Анотація до роботи:

Гричановська Т.М. Електрофізичні властивості дисперсних матеріалів на основі плівок V, Ti, Cr, Cu та Ni. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07-фізика твердого тіла. –Сумський державний університет, Суми, 2007.

Дисертація присвячена встановленню закономірностей розмірних ефектів в електрофізичних властивостях плівкових систем з певним чергуванням нанокристалічних шарів та з різною взаємною розчинністю компонентів на основі перехідних металів таких, як V і Ni, V і Cu, Cu і Cr та Ni і Ti. В роботі вивчено умови утворення VO_x (x1), V₂O₃+VO_x, V₂O₃ та TiO_x (x1) та досліджено їх електрофізичні властивості. З’ясовано вплив температури і деформації на питомий опір, температурний коефіцієнт опору, коефіцієнт тензочутливості та параметри електроперенесення плівкових зразків. Окрім переліченого, в роботі відмічено вплив ступеня дисперсності кристалітів на параметри електроперенесення одношарових зразків та розраховано внесок в питомий опір, температурний коефіцієнт опору та коефіцієнт тензочутливості об’ємного, поверхневого і зерномежового механізмів розсіювання електронів.

В роботі здійснена апробація теоретичних моделей розмірного ефекту в електропровідності, температурному коефіцієнті опору та коефіцієнті тензочутливості багатошарових полікристалічних плівок. Показано, що урахування температурних і деформаційних ефектів у теоретичних моделях підвищує ступінь відповідності експериментальних і розрахункових значень температурного коефіцієнта опору та коефіцієнта тензочутливості, що відкриває можливість прогнозування електрофізичних властивостей плівкових систем та стабільності характеристик приладів з плівковими елементами.

У дисертаційній роботі розв’язана задача по встановленню особливостей електрофізичних властивостей (питомий опір, термічний коефіцієнт опору і коефіцієнт поздовжньої тензочутливості) нанорозмірних одно-, дво- і багатошарових плівок на основі V, Cr, Ni, Cu і Ti, окремі шари яких представляють собою нанокристалічні плівки (V, Cr і Ti). У роботі отримані експериментальні результати стосовно структурно-фазового стану плівок і їх електрофізичних властивостей та були розв’язані поставлені задачі і отримані такі наукові і практичні результати:

1. Методами електронографії та мас-спектрометрії проведені комплексні дослідження структурно-фазового стану і його еволюції при термовідпалюванні в одно- і двошарових зразках V, Cr, Ni, Cu, Ti, Ni/V, Ni/Ti, Cu/V та Cu/Cr:

- установлені умови формування оксидних фаз VO_x (x1), V₂O₃+VO_x, V₂O₃, Cr₂O₃ та TiO_x в одношарових плівках;

- застосування методів мас-спектрометрії залишкових газів (при конденсації усіх одношарових зразків), вторинно-іонної мас-спектрометрії (на прикладі систем Cu/V, Cu/Cr, Ni/Ti і Ni/V) і оже-електронної спектроскопії (система Cu/Cr) дозволили з’ясувати роль залишкових газів при стабілізації домішкових фаз, ефективності зерно межової дифузії атомів у дво- і багатошарових системах з точки зору збереження індивідуальності окремих шарів, глибини взаємного проникнення атомів, величини коефіцієнтів дифузії.

2. Методами резистометрія при термоциклічному відпалюванні зразків у вакуумі проведені дослідження електрофізичних властивостей оксидних плівок VO_x (x1), V₂O₃+VO_x, V₂O₃ та TiO_x (x1); отримано, що в плівках V₂O₃ має місце при Т500К перехід другого роду “метал-напівпровідник”, що може бути використано при створенні чутливого елементу датчика критичної температури, який буде менш чутливий, але більш високотемпературний у порівнянні із плівкою VO₂; отримана енергія активації електропровідності VO_x та TiO_x (Е=0,05-0,07 еВ).

3. Здійснено накопичення експериментальних результатів стосовно розмірних ефектів в ТКО дво- і багатошарових систем:

- вперше проведені такі дослідження на прикладі дво- і багатошарових плівкових систем на основі дисперсних плівок Cu і нанокристалічних V і отримано, що відмінність експериментальних і розрахункових даних для ТКО за напівкласичною моделлю Р. Дімміха або напівфеноменологічною моделлю не більше 17 або 10% відповідно;

- подібна відповідність має місце і у випадку системи на основі плівок Cu і ультрадисперсних плівок Cr та на основі полікристалічних плівок Ni і нанокристалічних Ti або V, що можна пояснити малою величиною СДВП (сумірною із розмірами нанокристалітів) у плівках Cr, V і Ti;

- поряд з цим спостерігається значна відмінність (до 50%) експериментальних і розрахункових величин ТКО для плівкових систем на основі Ni і V або Ti у випадку феноменологічної моделі “біпластини”, яка не враховує ні міжшарових переходів електронів (як у моделі Р. Дімміха), ні температурних ефектів (як у напівфеноменологічній моделі), що можна пояснити розмиттям меж поділу шарів.

