, СТМ-изображение которых зависит от приложенного к зазору туннельного напряжения. При этом на фоне имеющегося рельефа возникают более яр кие участки, площадь и контраст которых увеличиваются в соответствии с возрастанием напряжения.

Анализ полученных изображений свидетельствует о формировании до полнительного к имеющемуся рельефа. Он может быть связан либо с пере носом массы в результате некоего литографического процесса, либо явля ется следствием эмиссионных процессов.

Литография, как правило, происходит при использовании достаточно большой величины приложенного напряжения (U = 10 В и выше) на по верхности металлов, атомы которых способны легко мигрировать. По ус ловиям проведения обсуждаемого эксперимента U 1 В, то есть заведомо ниже напряжений, необходимых для перемещения атомов металла, не го воря уже о полимерных молекулах. Можно предположить, что видимое изменение изображения связано с эмиссионными процессами отдельных областей изучаемой поверхности полимерной пленки и представляет собой «псевдорельеф», обусловленный относительно большими локальными из менениями эффективной работы выхода.

Основные результаты Обобщение и анализ полученных результатов позволили сделать сле дующие выводы.

1. Эффекты переключения в субмикронных пленках полигетероариленов обусловлены шнурованием инжекционного тока.

2. Обнаружены и детально исследованы условия, при которых тонкие пленки полимеров класса полигетероариленов переключаются в высо копроводящее состояние.

3. Причиной переключения может быть одноосное давление, фазовый переход (плавление) или структурная перестройка в металле одного из электродов. Переход в высокопроводящее состояние может быть реализован в результате непосредственной инжекции электронов в по лимерный слой из электронного пучка.

4. Вблизи порога переключения, когда полимер еще находится в диэ лектрическом состоянии, в нем формируется узкая подзона электрон ных ловушечных состояний. Эта стадия характеризуется значительным увеличением концентрации объемного заряда, активационным типом переноса заряда, существенно нелинейной ВАХ, которую можно интерпретировать в рамках модели токов, ограниченных объемным зарядом, наличием N-образного участка ВАХ, эффектом памяти на ее падающем участке.

5. В высокопроводящем состоянии перенос заряда сквозь полимерную пленку происходит по проводящим каналам нанометровых разме ров, при этом остальной объем полимера остается в диэлектрическом состоянии.

6. Проводящие каналы не являются следствием прямого контактирования электродов, прорастания металлических дендритов, электрического пробоя или комбинаций этих эффектов.

7. Проводящие каналы возникают вследствие взаимной ориентации боко вых фрагментов макромолекул на межглобулярных границах.

8. Существует возможность целенаправленного формирования проводя щих каналов в произвольной точке полимерной пленки.

9. В структурах металл–полимер-–вакуум и полупроводник–полимер– вакуум наблюдается электронная эмиссия, что свидетельствует о транспорте электронов сквозь полимерную пленку.

10. Сканирующая туннельная микроскопия дает возможность картогра фировать поверхность структур с полимерными покрытиями, воз действовать на нее и регистрировать результаты воздействия. Подбо ром параметров сканирования можно осуществлять модификацию по верхности, ликвидировать модифицированные участки, реализовать циклы «запись–считывание–стирание–запись» и т. д.

Выводы Эффекты переключения в субмикронных пленках полигетероариленов объясняются перераспределением заряда в приэлектродной области поли мера и шнурованием инжекционного тока.

Существует связь между надмолекулярной структурой и электрофизи ческими свойствами субмикронных пленок полигетероариленов.

Полученные результаты могут быть использованы на практике при конструировании энергонезависимых элементов памяти, датчиков струк турных превращений в металлах, источников электронной эмиссии, систем записи информации.

Публикации по теме диссертации Лачинов А. Н. Наноэлектроника полимерных материалов: Учеб. пособие / А. Н. Лачинов, В. М. Корнилов. Уфа: БашГУ-ИФМК УНЦ РАН, 2007. — 172 с.

