«Исследование вольтамперных характеристик структуры типа никель / сополимер полидифениленфталида в магнитном поле» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. Полимерные материалы в наноэлектроник….…. 3

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Огромноема гнитосопротивление в системеполимер - ферромагнетик ….5

1.2. О роли спиновой поляризацииэлектронов в эффекте инжекционного гигантского магнитосопротивленияв системе Ni – полимер - Cu …12

1.3. Магниторезистивные эффекты в системе Ni – полимер – Cu….….16

1.4.Смещение порога выключения проводимости полимера в магнитномполе….…18

Глава 2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

2.1.Полимерный материал….21

2.2Погатовка образца….23

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСУЖДЕНИЯ

3.1.Экспериментальные результаты ….24

3.2.Обсуждение ….27

3.3. Сравнение эффектов для ПДФ и ПДШ-105….….29

Заключение ….30

Литература …31

Введение

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В НАНОЭЛЕКТРОНИКЕ

Для применения материалов в электронике в первую очередь важна возможность управления их проводимостью. Накопленные к настоящему времени экспериментальные и теоретические результаты исследований позволяют предположить, что основы поведения органических полимерных и неорганических диэлектрических пленок имеют общую природу. И потому изучение полимеров может оказаться полезным в общенаучном плане [1].

Уместно отметить, что тонкие микронные слои нормальных металлов по сравнению с массивными образцами также могут обладать повышенной и даже сверхпроводимостью при определенных условиях. В тонких пленках твердых тел реализуются такие явления, как эффекты близости и аномальной близости, эффекты электроформовки, мягкий и восстанавливаемый пробой, А и В фриттинг, эффект электронного переключения и другие [1,2].

Эффект близости - это появление сверхпроводящих свойств в несверхпроводящем материале вблизи его границы со сверхпроводником на расстояниях меньше длины когерентности. При несколько больших расстояниях говорят об эффекте аномальной близости.

Электроформовкой называют значительные и, по существу, необратимые изменения проводимости, вызванные приложением сильного электрического поля. Это явление может быть вызвано Джоулевым разогревом, перераспределением пространственного заряда или фазовым превращением диэлектрика. Формовка не тождественна электрическому пробою, происходящему при гораздо больших напряжениях.

Фриттинг - это возникновение проводящих мостиков. А - фриттинг - процесс разрушения связей в диэлектрике в электрическом поле, сопровождаемый расплавлением металла контактов. Жидкий металл образует проводящий мостик между контактами. При В - фриттинге напряжение на контактах слишком мало, чтобы вызвать расплавление. Но мала толщина пленки (до 5 нм), и поэтому проводящие мостики из материала контактов могут образоваться и без их расплавления.[3]

Цель работы:

Исследовать магниторезистивные явления структуры никель/сополимер полидифениленфталида в слабом магнитном поле.

Задачи:

1. Получить исходные образцы ферромагнитных подложек с полимерным слоем.

2. Исследовать влияние слабых магнитных полей для наблюдения эффекта электронного переключения проводимости совместно с добавочным механическим давлением.

3. Установить возможность или невозможность переключения проводимости в магнитном поле, в системе Ni - полимер - Cu, где полимером является сополимер полидифениленфталида.

Выдержка из текста работы

Глава 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. полимерный материал

В качестве полимерного материала использовался cополимер полидифениленфталида (ПДФ) ПДШ-105. Его структурная формула и формула представлена на рис. 8а. Пленки, изготовленные из этого полимера, обладают высокой чувствительностью по величине электрического сопротивления к изменению внешних условий: давления, электрического напряжения, фазового состава подложки [14-16].

