УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ В СТРУКТУРЕ SI-SIO2-VO2

Авторы
Файлы

Кулдин Н. А. Величко А. А. Статья в формате PDF 173 KB Разработка новых полупроводниковых элементов совместимых с кремниевой технологией, но основанных на других физических эффектах привлекает большое внимание исследователей. В данной работе описывается Si-SiO₂-VO₂ структура (рис.1.) с управляемой динамикой переключения, а также приводятся результаты моделирования ее свойств. Эффект переключения обусловлен переходом металл-изолятор (ПМИ) в двуокиси ванадия. Механизм переключения обычно тpaктуется в рамках модели критической температуры, однако, как было показано нами, на температуру ПМИ можно влиять электрическим полем, а также инжекцией заряда [1].

Рис.1. Схема включения структуры (a), 1 - постоянный источник, 2 -генератор (R₁ = 100 kΩ, R₂ = 10 Ω, R₃ = 560 kΩ, C₁ = 0.022 μF; вид контактов (b), динамическая вольт-амперная хаpaктеристика (ВАХ) структуры с (c) и без (d) переключения.

Пленка диоксида ванадия (~3000 A) осаждалась на Si-SiO₂ (Si-p-типа, ρ = 1 W×cm; SiO₂ ~1000 A) подложку методом реактивного магнетронного распыления. Сверху наносились алюминиевые контакты (рис.1.b). ВАХ структуры исследовалась на переменном сигнале в режиме генератора тока (большое сопротивление R₁). Исследуемая структура хаpaктеризуется ВАХ переключательного типа (рис.1.c). При наблюдении динамической ВАХ на низкочастотном сигнале (~100 Hz), освещение структуры и (или) смещение Si-подложки (по крайней мере, в диапазоне U₀от -30 до 30 V) не влияло на вид ВАХ. Однако при переходе в более высокочастотную область можно было обратимо переводить структуру в состояние без переключения при помощи подачи соответствующего напряжения смещения на подложку. Так на частоте 6 kHz при U₀< -12.2 V наблюдался переход к динамической ВАХ показанной на рис.1 d. В этом случае переключение отсутствует. При положительном смещении подложки вырождение переключения наблюдалось при U₀> 4.6 V.

Далее было обнаружено влияние освещения на динамику переключения. При U₀≥ 0 освещение не влияло на работу переключателя. Однако при отрицательном смещении подложки уже слабое освещение приводило к исчезновению переключения на динамической ВАХ. Так на частоте 6 kHz при U₀= -8 V и освещенности 5^.10^-4 J^.cm^-2^.s^-1 переключение исчезало, и динамическая ВАХ имела вид, показанный на рис.1.d.

Таким образом, мы могли управлять динамикой переключения структуры изменяя освещение (фотоемкостный эффект) или напряжение смещения U₀.

Эквивалентная схема структуры представлена на рисунке 2.а.b

Рис.2. Эквивалентная схема (a), R₁ - ограничительное сопротивление, R_v - сопротивление пленки диоксида ванадия, С - емкость МДП-структуры (b), состоящая из трех емкостей: С_ох -подзатворного диэлектрика SiO_2,C_sc - области прострaнcтвенного заряда (ОПЗ), C_ss - поверхностных состояний (ПС); зависимость I от ψ_s (c).

При подаче переменного напряжения U, через резистор R_v протекает ток который при превышении некоторого амплитудного значения I_k вызывает эффект переключения, обусловленный разогревом VO₂ до температуры ПМИ. Было промоделировано амплитудное значение тока в зависимости от поверхностного потенциала, определяемого напряжением смещения U₀, и сравнение его с I_k (кривая 3 рис.2.с). В модели учитывалась зависимость C_sc и C_ss от частоты сигнала.

(1)

где τ_ss - время перезарядки ПС, τ_n - время жизни неосновных носителей, С_B - емкость ОПЗ в области обеднения и слабой инверсии, С_p - емкость ОПЗ в обогащении, C_n - емкость ОПЗ в области сильной инверсии.

Для схемы представленной на рис 2.а ток через пленку диоксида ванадия рассчитывается по формуле:

(2)

Выводы:

1. При увеличении частоты сигнала подаваемого на структуру происходит уменьшение I_max (I_max, I_min - максимальное и минимальное значение тока при варьировании ψ_sрис.1.с)_, т. е. I_max < I_k. В результате чего переключатель не работает в данном диапазоне частот. Однако если уменьшить геометрические размеры переключателя, то I_max достигает I_k и переключение становится возможным. При частотах порядка 1 - 10 kHz переключатель имеет две рабочие точки переключения (рис.2.с, кривая 1), при положительном и отрицательном значении поверхностного потенциала. Однако при переходе в более высокочастотную область, рабочая точка (y_s>0) сдвигается в область больших значений y_s, которая реально недостижима (рис.2.с, кривая 2). В результате переключатель имеет одну рабочую точку.

2. Влиять на параметры переключателя можно при помощи варьирования длины и ширины алюминиевых контактов, а так же расстояния между ними.