4. Вперше проведені дослідження розмірного ефекту в тензочутливості плівкових систем на основі Ni, Cu, V, Cr і Ti:

- встановлено, що незалежно від метала і структурного стану плівки, коефіцієнт поздовжньої тензочутливості _l стабілізується тільки починаючи з 3-4 циклу і майже не змінюється при наступних навантаженнях; характер розмірних залежностей _l(d) однаковий для всіх металевих і оксидних зразків: із збільшенням товщини КТ зменшується;

- проведена апробація феноменологічної та напівфеноменологічної моделей розмірного ефекту в тензочутливості на прикладі дво- і багатошарових плівкових систем на основі дисперсних плівок (Cu і Ni) і нанокристалічних (V, Cr і Ti) та отримано, що відмінність експерименталь-них і розрахункових даних для КТ за феноменологічною моделлю не більше 34% , а урахування деформаційних ефектів в напівфеноменологіч-ній моделі знижує похибку до значень не більших 20% ;

- поряд з цим спостерігається значна відмінність (до 90%) експериментальних і розрахункових величин КТ для плівкових систем на основі Ni і V або Ti у випадку феноменологічної моделі , яка не враховує деформаційних ефектів (як у напівфеноменологічній моделі), що пояснюється розмиттям меж поділу шарів.

- температурні коефіцієнти _l одношарових плівок V, Cr, Ni, Cu і Ti зменшуються на 3-10% при зростанні температури від 300 до 500 К.

5. Порівняння величин КТ одно- та багатошарових металевих плівок показує, що у другому випадку зразки характеризуються більшою чутливістю до деформації (у 2-25 разів), за рахунок додаткового розсіювання електронів провідності межами поділу шарів, що дозволяє розглядати нанокристалічні багатошарові системи як матеріали для чутливих елементів тензодатчиків.

6. Зміна концентрації кисню в плівкових зразках значно впливає на величини ТКО і КТ, що дозволяє в широких межах регулювати термо- і тензорезистивні властивості оксидних плівок на основі V і Ti.

Публікації автора:

1. Температурні та розмірні ефекти в електрофізичних властивостях двошарових плівок на основі Ni і V / Гричановська Т.М., Проценко І.Ю., Чорноус А.М., Шпетний І.О. // Металлофиз. новейшие технол. – 2006.- Т.28, №2. – С.267-279.

2. Дифузійні процеси в нанокристалічних двошарових плівкових системах на основі металів / Бібик В.В., Гричановська Т.М., Маршалек М., Проценко О.Б., Проценко С.І. // Металлофиз. новейшие технол. – 2006. – Т.28, №6. – С.707-715.

3. Степаненко А.О., Гричановська Т.М., Чорноус А.М. Вплив температурної обробки на електрофізичні властивості та фазовий склад двошарових плівок на основі титану і алюмінію або нікелю // Металлофиз. новейшие технол. – 2007. – Т.29, №9. – С 1221-1229.

4. Гричановська Т.М., Проценко І.Ю., Шкіра А.М. Електрофізичні властивості плівкових оксидів ванадію // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. – 2002. - № 12(46). – С. 101 – 105.

5. Гричановська Т.М., Проценко І.Ю. Розмірні домішкові ефекти в кристалічній структурі тонких плівок ванадію і титану // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. – 2004. - №10 (69). – С. 41 – 50.

6. Тензочутливість металевих плівок: теоретичні моделі, експериментальні результати, застосування (огляд) / Великодний Д.В. Гричановська Т.М., Однодворець Л.В., Проценко І.Ю., Проценко С.І. // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. – 2007. - № 1. – С. 5 – 51.

7. Фазообразование и электрофизические свойства двух- и трехслойных пленок на основе переходных и благородних металлов/ Бибик В.В., Гричановская Т.М., Однодворец Л.В., Чешко И.В., Проценко И.Е. // Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2006. – С. 95 – 106.

8. Тензорезистивні властивості багатошарових плівок Ni/V, Ni/Ti та Cr/Fe / Бібик В.В., Гричановська Т.М., Дудецький Д.П., Однодворець Л.В., Проценко І.Ю., // Тонкие пленки. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2007.– С. 108 – 119.

9. Гричановська Т.М., Проценко І.Ю., Шумакова Н.І. Формування оксидів і карбідів в тонких плівках ванадію і їх електрофізичні властивості // Матеріали ІХ міжнародної конференції. Фізика і технологія тонких плівок – Івано-Франківськ: ПрНУ ім. Василя Стефаника, 2003. – С. 159 – 160.

10. Гричановська Т.М. Фазоутворення у плівках ванадію // Науково-технічна конференція викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету – Суми: Вид-во СумДУ – 2002. – С. 26-27.

11. Хімічні перетворення в металевих наноструктурних плівках / Басов А., Гричановська Т., Шкіра А., Шумакова Н. // Міжнародна конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики. – Львів: Видавничий центр Львівського національного університету. – 2004. – С. 193.

12. Гричановська Т.М., Соломаха В.А., Чорноус А.М. Електропровідність і тензочутливість плівкових оксидів металів / Матеріали І науково-технічної конференції з міжнародною участю «Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології». – Кременчук: ІЕНТ, 2004. – С. 46 – 47.