Главная arrow Публикации arrow Нано-элементы для обработки оптической информации arrow Оптические свойства оксида ванадия
Main Menu
 Главная
 Новости
 Публикации
 Литографические процессы
 Базовые основы наноэлектроники и Одноэлектроника
 Тонкие пленки оксидов переходных металлов (ОПМ)
 Другие статьи
 Нано-элементы для обработки оптической информации
 FAQ
 Ссылки
 Контакты

Who's Online
На сайте:
22 гостей

Hit Counter
726415 посетителей

Наш баннер:
Мы будем рады, если вы разместите на своем сайте нашу кнопочку
NANO_Technologies


Newsflash
Медицинские нанороботы осваивают язык живых клеток. NASA создаёт новые материалы для защиты космических путешественников от галактических лучей.

 21 November 2018
Оптические свойства оксида ванадия   Версия для печати  Отправить на E-mail 
Опубликовал Irina Bolshakova  
31 May 2008

Так как технология получения стехиометрической двуокиси ванадия пердусматривает наличие металлического подслоя между подложкой и оксидной пленкой, то наиболее оптимальной процедурой было измерение коэффициента отражения оксида. Измерения производились в приставке зеркального отражения ПЗО - 1. Для увеличения числа экспериментально определяемых параметров в оптическую схему прибора был добавлен поляризатор, устанавливаемый между выходной щелью спектрофотометра и приставкой ПЗО, что позволило проводить измерения коэффициента отражения света, поляризованного параллельно (RS) и перпендикулярно (RP) плоскости падения света.

На рис.3 показаны спектральные зависимости R для высокотемпературной и низкотемпературной фаз неупорядоченной двуокиси ванадия. Из рисунка видно, что в исследуемом диапазоне спектр отражения имеет интерференционную природу. При нагревании образца спектр смещается в коротковолновую область. На рис.4 представлены температурные зависимости R для фиксированной длины волны 0. Наблюдаемая картина изменения R() и R(Т) характерна для материалов с ПМИ и имеет место, например, в кристаллической двуокиси ванадия. Таким образом, изменения оптических параметров при ПМИ в неупорядоченной VO2 аналогичны изменениям, происходящим в кристаллическом материале.

Рис.3 Спектральные зависимости R. 1, 2 - RS; 3, 4 - RP (1,3 - полупроводниковая фаза, 2,4 - металлическая фаза).

 

Рис.4 Температурная зависимость коэффициента отражения света 0 =900 нм  

Так как при ПМИ резко меняются показатель преломления и коэффициент поглощения, то наблюдатель, рассматривающий пленку в белом свете, видит резкую смену цвета пленки. Понять природу изменения цвета легко, если обратиться к спектральной зависимости R в видимой области спектра до и после ПМИ pис.3-4. Исходный цвет (до ПМИ) определяется широким, размытым по всему видимому диапазону, интерференционным минимумом, т.е. длины волн, которые соответствуют этому минимуму, не доходят до глаза наблюдателя. После перехода минимум смещается в сторону коротких длин волн - теперь из спектра длин волн, пришедших от нагретого образца, вычитается более коротковолновая часть спектра.