Статьи, входящие в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованный ВАК:

1. Лачинов А. Н. Аномальная электронная неустойчивость полимеров при од ноосном давлении / А. Н. Лачинов, А. Ю. Жеребов, В. М. Корнилов // Письма в ЖЭТФ. — 1990. — T. 52. — № 2. — С. 742–745.

2. Lachinov A. N. Influence of uniaxial pressure on conductivity of polydiphenylene phthalide / A. N. Lachinov, A. Yu. Zherebov, V. M. Kornilov // Synth. Metals.

— 1991. — Vol. 44. — № 1. — P. 111–115.

3. Лачинов А. Н. Высокопроводящее состояние в тонких пленках полимеров.

Влияние электрического поля и одноосного давления / А. Н. Лачинов, А. Ю. Же ребов, В. М. Корнилов // ЖЭТФ. — 1992. — T. 102. — № 1(7). — C. 187–193.

4. Kornilov V. M. Electron-microscopic analysis of polymer thin films capable of swit ching to conducting state / V. M. Kornilov, A. N. Lachinov // Synth. Metals.

— 1992. — Vol. 53. — № 1. — P. 71–76.

5. Lachinov A. N. Electron instability in thin polymer films, highly conductivity and its properties / A. N. Lachinov, A. Yu. Zherebov, V. M. Kornilov // Synth. Metals.

— 1993. — Vol. 57. — № 2—3. — P. 5046–5051.

6. Kornilov V. M. Electron-microscopic analysis of polymer switching thin films / V. M. Kornilov, A. N. Lachinov // Journal de Physique IV, Colloque C7. — 1993.

— Vol. 3. — P. 1585–1588.

7. Lachinov A. N. New polymer materials – new prospects / A. N. Lachinov, A. Yu. Zhe rebov, V. M. Kornilov, M. G. Zolotukhin // Journal de Physique IV, Colloque C7.

— 1993. — Vol. 3. — P. 1581–1584.

8. Корнилов В. М. Электронностимулированная катодолюминесценция в тонких пленках элктроактивного полимера / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // Письма в ЖТФ. — 1994. — T. 20. — № 14. — C. 13–18.

9. Lachinov A. N. Electroluminescence in poly(3,3’phthali-dylidene-4,4’-bipheny lylene)s films / A. N. Lachinov, V. A. Antipin, V. M. Kornilov // Molecular Crys tals & Liquid Crystals. — 1994. — Vol. 256. — P. 727–731.

10. Kornilov V. M. Electron beam stimulated phenomena in poly(phthalidylidenarylene)s / V. M. Kornilov, A. N. Lachinov // Synth. Metals. — 1994. — Vol. 69. — P. 589–590.

11. Корнилов В. М. Электронностимулированный переход диэлектрик-металл в электроактивных полимерах / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // Письма в ЖЭТФ. — 1995. — T. 61. — № 6. — C. 504–507.

12. Корнилов В. М. Металлоподобное состояние в полимерной пленке, индуци рованное изменением граничных условий на ее поверхности / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // Письма в ЖЭТФ. — 1995. — T. 61. — № 11. — C. 902–906.

13. Lachinov A. N. Poly(phthalidylidenarylene)s: new effects – new horizons of appli cation / A. N. Lachinov, A. Yu. Zherebov, V. M. Kornilov, M. G. Zolotukhin // Synth.

Metals. — 1995. — Vol. 69. — P. 2155–2158.

14. Lachinov A. N. New effects in electroactive polymers – new basic for sensors / A. N. Lachinov, A. Yu. Zherebov, V. M. Kornilov // Sensors & Actuators: A. Phys.

— 1996. — Vol. 53. — № 1–4. — P. 319–324.

15. Корнилов В. М. Электропроводность в системе металл-полимер-металл: роль граничных условий / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // ЖЭТФ. — 1997.

— T. 111. — № 4. — C. 1513–1529.

16. Kornilov V. M. Metal phase in electroactive polymer indused by change in boundary conditions / V. M. Kornilov, A. N. Lachinov // Synth. Metals. — 1997. — Vol. 84.