Критический ток (где j_k - критическая плотность тока при ПМИ, h - ширина контактов, d - толщина пленки). Критическое напряжение (где ρ - удельное сопротивление пленки VO₂, l - расстояние между контактами).

Подбирая данные параметры можно выводить структуру в режим управляемого переключения в очень широком диапазоне частот, что делает ее перспективным элементом в микроэлектронике.

Работа выполнена при поддержке гранта Министерства Образования РФ и Американского Фонда Гражданских Исследований и Развития (CRDF) № PZ-013-02.

[1] А.А. Величко, Н.А. Кулдин, Г.Б. Стефанович, А. Л. Пергамент //ПЖТФ, т.29, в.12, с.49-53. (2003).

МАССОВЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТОКСИЧНОСТИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Статья в формате PDF 283 KB...

01 09 2026 6:31:52

Иммунологический контроль в системе эпидемиологического надзора за управляемыми инфекциями

Статья в формате PDF 124 KB...

31 08 2026 7:22:31

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШЕЙДЕРОВ

Статья в формате PDF 284 KB...

30 08 2026 16:59:11

ИНТЕГРАЛЫ: КРАТНЫЕ, КРИВОЛИНЕЙНЫЕ И ТРОЙНЫЕ

Статья в формате PDF 266 KB...

29 08 2026 3:41:37

ГАЗОВЫЙ СОСТАВ ДЕРИВАТОВ ГЕМОГЛОГБИНА У ЗДОРОВЫХ ЛИЦ И БОЛЬНЫХ ЖЕЛЕЗОДЕФИЦИТНОЙ АНЕМИЕЙ

Статья в формате PDF 142 KB...

28 08 2026 15:22:34

КУЛЬТУРА И ПРИРОДА

Статья в формате PDF 127 KB...

27 08 2026 20:56:22

СОТРУДНИЧЕСТВО ЛИПЕЦКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА И ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ОБЛАСТИ МАРКЕ (Г. АНКОНА, ИТАЛИЯ)

Статья в формате PDF 154 KB...

26 08 2026 6:44:12

ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВАЛКОВ ТОНКОЛИСТОВЫХ СТАНОВ ПО КРИТЕРИЮ ПРЕДЕЛЬНОГО КОНТАКТНО-УСТАЛОСТНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ

Статья в формате PDF 240 KB...

25 08 2026 16:51:38

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРОЙ И СПОРТОМ РЕСПУБЛИКИ КОМИ

Статья в формате PDF 126 KB...

24 08 2026 15:23:18

СОТВОРИ МЕЧТУ – МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Статья в формате PDF 267 KB...

23 08 2026 23:27:21

НАРОДНАЯ МЕДИЦИНА И ЗДРАВООХРАНЕНИЕ В ТЕРКЕМЕ РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН

Статья в формате PDF 123 KB...

22 08 2026 4:35:53

БЕРЕЖЛИВОЕ ПРОИЗВОДСТВО КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ОПЕРАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Статья в формате PDF 228 KB...

21 08 2026 8:54:41

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОТ ЖИРОВ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Статья в формате PDF 298 KB...

20 08 2026 12:11:43

ДИНАМИКА ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ В ЦИФРАХ

В статье дается хаpaктеристика современного состояния жилищно-коммунального хозяйства Саратовской области. Отмечаются изменения в структуре собственности на жилищный фонд, оцениваются тенденции развития основных фондов жилищно-коммунального хозяйства, состояние кадров и платежно-расчетной дисциплины в отрасли, освещается политика администрации области в части организационных преобразований системы управления жилищно-коммунальным хозяйством и обеспечения социальных гарантий для населения. ...

19 08 2026 15:28:59

ХРОНИЧЕСКИЙ БРОНХИТ У ПРОМЫШЛЕННЫХ РАБОЧИХ

Статья в формате PDF 100 KB...

18 08 2026 10:23:21

ЗДОРОВЬЕ, ЗАНЯТИЯ ФИЗКУЛЬТУРОЙ, СПОРТОМ И УСПЕВАЕМОСТЬ УЧАЩИХСЯ СРЕДНИХ МЕДИЦИНСКИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

Статья в формате PDF 117 KB...

17 08 2026 2:49:57

Нахождение угла подъема резьб в редукторе поступательного движения гидродомкрата секции

Статья в формате PDF 289 KB...

16 08 2026 21:35:27

ОПУХОЛИ ЯИЧНИКОВ: ПЕРСПЕКТИВЫ ИММУНОДИАГНОСТИКИ

Статья в формате PDF 112 KB...

15 08 2026 5:37:30

Изменение активности катепсина Д в тканях сеголеток карпа под влиянием солей тяжелых металлов

Cтатья посвящена исследованию влияния хлорида кадмия (0,25 мг/л) и ацетата свинца (0,5 мг/л) на активность катепсина Д в тканях сеголеток карпа. Результаты наших исследований свидетельствуют о наличии тканеспецифичности в изменении активности катепсина Д в ответ на действие ионов тяжелых металлов.Предлагается использовать показатели протеолитических ферментов в тканях рыб в качестве чувствительного теста на загрязнение водной среды ионами тяжелых металлов. ...