文摘

Nonlinear-electronic运输在菲₂O₃超薄薄膜的热氧化生长晶粒取向铁箔是由电流电压特性研究在室温下氧化温度的函数。微观结构的形成及其变化进行了原子力显微镜和x射线衍射研究。x射线衍射表明,平均晶粒尺寸是弱温度增加而增长。电流电压特性的分析显示电阻政权在低电压和空间电荷限制政权在更高的电压。出发的影响导致不连续晶粒生长的衬托。此外,nonlinear-electronic铁的运输₂O₃超薄薄膜氧化可能是有用的适应性设计的电子设备。

1。介绍

研究了空间电荷限制电流在真空管技术在1906左右。科学家已经开发了基于真空管技术包括高功率、信号放大器、和军事应用,由于其抗电磁脉冲。因此,空间电荷的现象可以更新的时代solid-sate-electronics氧化自适应电子设备的工作原理基于出发效果,可用于智能设备与非线性特征(1- - - - - -3]。

最近演示了如何从大部分纳米材料可以显著改变材料特性在过渡金属氧化物(TMOs) [4因此他们的表现。因此,出发影响小颗粒之间的界面会导致实质性的改善电,磁,光学性质(5- - - - - -7]。

氧化自适应电子设备基于垂直结构与驱动电路可以实现小区域电力应用程序(8,9),因为电流可以由一个电极嵌入调制的中间设备甚至金属氧化物超薄薄膜的载流子迁移率低(7,10]。同时,为了应对生态问题的需求,低成本、丰度、稳定性、无毒性,和环境,TMOs应该学习和适应新的应用程序。例如,氧化铁吸引了研究人员的兴趣(11- - - - - -13]。众所周知,赤铁矿(Fe₂O₃)有一个低电导率以及低室温下电子迁移率相比,硅(14]。同时,众所周知,铁的活化能₂O₃随温度变化nonmonotonically [15,16]。

Nonlinear-electronic运输在菲₂O₃超薄薄膜的热氧化产生的这项工作。微观结构的形成是由原子力显微镜和x射线衍射研究作为温度的增长函数以及nonlinear-current传导的研究作为厚度的函数在室温下是由电流电压特性。

2。实验的程序

菲₂O₃超薄薄膜被热氧化生长的晶粒取向铁箔。晶粒取向铁箔是软磁性材料,用作变压器的核心材料。在这个工作中,晶粒取向衬托了核心的低功率变压器厚度为0.18毫米。众所周知,晶粒取向衬托通常涂减少涡流和提供耐腐蚀。因此,在氧化过程中,1厘米的铁箔与横截面积²机械抛光和清洗使用有机溶剂和去离子水。抛光后,样本在空气气氛条件下热氧化温度范围从400°C到550°C的持续时间20分钟到电阻加热石英管式炉。广场的铜电极几何形状的0.1厘米×0.1厘米是放在每个样本一样机械点接触的示意图,图中所示1。

分析了微观结构形成原子力显微图和x射线衍射模式。铁的原子力显微图₂O₃超薄薄膜得到数字仪器(Veeco)毫微秒示波器和x射线衍射模式与CuK PANalytical x射线衍射仪_α辐射(λ= 0.15418海里)的扫描范围20 - 90°。电流电压特性的样品测定采用数字存储示波器(美国泰克,TDS1012C)。电压和电流信号记录雇佣一个串联电路如图1(一)在正向偏压和图1 (b)反向偏压下。电压和电流信号被绘制为利萨数字示波器的屏幕。利萨如图形给电压的瞬时值作为当前函数。

3所示。结果与讨论

众所周知,铁的氧化物的氧化过程应该依赖氧气的溶解度铁箔和能源采取一个氧离子,形成氧化。因此,空置的阳离子(氧离子)将远离氧化物界面扩散和空阴离子网站(铁离子)通过在氧化过程中氧化17]。在这里介绍的过程中间温度(< 700°C),第一个单层氧化铁的种植和对应于菲₂O₃阶段与晶格参数类似于晶粒取向铁箔。这一阶段的特点是戈斯(110)首选纹理与晶体取向(18]。

氧化,持续增长的纹理具有强大凝聚力的力量(17,19]。结构性缺陷可以形成不连续戈斯晶粒生长的氧化生长,这是根据工业生产过程的晶粒取向铁箔。

3.1。微观结构形成

微观结构形成的研究知道铁的稳定进行₂O₃超薄薄膜生长的热氧化温度低于700°C和空气气氛条件下。原子力显微镜研究证明样本的同质性和再现性由扩散过程控制和x射线衍射分析表明了多晶铁₂O₃阶段形成的样本。

图2显示了铁的原子力显微图₂O₃超薄薄膜在不同的温度。采用非接触方式的操作提示和示例扫描面积1μm×1μm提供一种方法来分析样品表面氧化形成的函数基于轴承的粗糙度算法从Veeco毫微秒示波器软件。

平均粗糙度,与的交点,可以估计深度剖面和支承面积图显示在图3用虚线和平均身高颗粒分布有关,和它们的值表1。

这表明是一个不连续的增长机制有利于氧化形成和晶粒尺寸的样品如图3。然而,在温度(> 500°C),减少氧化物的形成可以观察到图3 (d)氧化,因为不连续达到其临界厚度(17,18,20.]。

图4显示了热氧化样品的x射线衍射模式。样本处理在400°C和450°C与峰值位于65.08°,81.07°(530)和(710)飞机。样本处理与峰位于500°C 30.06°, 35.46°, 43.02°, 65.04°,和81.07°对应(220)、(311)、(400)、(530)和(710)的飞机以及峰定位在33.13°,35.53°,42.98°,65.04°,和81.07°(310)、(311)、(400)、(530)和(710)面观察样品处理在550°C。所有峰对应于立方铁₂O₃阶段根据PANalytical卡没有。00-019-0629。立方铁结构中可以看到所有的样品处理峰值为44.67°和82.33°(110)和(211)根据PANalytical卡没有飞机。00-002-0426和与高斯相关纹理18]。