Исследовалась система, состоящая из поликристаллической никелевой ферромагнитной подложки с нанесенной на нее полимерной пленкой [14]. В качестве немагнитного электрода использовалась медная напыленная пленка или прижимной контакт. Внешнее поле не превышало 0,5 Тл. Полимерная пленка толщиной около 0,8 мкм изготовлялась методом центрифугирования на поверхности ферромагнитного электрода из пятипроцентного раствора полимера в циклогексаноне. Толщина пленки оценивалась с помощью микроинтерферометра МИИ-4. Образец был подготовлен как многослойная структура магнитного - полимерная пленка - немагнитный тип металла. Пластина 1.5mm толщины использовался как магнитный металл. Он был сделан из поликристаллического Ni. Ni был выбран в качестве поляризатора спин инжектированных электронов, как это было сильным магнитные зоны, и, как оценивалась, расщепление состояний электрона вблизи Ферми поверхности для электронов с противоположных направлениях спина в этом материале может быть очень большое значение. Экспериментальное устройство включает в себя источник стабилизированного напряжения, цифровой вольтметр, измерители магнитного поля, Стандартный лабораторный электромагнит и балластный резистор для ограничения тока замыкания.

Рис. 8.

а) структурные формулы ПДФ и ПДШ-105;

б) Блок-схема эксперимента. 1-вольтметры; 2-источники питания;

3-балластное сопротивление; 4- обкладки магнита; 5- измерительная ячейка; 6-измеритель магнитной индукции.

Массивный электрод прижимался к полимерной пленке усилием, достаточным для надежного электрического контакта. Величина тока в измерительной цепи контролировалось по падению напряжения на балластном сопротивлении. Магнитное поле могло быть направлено перпендикулярно или параллельно поверхности электродов. Значение разности потенциалов на электродах составляло, как правило, 1 В. Конструкция рабочей ячейки была предусмотрена таким образом, что позволяла задавать определенное начальное сопротивление полимерной пленки, для чего использовалось внешнее давление. Максимальное давление на пленку не превышало 0,5 МПа. Схема установки представлена на рис. 8б.

2.2. Подготовка образца

Полировка никелевой подложки с пастой ГОИ. Очистка в ультразвуковой ванне в этиловом спирте три раза. Нанесение полимерного покрытия на центрифуге (скорость центрифуги 2000 оборотов в минуту) предварительно смочили поверхность с циклогексаноном 10 секунд. Сушка на воздухе 20 минут а в сушильном шкафе при температуре 150 градусов 30 минут.

Подготовка поликристаллической никелевой пластины для ферромагнитной подложки включала в себя начальную шлифовку наждачной бумагой и конечную полировку пастой Гои. Затем пластины последовательно очищались в ультразвуковой ванне Актаком АТР-9311 под действием толуола, воды, этилового или изопропилового спирта. Полимер наносился непосредственно на очищенную поверхность никелевого электрода методом центрифугирования из десятипроцентного раствора в циклогексаноне. Прижимной контакт представлял собой латунную пружину. Образец закреплялся на специальной приставке, которая обеспечивала надежную фиксацию образца между полюсами магнита и подвод электродов. Приставка также содержала специальное устройство, посредством которого оказывалось постоянное давление на образец. Этим давлением задавалось начальное состояние проводимости структуры: проводник или изолятор. Для измерения к компьютеру подключались регулируемый источник постоянного напряжения GwInstek PSH-6003 и вольтметр Agilent 34401A. Магнитное поле управлялось при помощи программируемого источника Aglient N5752A, что позволяло в автоматическом режиме осуществлять сканирование от 0 до 0,35 Тл. Магнитное поле было ориентировано параллельно плоскости образца. Базовое электрическое напряжение в цепи 5 В, балластное сопротивление 1,3 МОм.

Заключение

Полученный в настоящей работе результат позволяет утверждать, что переключения проводимости, управляемые внешним магнитным полем может осуществляться не только на структурах с пленкой полидифениленфталида, но и на сополимерах ПДФ. Соотнесение особенностей такого переключения с химическим составом полимерного материала и его структурой требует дополнительного дальнейшего исследования.

Список литературы

1. А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева. Электроника тонких слоев широкозонных полимеров УФН, 2006, Т.176 № 12, С. 1249-1266.

2. Б.П. Захарченя, В.Л. Коренев. Интегрируя магнетизм в полупроводниковую электронику. УФН, 2005, Т 175, № 5, С.629-635.

