WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 3 06;12 Влияние процесса формовки и электрического поля на переход диэлектрик–проводник в тонких пленках полигетероариленов © Т.Г. Загуренко, В.М. Корнилов, А.Н. Лачинов Институт физики молекул и кристаллов РАН, 450075 Уфа, Россия (Поступило в Редакцию 19 мая 1998 г.) Приведены результаты экспериментов по инициированию высокопроводящего состояния системы металл– полимер–металл методом вариации граничных условий с учетом возможного влияния диффузии материала электродов в полимерную пленку. Установлено, что на тонких пленках поли(фталидилиденбифенилилен)а отсутствует явление формовки, а переход в высокопроводящее состояние может происходить без внешнего источника электрического напряжения.

Аномально высокая проводимость в недопированных состояние относительно большим током, протекающим полимерах, как правило, наблюдается в тонких пленках. через полимерную пленку. Согласно обсуждаемой гипоВ связи с этим важное значение придается условиям, тезе, за несколько первых циклов переходов низкопровов которых формируется высокая проводимость, так как дящее состояние (НПС)–ВПС–НПС и т. д. должна сфорот этого зависит выбор модели для объяснения этого мироваться металло–полимерная фаза, которая полноявления. В частности, в работе [1] такое состояние полу- стью определит электрофизические свойства системы, в чали в полиимидных пленках толщиной 12 µm методом частности и сам переход в высокопроводящее состояние ”мягкого пробоя”, который рассматривался как процесс по температуре. В связи с этим были проведены измеформовки. Визуально были обнаружены следы ”пробоя” рения проводимости системы металл–полимер–металл в в виде микроскопических отверстий. Исследования пока- циклах нагрев–охлаждение при последовательной замезали, что результатом такой формовки является обрати- не на одной и той же полимерной пленке легкоплавких мый эффект переключения при увеличении и уменьше- электродов (сплав Вуда или индий) на электроды из нии давления. В работе [1] было подтверждено, что воз- алюминия или меди. Предполагалось, что в случае, если действие давления на полимерную пленку в отсутствие диффузия материала электродов играет существенную приложенного электрического напряжения не приводит роль при переходе системы из НПС в ВПС, кривая к появлению в этом полимере ”сенсорного эффекта” [3] температурной зависимости тока, протекающего через по давлению. Было сделано предположение о том, что образец, после замены электродов будет иметь при при ”мягком пробое” образуются соединения углерода с температурах переходов схожие особенности.

металлом, которые формируют высокопроводящую фазу 2) Влияние электрического поля на инициирование вблизи отверстий. высокопроводящего состояния в полимерной пленке исВ работе [4] переход в высокопроводящее состо- следовалось в циклах нагрев–охлаждение в системе легяние (ВПС) осуществлялся другим методом (вариа- коплавкий металл–полимер–металл без использования цией граничных условий на поверхности раздела фаз электрического поля для зондирования проводящего сометалл–полимер) и на другом полимере — из класса стояния. В этом случае переход в высокопроводящее сополигетероариленов. Данный метод предполагает ис- стояние можно регистрировать по исчезновению шумов пользование в качестве одного из электродов металла, на входе электрометрического вольтметра аналогично меняющего свое агрегатное состояние в процессе изме- методике, использованной в [4].

рений, что может создать благоприятные условия для В качестве объекта исследования был использован формовки образца по типу ”мягкого пробоя” [2]. В связи поли(фталидилиденбифенилилен) [5], в котором ранее с этим целью настоящей работы явилось исследование наблюдались явления, связанные с генерацией ВПС [6].

влияния диффузии материала электродов в полимерную Однородные пленки толщиной от 1 до 5 µm получали пленку и необходимости наличия электрического поля методом центрифугирования раствора полимера в цидля перехода в ВПС при инициировании последнего ме- клогексаноне. Экспериментальная ячейка представляла тодом вариации граничных условий. Идея экспериментов собой ”сэндвич” типа металл–полимер–металл. В качесостояла в следующем. стве нижнего электрода (электрода, на который отливали 1) Роль диффузии материала электродов в объем полимерную пленку) использовались медь или ванадий.

полимера предполагалось исследовать в экспериментах В качестве верхнего электрода — металлы: сплав Вуда, с жидким расплавленным электродом. При этом процесс индий, медь или алюминий. Методика измерения тока в диффузии должен был облегчаться несколькими фак- экспериментальной цепи была подобна использованной торами: агрегатным состоянием одного из электродов, ранее в [4]. Различие касалось измерений, которые проприложенным электрическим полем напряженностью до ходили без использования внешнего источника тока. При 106 V/cm и при переходе системы в высокопроводящее этом электрометр ВК2-16 подключался непосредствен86 Т.Г. Загуренко, В.М. Корнилов, А.Н. Лачинов Рис. 1. Температурные зависимости тока через пленку поли(фталидилиденбифенилилен)а: 1 — верхний электрод из сплава Вуда, 2 —из индия, 3 — из меди. Толщина пленки 2 µm, нижний электрод из ванадия, приложенное напряжение 5 V, скорость нагрева 8 deg/min.

но к электродам измерительной ячейки. Измерительная туаций тока. Переход в исходное низкопроводящее соячейка помещалась в нагревательное устройство, позво- стояние происходил ниже температуры присталлизации ляющее нагревать ячейку до 250C с контролируемой с задержкой в 1-5C. Этот гистерезис, по-видимому, скоростью изменения температуры. можно объяснить методическими особенностями экспеНа рис. 1 представлены типичные температурные за- римента.

висимости тока через пленку толщиной 2 µm при Измерительных циклов проводилось не менее десяти.

