WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ной подвижности носителей. В результате эффективная 1/ c L 0 подвижность оказывается зависящей от напряженности = exp, (16) электрического поля и толщины образца. Различные v0 l() kT выражения для (формулы (15) и (17)) получаются где из-за различий в модельных предположениях. Теория RS 2 0 может использоваться и в том случае, если природа = ln(0 ) -, (17) r0 kT собственных и инжектированных носителей различна и они имеют различающиеся скорости движения, но их c — числовой множитель порядка единицы (c = 0.миграция протекает независимо и отсутствуют явления для = 0.5); 0 — средняя высота потенциального рекомбинации (например, электронный ток на фоне барьера между узлами; 0 — частота попыток перескока;

собственной ионной проводимости).

l() — среднее групповое смещение в направлении электрического поля за один прыжок, пропорциональное [6].

Сравнение теории с экспериментом Коэффициент пропорциональности может быть определен исходя из того, что при переходе от аномальноХарактер и температурная эволюция вольт-амперных го к нормальному ( = 1) транспорту выражение (16) кривых общего тока j и инжекционного тока jinj, должно трансформироваться в (13), где подвижность представленных соответственно на рис. 1 и 2, позволяют обычным образом определяется микроскопическими хапредположить существование аномального транспорта рактеристиками переноса [19] носителей в неупорядоченных твердотельных пленках на литии. Проверим, соответствут ли изменение с темqr2 0 n пературой показателя степени n зависимости jinj V µ = exp -. (18) kT kT предсказаниям рассмотренных выше теорий. В обоих случаях n = 1 + 1/, но в модели многократного захваОтсюда l = qr2/kT и получаем выражение для перета параметр определяется формулой (15), согласно ходного времени -которой в координатах (n - 1)-T должна получаться 1/ c LkT 0 выходящая из начала координат прямая, а линеаризация = exp. (19) уравнения (17), определяющего параметр в модели 0 0 kT qrЖурнал технической физики, 2005, том 75, вып. О механизме переноса ионов в твердоэлектролитных пленках на литии n Рис. 3. Температурные зависимости показателя степени инжекционного тока jinj V (a), логарифма общего тока j (b) и логарифма инжекционного тока jinj (c) (электролит LiClO4–ПК).

стохастического переноса, соответствуют координаты увеличении напряжения следует ожидать изменения j -(n - 1)-0.5-T. Результаты представлены на рис. 3,a. от до соответствующей эффективной энергии ак-Для всех исследованных нами образцов температурная тивации инжекционного тока inj = -kd(ln jinj)/d(T ).

n зависимость показателя степени кривой jinj V удо- Последняя в соответствии с уравнениями (17) и (20) влетворяла уравнению (17) и не удовлетворяла уравне- равна нию (15).

RS 3/2 qr2V kT Определим, соответствует ли в целом температурная inj = 0 1 - 2 ln -. (2) эволюция вольт-амперных кривых уравнениям теории r0 kTLстохастического транспорта. Основываясь на выраже-ниях (2) и (20), можно ожидать экспоненциальную за- Экспериментальные зависимости lg j-T и -1 -висимость тока от T, причем эффективная энергия lg jinj-T для различных значений V представлены на -активации j = -kd(ln j)/d(T ) не должна зависеть рис. 3,b, c. Активационный наклон прямых на рис. 3,b от напряжения в области собственной проводимости остается постоянным в области собственной ионной пленки, оставаясь равной - kd(ln i)/d(T-1). При проводимости и заметно изменяется при увеличении V, Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 102 А.В. Чуриков и перепишем (20) в виде lnWinj = ln(00) - 0/kT, (23) включив числовой множитель порядка единицы в 0.

Согласно (23), все значения переменной Winj, имеющей размерность удельной проводимости, должны быть одинаковы при данной температуре, а все экспериментальные вольт-амперные зависимости инжекционного тока должны укладываться на одну прямую в коор-динатах ln Winj-T, если прыжковый процесс может быть охарактеризован одной высотой барьера 0. При расчете параметры, L и считаются заданными.

