Фундаментальные основы сольвотермального метода синтеза эпитаксиальных пленок диоксида ванадия с переходом диэлектрик-металлНИР

The fundamental principles of the solvothermal synthesis of vanadium dioxide epitaxial films with a metal-insulator transition

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 22 февраля 2018 г.-15 декабря 2018 г. Фундаментальные основы сольвотермального метода синтеза эпитаксиальных пленок диоксида ванадия с переходом диэлектрик-металл
Результаты этапа: В 2018 году проводился поиск прекурсоров для получения однофазных порошков диоксида ванадия в сольвотермальных условиях, изучалось влияние параметров синтеза на кинетику роста пленок, определялись условия получения эпитаксиальных пленок на монокристаллических подложках и способы рекристаллизации пленок для улучшения электрофизических характеристик. Среди важнейших результатов можно выделить следующие: 1. в среде изопропанола реакция восстановления V2O5 при температурах 200-220 С позволяет получать порошки состава VxO2x-1, VO2(B), VxO2x+1 в зависимости от времени синтеза, степени заполнения и концентрации реагентов. Показана возможность получения пленочных покрытий за счет образования в растворах алкоголятов ванадия. 2. в гидротермальных условиях при температурах 190-220 С разложение карбоксилатов ванадила(IV) происходит с образованием наноструктурированных порошков метастабильной фазы VO2(B). Оптимизация кинетических условий синтеза позволяет получать фазы VO2(B) и VO2(M) в виде биаксиально текстурированных покрытий на поверхности монокристаллических подложек r-Al2O3. 3. температурная обработка полученных пленок при температурах около 600 С в условиях низкого парциального давления кислорода способствует кристаллизации устойчивой фазы VO2(M) с сохранением биаксиальной текстуры. Полученные пленки при температурах 60-65 С демонстрируют переход полупроводник-металл с изменением сопротивления около 10000 раз с шириной петли гистерезиса 5 С.
2 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Фундаментальные основы сольвотермального метода синтеза эпитаксиальных пленок диоксида ванадия с переходом диэлектрик-металл
Результаты этапа: За первый год выполнения проекта установлено, что наиболее эффективными прекурсорами для синтеза пленок диоксида ванадия в гидротермальных условиях являются оксалатные комплексы ванадила. Поэтому в 2019 г основное внимание было сконцентрировано на исследовании границ применимости указанных соединений для решения поставленных задач. Варьирование условий получения равномерных пленок диоксида ванадия на подложках из r-сапфира размером 1*5 см2 продемонстрировало высокую чувствительность состава и морфологии получаемых покрытий к параметрам синтеза, что мы связываем с особенностями кинетики процесса образования пленок диоксида ванадия на поверхности r-сапфира. Для исследования этого влияния проводили серии экспериментов, в которых варьировали температуру (195, 200 С), время процесса (1-8 ч), концентрацию раствора (0.01-0.1 М) и объем автоклава (10-50 мл). В результате анализа образцов методами рентгеновской дифракции, КР-спектроскопии и СЭМ установлено, что в приповерхностном слое на подложке формируется слой (100)VO2(M), а дальнейшее увеличение толщины происходит за счет разрастания плоскостей (001)VO2(B), при этом рост кристаллитов идет в виде гексагональных колонн, ориентированных по оси [102]VO2(M) в соответствии с эпитаксиальными соотношениями между пленкой и подложкой. Фаза VO2 (B) может быть преобразована в фазу VO2 (M) посредством отжига с сохранением гексагональной колончатой морфологии. Для исследования данного процесса проводили серию двухступенчатых отжигов при различной температуре. На первой стадии образцы подвергали температурной обработке при 400 С для перевода В фазы в М и на второй стадии от 450 до 650 С для спекания кристаллитов. Процесс отжига контролировали методами РФА и КР-спектроскопии. Наилучшие характеристики перехода метал-изолятор демонстрируют образцы, полученные в атмосфере Ar при 400 C и затем 600 C: 3-4 порядка изменения сопротивления в зависимости от морфологии образца. Полученные пленки так же демонстрируют обратимое изменение пропускания в широком диапазоне ТГц, что показывает большой потенциал этих эпитаксиальных гидротермальных пленок для применения в ТГц устройствах. По представленным результатам в области синтеза и кинетики роста пленок подготовлена и направлена в редакцию журнала CrystEngComm (Q1, IF 3.382) статья под названием «Hydrothermal epitaxy growth of self-organized vanadium dioxide 3D structures with metal-insulator transition and THz transmission switch properties» (ID CE-ART-11-2019-001894). Исследование свойств пропускания ТГц-излучения представлено в работе «Effect of MIT in epitaxial VO2 films on THz transmittance» журнала EPJ Web of Conferences 2018, 195, 06015 (DOI: 10.1051/epjconf/201819506015). Начата работа по легированию пленок диоксида ванадия вольфрамом и титаном, для чего в растворы прекурсоров добавляются вольфрамат натрия и бис-оксалатотитанат аммония, соответственно. К настоящему времени установлена возможность получения пленок с равномерным распределением легирующих элементов.
3 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Фундаментальные основы сольвотермального метода синтеза эпитаксиальных пленок диоксида ванадия с переходом диэлектрик-металл
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. n-materialyi2018_tezisyi_Makarevich.pdf n-materialyi2018_tezisyi_Makarevich.pdf 375,4 КБ 19 декабря 2018 [makarevich]
2. FNM2018_tezisyi_Makarevich.pdf FNM2018_tezisyi_Makarevich.pdf 658,7 КБ 19 декабря 2018 [makarevich]
3. Otskanirovannye_dokumenty.pdf Otskanirovannye_dokumenty.pdf 1,0 МБ 19 декабря 2018 [makarevich]
4. Otskanirovannye_dokumenty_1.pdf Otskanirovannye_dokumenty_1.pdf 180,2 КБ 19 декабря 2018 [makarevich]