— P. 893–894.

17. Lachinov A. N. Metal phase in electroactive polymer indused by uniaxial preassure / A. N. Lachinov, A. Zherebov, V. M. Kornilov, M. Zolotukhin // Synth. Metals.

— 1997. — Vol. 84. — P. 735–736.

18. Lachinov A. N. Metal phase in electroactive polymer indused by traps ionization / A. N. Lachinov, A. Zherebov, V. M. Kornilov // Synth. Metals. — 1997. — Vol. 84.

— P. 917–920.

19. Загуренко Т. Г. Влияние процесса формовки и электрического поля на переход диэлектрик–проводник в тонких пленках полигетероариленов / Т. Г. Загуренко, В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // ЖТФ. — 1999. — T. 69. — № 3. — C. 85–87.

20. Корнилов В. М. Исследование полимерных пленок методом сканирующей туннельной микроскопии / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // Письма в ЖТФ.

— 2000. — T. 26. — № 21. — C. 37–44.

21. Перенос заряда в системе металл–полимер–нанокристаллический металл / Т. Г. За гуренко, А. Н. Лачинов, В. М. Корнилови др. // ФТТ. — 2000. — T. 42. — № 10.

— C. 1882–1888.

22. Загуренко Т. Г. Использование системы металл–диэлектрик–металл для изу чения структурных переходов в металлах / Т. Г. Загуренко, В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // ЖТФ. — 2001. — T. 71. — № 8. — C. 27–33.

23. Влияние неравновесной структуры меди на электрофизические свойства сис темы металл–полимер–металл / Т. Г. Загуренко, А. Н. Лачинов, В. М. Корнилов и др. // ФММ. — 2002. — T. 94. — № 6. — C. 26–33.

24. Корнилов В. М. К вопросу о модификации поверхности кремния при ее исследовании методом сканирующей туннельной микроскопии / В. М. Кор нилов, А. Н. Лачинов // ФТП. — 2003. — T. 37. — № 3. — C. 323–327.

25. Лачинов А. Н. Электронная природа модификации поверхности в системе Si SiO2 / А. Н. Лачинов, В. М. Корнилов // Микросистемная техника. — 2003.

— № 3. — C. 78–83.

26. Корнилов В. М. Модификация поверхности системы Si-SiO2-полимер при помо щи сканирующего туннельного микроскопа / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // Микросистемная техника. — 2003. — № 4. — C. 43–48.

27. Kornilov V. M. STM surface modification of Si-SiO2-polymer system / V. M. Kor nilov, A. N. Lachinov // Microelectronic Engineering. — 2003. — Vol. 69.

— P. 399–404.

28. Electron emission from polymer films under electric-field influence / A. N. Lachinov, Yu. M. Yumaguzin, V. M. Kornilov et al. // Journal of the SID. — 2004. — № 12/2.

— P. 149–151.

29. Корнилов В. М. Создание и исследование квазинульмерных структур методами сканирующей туннельной микроскопии / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов, Б. А. Логинов // Нано- и микросистемная техника. — 2005. — № 7. — C. 8–11.

30. К вопросу о высокой проводимости несопряженных полимеров / А. Н. Лачинов, В. М. Корнилов, Т. Г. Загуренко, А. Ю. Жеребов // ЖЭТФ. — 2006. — T. 129.

— № 4. — C. 728–734.

31. Юмагузин Ю. М. Энергетические распределения электронов в системе металл– полимер–вакуум / Ю. М. Юмагузин, В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // ЖЭТФ.

— 2006. — T. 130. — № 2. — C. 303–308.

32. Nabiullin I. R., Nanometer scale modifications of Si/SiO2 and Si/SiO2/polymer surfaces by scanning tunneling microscope / I. R. Nabiullin, V. M. Kornilov, A. N. Lachinov // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2007. — Vol. 468. — P. 257–263.

