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).

ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРАВИЛЬНОЙ РАСКРАСКИ ГРАФА В ОСТРОВНОЙ МОДЕЛИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА. РАЗЛИЧНЫЕ ФИТНЕС-ФУНКЦИИ

Статья в формате PDF 272 KB...

21 09 2026 21:11:53

Особенности применения математикостатистических методов обработки данных медицинских исследований и их учет при подготовке будущего врача

Статья в формате PDF 131 KB...

20 09 2026 7:21:47

ОСОБЕННОСТИ ПОРАЖЕНИЯ И ЛЕЧЕНИЯ ЗУБО–ЧЕЛЮСТНОЙ СИСТЕМЫ У БОЛЬНЫХ ГЕМОФИЛИЕЙ

Статья в формате PDF 98 KB...

19 09 2026 14:27:21

УДОБРЕНИЯ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭХИНАЦЕИ ПУРПУРНОЙ НА ЮГЕ РОССИИ

Статья в формате PDF 244 KB...

18 09 2026 8:18:53

ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСОВ В ВОРОНЕЖЕ И ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ

Статья в формате PDF 289 KB...

17 09 2026 9:52:57

ОРГАНИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ-МЕДИКОВ ОБЩЕЙ ХИМИИ

Статья в формате PDF 110 KB...

16 09 2026 6:49:35

ФАКТОРЫ РИСКА СПОРТИВНОГО ТРАВМАТИЗМА В УДАРНЫХ ВИДАХ ЕДИНОБОРСТВ

Статья в формате PDF 400 KB...

15 09 2026 23:12:50

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТИТУЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МУЖСКИХ ПОПУЛЯЦИЙ

Статья в формате PDF 90 KB...

14 09 2026 1:22:11

Организационная структура корпораций в условиях роста

Статья в формате PDF 119 KB...

13 09 2026 11:58:29

ВЛИЯНИЕ КЛИНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ ИЗОЛЯТОВ CANDIDA SPP. НА АКТИВНОСТЬ ФАГОЦИТИРУЮЩИХ КЛЕТОК ЗДОРОВЫХ ЛИЦ

Статья в формате PDF 147 KB...

12 09 2026 4:55:17

ПОЛОВЫЕ РАЗЛИЧИЯ В ДЕНДРОАРХИТЕКТОНИКЕ НЕЙРОНОВ ЗАДНЕГО КОРТИКАЛЬНОГО ЯДРА МИНДАЛЕВИДНОГО КОМПЛЕКСА МОЗГА

Впервые с использованием метода Гольджи выявлены пoлoвые различия в дендроархитектонике нейронов заднего кортикального ядра МТ мозга пoлoвoзрелых крыс. Показано, что длинноаксонные редковетвистые нейроны у самцов имеют большее число первичных дендритов, а длинноаксонные густоветвистые нейроны обладают большей общей длиной дендритов у самок. ...

11 09 2026 5:54:15

ОРГАНИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА НА ОСНОВЕ ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННЫХ ФОРМ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (учебно-методическое пособие)

Статья в формате PDF 102 KB...

10 09 2026 21:36:18

ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕХОДА К КОМПЕТЕНТНОСТНОМУ ПОДХОДУ В ВЫСШЕМ ОБРАЗОВАНИИ

Статья в формате PDF 132 KB...

09 09 2026 18:28:47

ИННОВАЦИОННЫЙ МЕТОД В ТИРЕОИДОЛОГИИ

Статья в формате PDF 93 KB...

08 09 2026 17:56:24

ПЕРЕВОДЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ РАЗЛИЧИЯМИ В КУЛЬТУРНЫХ И ЯЗЫКОВЫХ КАРТИНАХ МИРА РОССИИ И США

Статья в формате PDF 263 KB...

07 09 2026 14:24:39

ВЗАИМОСВЯЗЬ КУЛЬТУРЫ ДВИГАТЕЛЬНОЙ И МЫСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

Статья в формате PDF 94 KB...