厚度样品测定的Tencor轮廓曲线仪。两个厚度和平均晶粒尺寸被显示在表1。平均晶粒尺寸与德拜谢乐公式估计基于x射线衍射模式(21,22]。

根据原子力显微镜图的研究3和x射线衍射图分析4携带的铁,主要的散射机制₂O₃超薄薄膜晶界散射,这与过渡区域相邻微晶间的不同方向。同时,势垒与晶格defects-induced捕获微晶状态之间可以阻碍铁载体运动₂O₃超薄薄膜。因此,当航空公司的平均自由程相当较小的晶体尺寸,临界厚度,电荷载流子迁移率,可以根据组织表的数据是有限的1对菲₂O₃超薄薄膜。

3.2。电子运输

样品的性能证明了数据的示意图1(一)和1 (b)。确保线性响应,函数发生器(矩阵,mfg - 8250 a)被用来产生一个线性斜坡信号在低频率()和电压范围从0 V - 5 V保护低压操作,避免磁运输(交换极化)样品(23,24]。同时,电阻的选择监测样品的电流信号如图1(一)和1 (b)。对正向和反向偏压电流电压特性如图5和6。Nonlinear-electronic运输被观察到的电流电压特性与两个区域斜坡所示。

调查的交通参数样本,提出了一种模型的空间电荷限制运输和给出的 在哪里是铁氧化物介电常数(作为对菲₂O₃在低频率)[15),玻耳兹曼常量,样品的温度,电荷载流子迁移率,是有效横截面积(),是美国的密度()[14),是陷阱的密度,是陷阱的能级,外加电压,是铁的厚度₂O₃超薄薄膜。

陷阱浓度,电流电压特性的估计,斜率变化相关的电压和相交的潜力下降,整个电影是两个数字表示5和6(25]。如数据所示5和6,欧姆政权观察在低电压(0 <<),而在更高的电压(<< 5V),制度来。的参数对应于电压与trap-filled限制与充电运营商,可以与以下关系: 非线性行为观察电流电压特性数据5和6相关,可以在低电压和collision-dominated无碰撞交通运输在更高的电压(26]。众所周知,无碰撞运输与低场运输受到弱热振动和电荷载流子迁移率的影响,、独立的领域因为携带和晶格是处于平衡状态。然而,在运输在更高的电压,collision-dominated运输成为带有磁场的非线性函数和电荷载流子迁移率,,菲₂O₃超薄薄膜(27]。

由于电荷载流子迁移率的空间电荷限制制度,,连接到nonlinear-electronic运输的样品,的价值应该评估自适应设计的电子设备。可以估计作为 在哪里首先是斜率(欧姆地区)的电流电压特性数据吗5和6提取和使用,差动电流的变化和分别作为电压的微分变化。

它是在(3),可以从电阻提取区域因为低场运输是用于描述半导体的电影来确定热激动的浓度,,它的电荷载流子迁移率,,(26]。因此,空间电荷限制制度下,和(3),解决了。

空间电荷限制制度遵循,在那里是一个比例因子取决于哪一个,,比率。根据(1),表达的是 因此,铁的交通参数₂O₃超薄薄膜提取解决(2),(3)和(4),并使用MATLAB程序。参数估计是基于非线性行为的数据5和6和陷阱能级,从计算(4)。最后,交通参数对正向和反向偏差表中列出2和3,分别。

从表2和3证明了活化能,,菲₂O₃层nonmonotonically随温度不同而不同。的样品的参数是不同的,因为斜率变化被观察到电流电压特性,这是陷阱浓度变化有关,在不连续的铁的形成₂O₃超薄薄膜。接触铁/铁的影响₂O₃和菲₂O₃/铜界面也可能影响设备性能,因为晶界散射与晶格defects-induced捕获状态界面附近阻碍出发的电荷载体运动现象。

Nonlinear-electronic运输样本中较低的临界厚度250海里单调变化的电荷载流子迁移率低,在空间电荷限制制度(8,25]。低电荷载流子迁移率表2和3受到偏见的影响,因为铁吗₂O₃阶段提供了强有力的凝聚力与铁箔和允许航空公司运输的增加在正向偏压下。然而,由于结构缺陷形成铁₂O₃超薄薄膜在氧化过程中,弱铁之间的凝聚力量₂O₃阶段和铜接触允许航空公司运输的减少反向偏压下。最后,平均粗糙度的增加,小水晶大小,相关的电荷载流子迁移率的变化,在菲是空间电荷限制运输的结果₂O₃超薄薄膜。

4所示。结论

从菲Nonlinear-electronic运输₂O₃超薄薄膜,研究了电流电压特性的氧化温度的函数。平均粗糙度和粒径都证明了原子力显微镜和x射线衍射研究。交通参数对所有样品在室温下进行评估。出发效果与不连续氧化物的形成基于不连续在氧化过程中晶粒生长在中间温度。分析在低电压和空间电荷限制电流电压特性显示了欧姆政权政权在更高的电压。

此外,氧化铁样品较低的临界厚度250海里可以用于氧化自适应电子设备的设计,因为铁的电流₂O₃超薄薄膜载流子迁移率较低和低能量水平的陷阱,可以逐步调整。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突,如经济利益,但有直接利益相关的出版本文分享知识。

确认

这个工作的过程和结果可能由于以前支持从CINVESTAV-IPN Ramon佩纳塞拉博士和胡安韦森特博士从CNMN-IPN门德斯门德斯,墨西哥。