33. О роли спиновой поляризации электронов в эффекте инжекционного ГМС в системе Ni-полимер-Cu / А. Н. Лачинов, Н. В. Воробьева, В. М. Корнилов и др. // ФТТ. — 2008. — T. 50. — № 8. — C. 1444–1447.

34. Свойства транспортного слоя, сформированного на границе раздела двух полимерных пленок / Р. Б. Салихов, А. Н. Лачинов, В. М. Корнилов и др. // ЖТФ. — 2009. — T. 79. — № 4. — C. 131–135.

35. Эмиссионные свойства планарной структуры кремний–полимер–вакуум / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов, Б. А. Логинов и др. // ЖТФ. — 2009. — T. 79.

— № 5. — C. 116–119.

36. Сканирующая туннельная микроскопия структуры Si-SiO2: использование режима ошибки обратной связи при исследовании поверхности / В. М. Кор нилов, А. Н. Лачинов, Б. А. Логинов // ФТП. — 2009. — T. 43. — № 6.

— C. 850–853.

37. Аномально высокая проводимость вдоль интерфейса двух полимерных ди электриков / Р. М. Гадиев, А. Н. Лачинов, В. М. Корнилов и др. // Письма в ЖЭТФ. — 2009. — T. 90. — № 11. — C. 821–825.

Статьи в других рецензируемых научных изданиях:

1. Charge Transport in metal-polymer-metal system under nonsteady boundary conditions / A. N. Lachinov, T. G. Zagurenko, A. Yu. Zherebov et al. // Functional Materials. — 1998. — Vol. 5. — № 3. — P. 417–420.

2. Корнилов В. М. Исследование эмиссионных и структурных характеристик полимерных пленок с помощью СТМ / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // Поверхность. — 2000. — № 11. — C. 47–51.

3. Загуренко Т. Г. О возможности регистрации структурных превращений в металлах с помощью системы металл–полимер–металл / Т. Г. Загуренко, В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // Электронный журнал «Исследовано в России».

— 2000. — T. 41. — C. 541–553.

4. Study of collective electronic effects, caused by severe plastic deformation / T. G. Za gurenko, A. N. Lachinov, V. M. Kornilov et al. // «Investigations and Applications of Severe Plastic Deformation» / Edited by T. C. Lowe and R. Z. Valiev. High Technology, Kluwer Academic Publishers. — 2000. — Vol. 80. — P. 333–337.

5. Nanostructured metals transformation study by means of electroactive polymer / A. N. La chinov, T. G. Zagurenko, V. M. Kornilov et al. // Defect and Diffusion Forum, Trans Tech Publications. — 2002. — Vol. 208. — P. 261–266.

6. Kornilov V. M. Scanning tunneling microscopy investigation of Si-based layer structures / V. M. Kornilov, A. N. Lachinov // Phys. Low-Dim. Struct. — 2004.

— № 1/2. — P. 145–151.

7. Корнилов В. М. Особенности формирования наноструктур при СТМ исследовании поверхности кремния / В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов, Б. А. Ло гинов // Поверхность. — 2006. — № 5. — C. 11–13.

Патенты:

1. Лачинов А. Н. Устройство для считывания графической информации / А. Н. Ла чинов, А. Ю. Жеребов, В. М. Корнилов // Патент РФ № 2045782, от 10.10.1995.

2. Лачинов А. Н. Применение электроактивных полимеров класса полигете роариленов в качестве покрытий, обладающих повышенной эмиссионной спо собностью / А. Н. Лачинов, С. Н. Салазкин, В. М. Корнилов, Ю. М. Юмагузин // Патент РФ № 2237313, от 27.09.2004.

3. Лачинов А. Н. Полевой эмиссионный катод и способы его изготовления (вариан ты) / А. Н. Лачинов, С. Н. Салазкин, В. М. Корнилов, Ю. М. Юмагузин // Патент РФ № 2271053, от 27.02.2006.

Подписано в печать 19.01.10. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 2,8. Тираж 100 экз. Изд. № Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Типография Издательства ПетрГУ 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.