3. Результаты и обсуждение

3.1 Оптические свойства

3.1.1 Спектры пропускания, отражения.

На спектрофотометре СФ-56 в диапазоне 200-1100 нм были получены спектральные характеристики подложек, плёнок SnO₂ и MoO₃ на стекле, кварце, и структуры MoO₃ – SnO₂ – стекло. На дифрактометре ДРОН – 6 на тех же образцах получены дифрактограммы. По результатам рентгеноструктурного анализа, напыленные пленки являются аморфными и соответствуют MoO₃.

Рисунок 1. Спектральная зависимость коэффициента пропускания образца оксида молибдена и подложки

Рисунок 2. Спектральная зависимость коэффициента отражения, образца оксида молибдена.

Полученные спектры коэффициента пропускания позволяют определить дисперсию показателя преломления n и толщину образцов, при помощи итерационного метода предложенного Шаповаловым []. На рис.3 представлен участок спектральной зависимости коэффициента пропускания, с выделенными огибающими интерференционных максимумов и минимумов. По приведённой зависимости рассчитана дисперсия показателя преломления образца (рис.4). Полученный результат достаточно хорошо согласовывается с данными, приводимыми в литературе [].

Рисунок 3. Участок спектра коэффициента пропускания образца МоО₃, с выделенными огибающими интерференционные максимумы и минемумы.

Рисунок 4. Спектр показателя преломления аморфного МоО₃, вычисленный итерационным методом.

С помощью итерационного метода, вычислены толщины плёнок оксида молибдена исследуемых образцов. Плёнки имеют толщину от 190 до 860 нм.

3.1.2 Спектр поглощения, ширина запрещённой зоны.

Зная спектры коэфициентов пропускания и отражения можно рассчитать спектр показателя поглощения, т.к. они связаны между собой соотношением (1).

(1), где d – толщина поглощающего вещества.

Для удобства дальнейшего вывода произведём замену , тогда

(2)

(3)

преобразуем выражение (3) к привычному виду квадратного уравнения

(4)

Дискриминант полученного квадратного уравнения

(5)

корни:

(6)

т.к.

(7)

Исходя из выражения (7) был рассчитан спектр коэффициента поглощения плёнки MoO₃ . По обрыву кривой поглощения определена ширина запрещенной зоны 3,6 эВ. Полученное значение несколько ниже значения, приводимого в литературе для кристаллического вещества, что может быть связано с аморфной структуры вещества, вносящей искажения в границы зон.

Рисунок 5. Спектр показателя поглощения плёнки MoO₃

3.2 Электрические свойства.

Для оценки влияния энергетического барьера контактов, были произведены измерения статической вольтамперной характеристики, при различных полярностях приложеного напряжения. При обоих полярностях вольтамперные характеристики совпадают. Влияние барьера на контактах не обнаружено.

Рисунок 6. Статическая вольтамперная характеристика плёнки МоО₃

Удельное сопротивление SnO₂ , измеренное методом Ван-дер-Пау равно (2,4±0,3) Ом·см.

Удельное сопротивление MoO₃, измеренное методом Ван дер Пау, равно (340 ± 40) Ом·см.

3.2.1 Даинамические вольтамперные характеристики.

Динамические вольтамперные характеристики измерены при гармоническом сигнале на частоте 40 Гц. Напряжение прикладывалось к структуре посредством позолоченного контакта, прижатого к поверхности оксида.

Рисунок 7. Позолоченный контакт, прижатый к поверхности плёнки оксида молибдена, радиус изгиба порядка 0,3 – 0,5 мм.

После опускания электрода на поверхность плёнки оксида молибдена, амплитуда тестового сигнала плавно увеличивалась, скорость развёртки амплитуды переменного напряжения 5 – 10 В/с. При этом вольтамперная характеристика имела вид, изображённый на рис.8.

Рисунок 8. Динамическая вольтамперная характеристика МоО₃ до формовки

При дальнейшем увеличении амплитуды тестового напряжения происходит пробой диэлектрика (с ограничением тока), однако, в результате этого процесса, возникший канал не обладает чисто металлической проводимостью, а формируется канал переключения. Такой процесс называют формовкой, или статическим пробоем [], при этом в исходном материале формируется проводящий канал. При этом вольтамперная характеристика принимает вид, изображенный на рис.9. Зависимость имеет симметричный вид, что может свидетельствовать об отсутствии значительного влияния гетероперехода. В большинстве точек образца, на обоих ветвях вольтамперной характеристики, на участке ОДС наблюдаются области флуктуации тока и напряжения, которые исчезают при определённом значении тока, порядка 0,2 мА (рис.11), однако вольтамперная характеристика некоторых точек не обладает подобными особенностями (рис.12), это может быть связано с неоднородностями количественного, качественного или фазового состава плёнки.

Рисунок 9. Вольтамперная характеристика плёночного МоО₃ после формовки электрическим полем

Рисунок 10. Динамика изменения «S» - образной вольтамперной характеристики MoO₃ , при увеличении тока

Рисунок 11. «S»-образная вольтамперная характеристика MoO₃ , участки с флуктуацией тока и напряжения исчезли при увеличении тока.

Рисунок 12. «S» - образная вольтамперная характеристика плёночного MoO₃ после электрической формовки. Для данной точки, на вольтамперной характеристике не наблюдаются флуктуации тока и напряжения.

На вольтамперных характеристиках отчётливо виден участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Точка перехода соответствует напряженности электрического поля порядка 2·10⁷ В/м, это значение соответствует всем исследуемым образцам различной толщины. Вольтамперные характеристики симметричны относительно прикладываемого напряжения, что говорит о неполярной природе явления.

Подобные вольтамперные характеристики проявляются не во всех точках образцов, однако, в некоторых точках проявляются весьма стабильно, это может быть связано с неоднородностью структуры, количественного и качественного состава плёнки, нарушениями стехиометрии.

Полученные вольтамперные характеристики стабильны, изменения со временем заметены не были, при времени наблюдения ~ 30 мин.

При дальнейшем увеличении тока происходит необратимая деградация структуры (рис.13), которая приводит к исчезновению участка с ОДС, такой процесс происходит при критической величине тока 0,2 – 0,3 мА.

Рисунок 13. Вольтамперная характеристика оксида молибдена при превышении критической величины тока