Длина волны, на которой наблюдается интерференционный минимум, для простейшей оптической модели - однородная пленка на поглощающей подложке, в случае нормального падения света дается элементарным соотношением: n. = /2, где n - показатель преломления, а - толщина слоя. Изменением можно достичь различной окраски пленки. Другой способ получения необходимого цвета до и после перехода заключается в изменении показателя преломления n. Для его реализации можно предложить, например, применение нестехиометричных слоев двуокиси ванадия. Дополнительные возможности для получения структур с максимальным цветовым контрастом при переходе в различных частях спектра появляются при использовании сложных многослойных структур. Применение электрохимического окисления позволяет легко реализовать различные способы изменения оптических свойств (цвета и его изменения при переходе) пленок двуокиси ванадия. Так анодирование в гальваноститическом режиме при малых плотностях тока приводит к образованию многослойной структуры V-VO2-V2O5 (образцы типа I). Изменяя условия анодирования можно варьировать относительные толщины слоев и получать изменение цвета при переходе с максимальным контрастом в различных областях спектра. На рис.5 показаны спектральные зависимости R таких структур для полупроводниковой и металлической фаз. Для образца, цвет которого определяется зависимостью R(), представленной на рис.5 а, нагрев до Т>Тt приводит к изменению цвета с желто-оранжевого на красный. Увеличение времени анодирования дает пленки, для которых характерна спектральная зависимость представленная на рис.5 б, в них при ПМИ зеленый цвет пленки меняется на голубой. Продемонстрированная возможность получения максимальных контрастов изменения цвета при ПМИ в различных частях спектра открывает дополнительные возможности для создания устройств отображения информации на основе двуокиси ванадия.

Рис.5 Спектральные зависимости многослойных структур V-VO2-V2O5. Время окисления мало (а). Время окисления велико (б). 1- полупроводниковая фаза, 2- металлическая фаза.

 

Рис.6 Спектральные зависимости показателя преломления и показателя поглощения неупорядоченной V2 . 1,1а, 5,5а - образец типа I (1, 5 - полупроводниковая фаза, 1а, 5,а - металлическая фаза). 2, 3 - образцы типа II (V2O5).

Информацию об оптических свойствах материала можно получить из анализа его спект­ра поглощения А=1-Т-R, откуда линейный коэффициент поглощения a легко получить из закона Бугера-Ламберта. Для определения опти­ческих констант n и k (и =4k/) использовался метод, основан­ный на измерении коэффициентов отражения поляризованного света RP и RS, из которых n и k рассчитываются численно по известным соот­ношениям. Фактически, решается задача, аналогичная обратной задаче эллипсометрии с той лишь разницей, что вместо эллипсомет­рических углов Y и D в эксперименте измеряются RP и RS. Для расчетов использовалась оптическая модель однородной поглощающей пленки на поглощающей подложке. Необходимые для расчетов постоянные подложки (п3, к3) определялись спектрофотометрическим методом после стравливания оксидной пленки в растворе аммиака. Результатом вычислений были спектральные зависимости показателя преломления п и коэффициента поглощения  ( =4k/). Принмая во внимание большое значение a (~104 см-1), соответствующее концентрации поглощающих центров ~1022см-3, спектр поглощения образцов типа I (кривая 1 на pис.6) соот­ветствует чистому диоксиду ванадия и качественно повторяет ход кривой a(hn) монокристалла VO2. Некоторые отличия связаны с моди­фикацией электронного спектра аморфной анодной пленки по сравне­нию монокристаллом. Так общее уширение “краев” поглощения может быть обусловлено случайной компонентой силового поля аморфного материала. Полоса поглощения с h ¸ 1эВ соответствует ширине запрещенной зоны VO2. В некото­рых случаях эта полоса с hn =2-3 эВ может и не наблюдаться, напри­мер - в пленках VO2 при вариации кислородной стехиометрии.
Видно, что показатель преломления при переходе уменьшается, т.е. n = nS - nM > 0. Уменьшение n приводит к смещению спектра отражения в область высоких энергий при ПМИ. Отметим, далее, что при переходе в металлическую фазу наблюдается некоторое уменьшение  в области больших энергий (в полосе поглощения с h > 2эВ) и увеличение для h < 1эВ. Подобная трансформация спектра характерна для кристаллического материала и обычно трактуется как исчезновение диэлектрической щели (h < 1эВ) в электронном спектре при ПМИ.

Последнее обновление ( 01 September 2008 )

Shout It!

Имя:

Сообщение:


 
Go to top of page  Главная | Новости | Публикации | FAQ | Ссылки | Контакты |
Mambo 
Copyright © 2002-2005 Stefanovich G.B. & Bolshakova I.P.

НОЦ Плазма Петрозаводский государственный университет