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).

ОБ ИЗВЛЕЧЕНИИ ЦИНКА ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Статья в формате PDF 136 KB...

01 09 2026 14:47:44

Распространенность сочетанной патологии полости носа и носоглотки у детей

Статья в формате PDF 112 KB...

31 08 2026 14:31:24

ГАРМОНИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ЛИЧНОСТИ ШКОЛЬНИКОВ-СПОРТСМЕНОВ

Статья в формате PDF 136 KB...

30 08 2026 10:28:55

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДА МАСЛОЖИРОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ-ДЕСТРУКТОРОВ НЕФТИ

Статья в формате PDF 135 KB...

29 08 2026 1:41:25

Активность реакций перекисного окисления липидов и содержание антиоксидантов в крови у женщин с воспалительными и опухолевыми заболеваниями яичников

Статья в формате PDF 127 KB...

28 08 2026 13:44:46

ПРОГНОЗ ЗАРОЖДЕНИЯ ЦИКЛОНОВ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Статья в формате PDF 123 KB...

27 08 2026 14:27:58

ОБЩЕСТВЕННОЕ МОЛОДЕЖНОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ КАК ИНИЦИАТОР И ОРГАНИЗАТОР НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЭКОЛОГООБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ

Статья в формате PDF 131 KB...

26 08 2026 14:11:45

О РОЛИ ЭКОНОМИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ В УПРАВЛЕНИИ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЙ

Статья в формате PDF 151 KB...

25 08 2026 18:35:50

БИОТЕХНИЧЕСКИЙ ЗАКОН И КОНСТРУИРОВАНИЕ АДЕКВАТНЫХ МОДЕЛЕЙ

Статья в формате PDF 189 KB...

24 08 2026 11:14:40

МЕДИКО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ И СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБЫ ДОШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ: ФУНКЦИИ И МОДЕЛИ

Статья в формате PDF 244 KB...

23 08 2026 1:12:50

ВЛИЯНИЕ ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА БИОРИТМЫ ЧЕЛОВЕКА

В настоящее время, только глухой не услышит рассуждений о влияние магнитных бурь на здоровье человека, но и он найдет массу публикаций на эту тему. И все они, за исключением чисто научных сообщений, негативно оценивают воздействие магнитной бури на организм человека. Так ли это? Земля, как планета и человек, проживающий, на ней являются, участниками вселенской карусели с парадными построениями планет, определяющими процессы на небезразличной для нас звезде под названием Солнце. Миллионы лет до нашей планеты и тысячи лет до нас доходит информация из Вселенной, которую мы не можем понять силой своего разума. Астрологи древних цивилизаций смогли определить строгую последовательность движения планет и зависимых от этого изменений на Земле. Так видимо родилось наше представление о времени, цикличность которого не могла быть не замечена. Цикличность Космических событий можно выделить как первооснову Земной жизни. И в этой жизни циклы активности Солнца занимают особое место. Хорошо известно, что в основе многих восточных религий лежит двенадцатилетний событийный цикл. Не трудно предположить, что такая периодичность могла быть определена одиннадцатилетним циклом Солнечной активности (одиннадцать лет – это усредненное значение за сотни лет измерений, при разбросе от 7 до 17 лет). С такой периодичностью связано множество процессов на Земле: извержение вулканов, наводнения, техногенные катастрофы, изменения социально-политических формаций, уровня cмepтности и рождаемости, динамики инфекционных заболеваний, урожайности и многие другие. Не трудно предположить, что одиннадцатилетние циклы Солнечной активности наиболее значимы для жизни человека, длительность которой ограничена 6-9 циклами. ...

22 08 2026 0:22:22

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕЧЕНИ ПОСЛЕ КАРДИОХИРУРГИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ

Статья в формате PDF 125 KB...

21 08 2026 4:34:24

ПОКАЗАНИЯ К УДАЛЕНИЮ ПОСТОЯННЫХ ЗУБОВ ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЯ ФРОНТАЛЬНО-ДИСТАЛЬНОЙ ДИАГОНАЛИ ЗУБНОЙ ДУГИ

Статья в формате PDF 290 KB...

20 08 2026 20:28:27

ВЛИЯНИЕ СРОКА ПОСЕВА И РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВЕННЫХ УСЛОВИЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ ПЛОДОВ (СЕМЯН) ТМИНА, ИХ КАЧЕСТВО И СОДЕРЖАНИЕ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ

Статья в формате PDF 146 KB...

19 08 2026 16:29:33

ДИССИПАТИВНЫЕ ПОТЕРИ В ИНЕРЦИОННЫХ БЕССТУПЕНЧАТЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧАХ

Статья в формате PDF 56 KB...

18 08 2026 17:46:14

СИНДРОМ ПРИОБРЕТЁННОГО ИММУНОДЕФИЦИТА ЧЕЛОВЕКА И ОНКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Статья в формате PDF 275 KB...

17 08 2026 19:20:23

ТЕХНИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ УЧЕБНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Статья в формате PDF 109 KB...

16 08 2026 3:19:20

Исследование работы конденсатоотводчиков различных типов в промышленных условиях

Статья в формате PDF 111 KB...

15 08 2026 20:13:32

РЕАЛИЗАЦИЯ МОРФОМАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ АРТЕРИАЛЬНОГО РУСЛА СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ВУЗА

Статья в формате PDF 188 KB...

14 08 2026 4:49:49

О БАЗОВОЙ ПРОБЛЕМЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ОСАДКАМИ ЗДАНИЙ И ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Статья в формате PDF 97 KB...

13 08 2026 1:16:10

ПРИОРИТЕТ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ОБРАЗОВАНИЯ

Показано значение естественнонаучной составляющей образования для развития способов умственной деятельности у одаренных детей и значение основополагающих знаний естественных наук для будущих поколений. ...