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).

ПСИХОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СТАТУС СТУДЕНТОВ ТЫВИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Статья в формате PDF 93 KB...

12 10 2026 1:42:17

МОЛОЧНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ТОНКОРУННЫХ ОВЦЕМАТОК В ЭКОЛОГО-КОРМОВЫХ УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО УРАЛА

Статья в формате PDF 104 KB...

11 10 2026 23:34:18

СЕРЕБРЯНОЕ ОРУДЕНЕНИЕ ГОРНОГО АЛТАЯ

Приведены сведения о распространённости серебряного оруденения эпитермального типа серебро-сурьмяной и ртутно-серебряной формаций юго-востока Горного Алтая. Основную рудоконтролирующую роль в локализации оруденения осуществляли структурные факторы (разломы разных порядков). Рудные тела представлены жилами, жильными зонами и штокверками. Текстуры руд: вкрапленные, прожилково-вкрапленные, массивные, пятнистые, коррозионные, катакластические, друзовые, каркасные. Руды представлены серебро-сульфосольными ассоциациями минералов при ведущей роли аргентита, тетраэдрита, теннантита, бурнонита, зелигманита, гудмундита, джемсонита. Концентрации серебра в рудах варьируют от нескольких десятков до нескольких тысяч граммов на тонну. Прогнозные ресурсы серебра для Юстыдского рудного узла составили категорий Р1 – 5822 т, Р2 – 25347 т. ...

10 10 2026 6:55:11

КЛИНИКО-ЛАБОРАТОРНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИКЛОФЕРОНА В КОМПЛЕКСНОМ ЛЕЧЕНИИ БОЛЬНЫХ ХРОНИЧЕСКИМ БРУЦЕЛЛЕЗОМ

Статья в формате PDF 105 KB...

09 10 2026 0:29:51

О РЕДКИХ ВИДАХ ЛИШАЙНИКОВ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

Проведена инвентаризация лихенофлоры Республики Татарстан (РТ). Показана роль особо охраняемых природных территорий в сохранении флористического разнообразия. Дан спектр семейств редких видов во флоре обследованной территории и анализ состава географических элементов. Рассмотрено распределение редких видов по основным типам местообитаний. Даются некоторые сведения о редких и исчезающих лишайниках для включения в Красную книгу РТ. ...

08 10 2026 4:27:51

СТАНОВЛЕНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ УМЕНИЙ

Статья в формате PDF 145 KB...

07 10 2026 23:17:52

Феномен опасного знания

Статья в формате PDF 255 KB...

06 10 2026 19:12:10

Способ измерения и анализа динамики объемного расхода водотока родника

Способ относится к гидрологии суши и инженерной экологии, может быть использовано при экологическом мониторинге антропогенных воздействий на загрязнение родников. Выявлены биотехнические закономерности динамики в реальном режиме времени по суткам два основных показателя (как и в прототипе, период наполнения мерного сосуда и объемный расход родниковой воды), но применительно не к роднику в целом, а только к его отдельным водотокам. Разделение родника на естественные водотоки позволяет расширить функциональные возможности способа и повысить точность измерений.Впервые способ позволяет проводить фундаментальные гидрометрические измерения родника в гидрологической структуре его водотоков. Повышение точности измерений по времени наполнения мерного сосуда секундомером и расчета объемного расхода воды каждым водотоком родника обеспечивается измерениями в реальном режиме времени. ...

05 10 2026 8:58:39

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ЭКОНОМИЧЕСКИМИ И СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЕРСОНАЛ БАНКА

Статья в формате PDF 71 KB...

04 10 2026 11:17:55

MIGRATION AND MYOTONIC DYSTROPHY IN THE REPUBLIC OF BASHKORTOSTAN

Статья в формате PDF 109 KB...

03 10 2026 9:19:25

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСТРОГО И ХРОНИЧЕСКОГО ЭНДОТОКСИКОЗА: ФОРМАТ ПРОБЛЕМЫ

Статья в формате PDF 99 KB...

02 10 2026 20:43:11

ПОНКРАТОВ ПЕТР АНДРЕЕВИЧ

Статья в формате PDF 89 KB...

01 10 2026 18:19:41

ОБ ОДНОМ МЕХАНИЗМЕ ВЛИЯНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ НА ПРОЦЕСС ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ

Статья в формате PDF 137 KB...

30 09 2026 12:28:10

ДИНАМИКА ПАРАМЕТРОВ СЕРДЕЧНО-ДЫХАТЕЛЬНОГО СИНХРОНИЗМА У БОЛЬНЫХ С ГИПЕРПЛАСТИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ЭНДОМЕТРИЯ НА ФОНЕ ТЕРАПИИ

Статья в формате PDF 121 KB...

29 09 2026 8:22:52

ВЛИЯНИЕ БЕНЗОПИРЕНА И НИЗКОЧАСТОТНОГО НИЗКОИНТЕНСИВНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПОЦЕСС МУТАГЕНЕЗА

Статья в формате PDF 146 KB...

28 09 2026 9:54:55

ПАТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОЧЕЧНОЙ ПАРЕНХИМЕ ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ЭНДОТОКСИКОЗЕ В УСЛОВИЯХ ВЕГЕТАТИВНОЙ ДИЗРЕГУЛЯЦИИ

Статья в формате PDF 112 KB...

27 09 2026 4:51:44

ИННОВАЦИОННЫЕ ФОРМЫ РАБОТЫ С РОДИТЕЛЯМИ ПРИ ПОДГОТОВКE ДЕТЕЙ К ШКОЛЕ

Статья в формате PDF 300 KB...

26 09 2026 9:13:33

ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ПОВЕДЕНЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ КРЫС НА ФОНЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ АРАЛИИ МАНЧЬЖУРСКОЙ

Статья в формате PDF 245 KB...

25 09 2026 9:17:34

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН НА ВЫЖИВАЕМОСТЬ И СРОКИ РАЗВИТИЯ ЯИЦ ГЕЛЬМИНТОВ

Статья в формате PDF 113 KB...

24 09 2026 17:21:35

Туристско-рекреационная оценка климатических условий Ивановской области

Статья в формате PDF 255 KB...

23 09 2026 5:35:55

МЕХАНИЗМ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ “ЛЕГКОЙ” ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Статья в формате PDF 111 KB...

22 09 2026 2:38:18

Математическое мышление как основа инженерного образования

Статья в формате PDF 312 KB...

21 09 2026 20:48:48

Формирование "метаболического синдрома" у коренных жителей горного Алтая с артериальной гипертензией

Статья в формате PDF 104 KB...

20 09 2026 20:12:51

ИЗУЧЕНИЕ ХОЛЕЦИСТО – КАРДИАЛЬНОГО РЕФЛЕКСА У ДЕТЕЙ

Статья в формате PDF 204 KB...

19 09 2026 23:29:45

УЧАСТИЕ КОМПЛЕКСОВ НЕЙРОН-АСТРОЦИТ В ПРОЦЕССЕ ЭПИЛЕПТИЗАЦИИ МОЗГА

В работе дана хаpaктеристика выявленных авторами комплексов нейрона с астроцитом в ретикулярном ядре таламуса (РТЯ), формируемых ими группировок и патогистологических процессов, разворачивающихся в эпилептическом очаге с их участием. Исследования выполнены на крысах линии WAG/Rij, показавших различную чувствительность к звуковому стимулу. Авторы полагают, что, вероятно, с самых начальных этапов эпилептизации мозга ее предопределяют эпилептогенные группы комплексов нейрона с астроцитами. ...