Характеристики ближнего порядка и физические свойства пленок оксида молибдена, нанесенных вакуумно-термическим путем

Оксиды молибдена известны, как материалы с электрохромными и фотохромными свойствами, могут также использоваться в виде зеркал, газовых сенсоров. В последнее время интерес к оксидам молибдена связан с возможностью использования их в качестве элементов RAM - памяти. Физические и электрические свойства в значительной мере зависят от структуры образца, а структура, в свою очередь, зависит от способа получения, и, таким образом, в каждом отдельном случае материал требует комплексного исследования.

Целью данной работы является получение, расчет структурных характеристик, исследование оптических и электрических свойств тонких пленок оксида молибдена, нанесенных на различные подложки, получение представлений о физических свойствах и перспективе использования триоксида молибдена в элементах микро- и наноэлектроники.

Образцы представляют собой нанесенные на различные подложки пленки триоксида молибдена. Термическое напыление производилось из квазизамкнутого объема танталового контейнера на установке «ВУП-5М» в вакууме при давлении ~10-4 тор из порошка МоО3, при предварительном прогреве подложек до 673K.

Рентгенограммы были получены на дифрактометре типа ДРОН в FeKa излучении в симметричной геометрии и было установлено, что оксидные пленки молибдена являются некристаллическими. Дальнейшая обработка рентгенограмм проводилась методом Финбака-Уоррена: из нормированных зависимостей интенсивности рассеяния от длины дифракционного вектора рассчитывались парные функции D(r), характеризующие распределение электронной плотности материала.

Расчет характеристик ближнего порядка из D(r), показал, что расположение атомов в области ближнего упорядочения соответствует таковому в оксиде MoO3, кристаллизующемуся в пр.гр. Pbnm. Минимальной структурной единицей является сильно искаженный кислородный октаэдр. Значение первого координационного числа показало, что нестехиометрия по кислороду составляет 0.06 на молекулу MoO3, откуда проведена оценка концентрации кислородных вакансий, равная 10 см -1 /->21 -3.

Из спектров отражения, зарегистрированных при комнатной температуре с использованием спектрофотометра СФ-56, была определена толщина оксидной пленки равная 1390 нм, что согласуется с результатами рентгенографического анализа. Дисперсия показателя преломления имеет аномальный вид: значения коэффициента преломления, уменьшаясь с увеличением длины волны в коротковолновой области спектра, возрастают в длинноволновой области.

В нестехиометричном оксиде молибдена с высоким значением концентрации ловушечных центров электропроводность контролируется кислородными вакансиями. Годограф импеданса диэлектрической спектроскопии в координатах Коула-Коула имеет вид дуги, характерный для Дебаевского механизма релаксации с отклонением 0,64. Диэлектрическая проницаемость оксидной пленки на бесконечно высоких частотах равна 4,8, что согласуется с коэффициэнтом преломления, определенном из оптических измерений, равным 2,2. Значение диэлектрической проницаемости в стационарном состоянии равняется 600, что может свидетельствовать о сегнетоэлектрической природе аморфного оксида молибдена, связанного со структурными искажениями кислородного октаэдра. Время релаксации для аморфной пленки триоксида молибдена составляет 1,05 мс. Таким образом, поляризационные свойства термического пленочного оксида молибдена связаны с его структурными особенностями.

Работа выполнена в рамках Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 гг.

Д. А. Прахова