Вводим пробное значение r0, вычисляем по (22) массив значений Winj, из которого определяем оптимальные коэффициенты 0 и 0 в соответствии с (23). Используя уравнение (17), по известным коэффициентам a1 и bнаходим RS и. Далее сравниваем вычисленное с Рис. 4. Зависимости от логарифма напряжения эффективных первоначально заданным, изменяем r0 в направлении энергий активации общего тока j и инжекционного тока inj.

требуемого изменения и повторяем процедуру сначала вплоть до совпадения двух значений.

-На рис. 5 представлен график lnWinj-T, соответствующий окончанию расчета. Наклон прямой отвечает приближаясь к активационному наклону инжекционного средней высоте энергетического барьера при перескоке тока на рис. 3,c. Из уравнения (21) следует, что 0 = 0.22 eV. Весь массив пар jijn - V, измеренных при эффективная энергия активации inj определяется одной температуре, дает, как и ожидалось, практически средней высотой потенциального барьера при скачке 0, -одно значение Winj. График lnWinj-T близок к прямой, но вместе с тем сложным образом зависит от, T и V, однако при значительном расширении температурного оставаясь постоянной только в сравнительно небольшом диапазона он может искривляться. Это означает, что температурном интервале, ширина которого зависит предположение о существовании в исследуемых объекот V. В условиях нашего эксперимента значительно тах одной превалирующей высоты барьера для переизменялось лишь напряжение на образце, тогда как T скакивающих частиц может рассматриваться лишь как и менялись сравнительно слабо.

первое приближение.

Зависимость эффективных величин энергий активации Обработка всего массива данных дает следующий от потенциала показана на рис. 4. Для всех исследованных образцов выполняется линейная зависимость inj результат. Наименьший разброс от образца к образцу наблюдался для высоты потенциального барьера, котоот логарифма напряжения, предсказываемая уравненирая в среднем составляла 0 = 0.24 ± 0.035 eV. Разброс ем (21). Наклоны прямой (n - 1)-1/2 = a1 - b1/T на рассчитанных значений RS и r0 был гораздо большим, рис. 3,a и прямой inj = a2 - b2 lnV на рис. 4 взаоднако входящее в уравнения теории отношение RS/rимосвязаны и, как следует из уравнений (17) и (21), почти одинаково для большинства образцов и составляет должны коррелировать в соответствии с равенством 3/2kb1b-1 1/ = 1, в котором следует брать среднее значение 1/ = n - 1 в исследуемом интервале температур. По результатам серии наших измерений на литиевых ионпроводящих пленках произведение 2kb1b-1(1/)3/2 равно 1.00 ± 0.05.

Таким образом, можно констатировать не только качественное, но и количественное согласие уравнений теории случайного транспорта в неупорядоченном твердом теле с экспериментальными данными по влиянию электрического поля и температуры на скорость движения носителей через твердоэлектролитную пленку на литии.

Это позволяет определить набор микроскопических параметров переноса 0, r0, RS и 0, для чего использовалась следующая процедура. Введем обозначение 1/ qr2V V Winj = jinj 0 (22) -Рис. 5. График ln Winj-T.

kTL2 L Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. О механизме переноса ионов в твердоэлектролитных пленках на литии При повышении температуры увеличивается и при 1 уравнение (24) переходит в (6), соответствующее нормальному транспорту.

Корректность произведенных вычислений проверялась обратным расчетом вольт-амперных кривых с найденными значениями параметров. Как показано на рис. 6, во всем использовавшемся интервале токов, напряжений и температур экспериментальные кривые практически совпадали с теоретическими кривыми, рассчитанными по уравнению (24) при одном наборе микроскопических параметров переноса. Наблюдаемое на рис. 6 небольшое расхождение омических участков можно устранить учетом температурной зависимости энергии активации i.

Преложенная модель обеспечивает общий подход к твердотельным литиевым структурам, в которых электрические свойства определяются поверхностными ионпроводящими слоями.

Заключение На основе изучения влияния электрического поля и температуры на скорость переноса ионов Li+ в твердоэлектролитных пленках на литии сделаны определенные выводы о механизме переноса в данных материалах.