3. Борисенко, В.Е., Воробьева, А.И., Уткина, Е.А. Наноэлектроника. – Москва, БИНОМ. – 2009. – 223 с.

4. Н.В. Воробьева, А.Н. Лачинов, Б.А. Логинов. Обнаружение гигантского магнетосопротивления в системе Fe/Ni – полимер – Сu Поверхность 2006, № 5, С. 22-24

5. А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева, А.А. Лачинов. Особенности гигантского магнитосопротивления в системе ферромагнетик-полимер. Письма в ЖЭТФ, 2006, Т. 84, № 11, С. 720-722.

6. А.N. Lachinov, N.V. Vorobieva, A.А. Lachinov. Giant magnetoresistance in the polymer-ferromagnetic system. Mol. Cryst. Liq. Cryst., vol. 467, pp. 135-142, 2007.

7. N.V. Vorob’eva, A.N. Lachinov, A.A. Lachinov and F.F. Garifullina. Magneto-resistance Peculiarities in Ferromagnetic-Polymer Structure. Solid State Phenomena Vols. 168-169 (2011) pp 329-332

8. Н.В. Воробьева, А.А. Лачинов, В. М. Корнилов. Эффекты гигантского инжекционного магнитосопротивления в системе никель-полимер. Нанотехнологии: наука и производство. № 1 (6) 2010 г., стр. 21-30.

9. А. Н. Лачинов, А. Ю. Жеребов, В.М. Корнилов, Письма в ЖЭТФ 52, 742 (1990)

10. А. Ю. Жеребов, А. Н Лачинов, В. М. Корнилов, Т. Г. Загуренко,.ЖЭТФ 129, 748 (2006)

11. А.Н. Лачинов, В.М. Корнилов, Т.Г. Загуренко, А. Ю. Жеребов. К вопросу о высокой проводимости несопряженных полимеров. ЖЭТФ, 2006, Т. 129 № 4, С. 728-734

12. С.В. Вонсовский. Магнетизм. М.: "Наука", 1971.

13. Б.С. Кернер, В.В. Осипов. Самоорганизация в активных распределенных средах. УФН, 1990, Т. 160, № 9, С. 2.

14. F. Holtzberg, A.F. Mayadas, W.A. Thompson, S. Molnar. US Patent №3972035, (1976)

15. С.А. Игнатенко, А.Л. Данилюк, В.Е. Борисенко. Осцилляции туннельного магнитосопротивления в структуре ферромагнетик/диэлектрик/ферромагнетик. ЖТФ, 2005, Т. 75, № 6, С. 8.

16. С.А. Игнатенко, В.Е. Борисенко. Спиновой фильтр на квантовом точечном контакте в разбавленном магнитном полупроводнике. ФТП, 2005, Т. 39, № 9, С. 1083.

17. Корнилов, В.М., Лачинов, А.Н. Электропроводность в системе металл-полимер-металл: роль граничных условий // ЖЭТФ – 1997. Т. 111. – Вып. 4. – С. 1513-1529.

18. Xie S.J., Ahn K.H., Smith D.L., Bishop A.R., Saxena A. Ground-state properties of ferromagnetic metal / conjugated polymer interfaces. // Phys. Rev. B. – 2003. – V.67. P. 125202 (7 p.).

19. Dedue V., Murgia M., Matacotta F., Taliani C., Barbanera S. Room temperature spin polarized injection in organic semiconductor // Solid State Comm. –2002. –V.122. –Pp.181-184.

20. Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E. Barnes & Sadamichi Maekawa, Nature, 458, 489 (2009).

21. Н.В. Воробьева, А.Н. Лачинов, Jan Genoe, А.А. Лачинов, Б.А.Логинов, Нанотехника 15 – (2008) – 3.

22. А.Н. Лачинов, Н.В. Воробьева А.А Лачинов. Роль слоя широкозонного полимера для существования переключения проводимости в вентильной структуре, ФТТ–2012. – том 54. вып .2.