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:
7 гостей

Hit Counter
689685 посетителей

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


Newsflash
По прогнозам ученых до сборки первого наноробота осталось 5-7 лет...

 21 February 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