06 09 2026 10:34:41

ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ НОСА КРЫСЫ ПРИ ОДНОКРАТНОМ ПРИЁМЕ АЛКОГОЛЯ И ХРОНИЧЕСКОЙ АЛКОГОЛЬНОЙ ИНТОКСИКАЦИИ

На 30 беспородных крысах-самцах моделировалась хроническая алкогольная интоксикация и однократный приём алкоголя. Исследовалась слизистая оболочка полости носа крысы, которая окрашивалась толуидиновым-синим. Выявлено, что тучные клетки, как регуляторы местного гомеостаза реагируют на однократный и многократный приём алкоголя изменением количества клеток, величины профильного поля, коэффициента дегрануляции. Между этими изменениями выявлена коррелятивная связь. ...

05 09 2026 13:44:54

Исследование влияния интервального тренинга на повышение выносливости организма и укрепление основных групп мышц

Рассмотрены особенности проведения интервального тренинга в сравнении с равномерными тренировками. Определены границы применения интервального метода проведения тренировок. Разработан алгоритм проведения занятий с применением интервального метода тренировок. Приведены результаты курса тренировок и использованием интервального тренинга. ...

04 09 2026 9:54:53

АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗ ДОПЛЕРОГРАММ ПРИ ИЗУЧЕНИИ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ У БОЛЬНЫХ СТЕНОКАРДИЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ III И IV ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КЛАССОВ

Статья в формате PDF 116 KB...

03 09 2026 22:32:36

ЗНАКОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК УСЛОВИЕ И СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ

Статья в формате PDF 141 KB...

02 09 2026 20:18:25

Эмоциональная нагрузка в специфических условиях учебной деятельности

Статья в формате PDF 126 KB...

01 09 2026 5:34:52

ЗАВИСИМОСТЬ ВЫСОТЫ НАЧАЛЬНОГО ПОДЪЕМА ВЫБРОСОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ОТ ТЕПЛОВОГО ПАРАМЕТРА И ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕХНОСТИ

Статья в формате PDF 112 KB...

31 08 2026 7:51:43

САМОКОНТРОЛЬ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБУЧЕНИЯ

Статья в формате PDF 98 KB...

30 08 2026 6:10:47

АЛКОПОТРЕБЛЕНИЕ СРЕДИ РАБОТНИКОВ РУКОВОДЯЩЕГО И ИСПОЛНИТЕЛЬСКОГО ЗВЕНЬЕВ КОММЕРЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ РФ

Статья в формате PDF 97 KB...

29 08 2026 10:16:49

АГОНИСТ КАННАБИНОИДНЫХ РЕЦЕПТОРОВ WIN 55,212-2 ПРЕДОТВРАЩАЕТ ЭПИЛЕПТИЧЕСКИЙ СТАТУС И БЛОКИРУЕТ РАЗВИТИЕ СУДОРОЖНОЙ АКТИВНОСТИ

Статья в формате PDF 99 KB...

28 08 2026 0:34:49

ОРИЕНТАЦИЯ НА МАЛОДЕТНУЮ СЕМЬЮ РОССИЙСКИХ СТУДЕНТОВ – УГРОЗА ДЛЯ БУДУЩЕГО СТРАНЫ (НА ПРИМЕРЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ)

Статья в формате PDF 91 KB...

27 08 2026 22:15:25

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСЛУГ РЕГИОНАЛЬНЫХ КОММЕРЧЕСКИХ БАНКОВ

Статья в формате PDF 133 KB...

26 08 2026 9:42:26

ИЕРАРХИЧНОСТЬ ЛПС–ИНДУЦИРОВАННОГО АПОПТОЗА ГРАНУЛОЦИТОВ, МОНОЦИТОВ И ЛИМФОЦИТОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ У РЕКОНВАЛЕСЦЕНТОВ САЛЬМОНЕЛЛЕЗНОЙ ИНФЕКЦИЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЯЖЕСТИ ТЕЧЕНИЯ

Статья в формате PDF 109 KB...

25 08 2026 13:43:55

О совершествовании концепции химического образования

Статья в формате PDF 133 KB...

24 08 2026 14:32:18

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ОДИН ИЗ ПУТЕЙ РЕШЕНИЯ СОЦИАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ

Статья в формате PDF 140 KB...

23 08 2026 17:38:25

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. ...