последовательном использовании в качестве электродов Каких-либо отличий в характере переходов из НПС сплава Вуда, индия, меди или алюминия. Необходимо в ВПС в зависимости от их количества обнаружено отметить, что для пленок всех указанных толщин полу- не было. Таким образом, после проведения измерений чились близкие результаты, поэтому мы приводим здесь с легкоплавкими металлами общее количество циклов наиболее типичные для толщины 2 µm. При комнатной измерения на одном и том же месте полимерной пленки температуре полимерная пленка имеет удельную прово- было не менее двадцати, что, по-видимому, свидетельдимость 10-14 (·cm)-1 и значение тока, протекающе- ствует о слабом влиянии процессов диффузии металлов го через образец, фактически равно приборному нулю. в полимер на формирование высокопроводящего состояВ интервале температур, соответствующих процессу ния.

предплавления сплава Вуда (40-45C), наблюдалось Последующее использование в качестве зондирующих резкое возрастание флуктуаций тока в измерительной медных или алюминиевых электродов, которые не плацепи. Достижение температуры плавления сплава Вуда вятся в выбранном экспериментальном температурном приводило к резкому уменьшению сопротивления образ- интервале, привело к полному исчезновению каких-либо ца до 0.1-5, что свидетельствовало о переходе поли- особенностей в протекании тока во всем измеряемом мерной пленки в высокопроводящее состояние (кривая 1 интервале температур (кривая 3 на рис. 1).

на рис. 1). Рассмотрим результаты второй группы экспериментов.

Аналогичные закономерности в ходе зависимости I(T ) На рис. 2 представлена зависимость амплитуды электрибыли зарегистрированы в случае использования элек- ческого сигнала на входе электрометра, подключенного трода из индия, за исключением интервала температур, непосредственно к полимерному образцу, от температукоторый смещался в область температуры плавления ры. В этом эксперименте использовались те же металлы:

индия. Флуктуации тока в этом случае начинали наблю- сплав Вуда и индий.

даться вблизи 140C, переход в ВПС происходил при При комнатной температуре на электродах была заретемпературе плавления 156C (кривая 2 на рис. 1). гистрирована разность потенциалов U, обусловленная, При охлаждении образца вблизи температуры кри- по-видимому, полем объемного заряда и контактной разсталлизации электрода наблюдалось возрастание флук- ностью потенциалов. Величина сигнала U возрастала при Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. Влияние процесса формовки и электрического поля на переход диэлектрик–проводник... Рис. 2. Температурные зависимости контактной разности потенциалов между электродами U: 1 — верхний электрод из сплава Вуда, 2 — из индия. Толщина пленки 2 µm, нижний электрод из ванадия, скорость нагрева 8 deg/min.

увеличении температуры вплоть до температуры, близ- плавило, увеличение толщины образца существенным кой к плавлению электрода. При ее достижении разность образом влияет на механизмы формовки и приводит к потенциалов резко уменьшалась до приборного нуля. определенному разрушению пленочного образца.

Для того чтобы убедиться в правильной интерпретаРабота выполнена при поддержке фонда РФФИ грант ции изменения регистрируемого сигнала в ряде случаев № 96-02-19208.

при температуре, превышающей температуру плавления электрода, проводились контрольные измерения проводиомости образца. Все контрольные измерения показали, Список литературы что образцы находились в ВПС. Таким образом, было [1] Ельяшевич А.М., Ионов А.Н., Тучкевич В.М. идр. // Письма установлено следующее:

в ЖТФ. 1997. Т. 23. С. 8.

1. В тонких пленках поли(фталидилиденбифенили[2] Ельяшевич А.М., Ионов А.Н., Ривкин М.М. и др. // ФТТ.

лен)а отсутствует явление формовки, характерное для 1992. Т. 34. С. 3457.

других полимеров [1], т. е. первый цикл измерения на све[3] Ельяшевич А.М., Ионов А.Н., Кудрявцев В.В. // ВМС. 1993.

жеприготовленной пленке принципиально не отличается Т. 35. С. 50.

по своим характеристикам от последующих.

[4] Корнилов В.М., Лачинов А.Н. // ЖЭТФ. 1997. Т. 111. С. 1.

2. Влияния модификации полимера в результате диф[5] Золотухин М.Г., Ковардаков В.А., Салазкин С.Н. и др. // фузии металла в его объем на характеристики перехода ВМС. 1984. Т. А26. С. 6.

диэлектрик–проводник не обнаружено.

[6] Лачинов А.Н., Жеребов А.Ю., Корнилов В.М. // Письма в 3. Переход в высокопроводящее состояние может проЖЭТФ. 1990. Т. 52. С. 2.

исходить без источника электрического напряжения в [7] Дирнлей Дж., Стоунхэм А., Морган Д. // УФН. 1974.

цепи электрического питания полимерного образца. Для Т. 112. С. 83.

[8] Электронные явления в халькогенидных стеклообразных перехода достаточно поля объемного заряда полимера, полупроводниках / Под ред. К.Д. Цендина. СПб.: Наука, природа которого пока неясна.

1996. 486 с.

Отличие полученных результатов от опубликованных [9] Pender L.F., Fleming R.J. // J. Appl. Phys. 1975. Vol. 46.

ранее в [1] можно объяснить тем, что для пленок поP. 3426.

лимеров толщина около 1-5 µm является критической, т. е. для образцов, толщина которых меньше указанной, переход в ВПС происходит по электронному механизму, при больших толщинах — по электронно-тепловому механизму. Подобные ограничения по толщине отмечались ранее на таких объектах, как аморфные окислы [7], халькогенидные стекла [8], в том числе на полимерах [9]. Как Журнал технической физики, 1999, том 69, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.