Предложена модель ионного транспорта, учитывающая Рис. 6. Сравнение экспериментальных вольт-амперных ха- вклад инжекционного тока и явление структурного рарактеристик структуры Li/пленка/раствор (значки) и рас- зупорядочения материал. Продемонстрировано хорошее считанных (сплошные кривые) при L = 7.90 nm; 0 = соответствие между экспериментальными данными и = 2614 -1 · cm-1 · K; i = 0.5357 eV, 0 = 0.2125 eV, RS = теоретической моделью.

= 0.080 nm, r0 = 0.404 nm, 0 = 1.521 · 1010 s-1 и температуРабота выполнена при финансовой поддержке Росре 70 (1), 55 (2), 40 (3), 25 (4), 12.5 (5), 0 (6), -17 (7), сийского фонда фундаментальных исследований (про-35C (электролит LiClO4-ПК) (8).

ект № 02-03-32642) и Федерального агенства по образованию РФ (проекты № A04-2.11-17 и УР.05.01.035).

0.245 ± 0.045. Логарифм частоты попыток перескока равен lg 0 = 10.5 ± 0.7 [s-1].

Список литературы Расчет параметров производился при = 8.9 (диэлек[1] Dey A.N. //Thin Solid Films. 1977. Vol. 43. N 1/2. P. 131–171.

трическая проницаемость Li2O как основного компонен[2] Нимон Е.С., Чуриков А.В., Сенотов А.А. и др. // ФТТ. 1989.

та материала пленки) и 1ms (порядок длительноТ. 31. Вып. 5. С. 278–280.

сти переходного процесса при V = 1V). Целесообразно [3] Гуревич Ю.Я., Львов А.Л., Нимон Е.С. и др. // ФТТ. 1993.

показать, как изменятся вычисляемые параметры, если Т. 35. Вып. 6. С. 1536–1543.

принять другие значения и. При изменении из[4] Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых меняются пропорционально длины L, r0 и RS, остальные телах. М.: Мир, 1973. 416 с.

параметры остаются прежними. Изменение на порядок [5] Pfister G., Scher H. // Adv. Phys. 1978. Vol. 27. N 5. P. 747– изменит 0 в 2–4 раза, параметры 0, r0 и RS изменятся 798.

на 5–25%.

[6] Scher H., Montroll E. // Phys. Rev. B. 1975. Vol. 12. N 6.

Объединяя уравнения (1), (2) и (20), запишем в раз- P. 2455–2477.

вернутом виде уравнение, которым описываются вольт- [7] Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982. Т. 1. 416 с.

амперные характеристики структур Li/пленка/раствор в [8] Pfister G. // Phys. Rev. Lett. 1976. Vol. 36. N 5. P. 271–273.

широком интервале токов, напряжений и температур [9] Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А., Казакова Л.П. // ФТП. 1978.

1/ Т. 12. Вып. 9. С. 1771–1775.

V 0 i qr2V 0 [10] Шутов С.Д., Иову М.А., Иову М.С. // ФТП. 1979. Т. 13.

j = exp - + 00 0 exp -, L T kT kTL2 kT Вып. 5. С. 956–960.

(24) [11] Архипов В.И., Лебедев Э.А., Руденко А.И. // ФТП. 1981.

где безразмерный параметр определяется выражениТ. 15. Вып. 4. С. 712–717.

ем (17). [12] Pfister G. // Phil. Mag. 1977. Vol. 36. N 5. P. 1147–1156.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 104 А.В. Чуриков [13] Pfister G., Grammatica S., Mort J. // Phys. Rev. Lett. 1976.

Vol. 37. N 20. P. 1360–1363.

[14] Schmidlin F.W. // Phil. Mag. B. 1980. Vol. 441. N 5. P. 535– 570.

[15] Schmidlin F.W. // Sol. St. Commun. 1977. Vol. 22. P. 451–453.

[16] Noolandi J. // Sol. St. Commun. 1977. Vol. 24. P. 477–480.

[17] Pollak M. // Phil. Mag. 1977. Vol. 36. P. 1157–1169.

[18] Бискерт Х., Гарсиа-Бельмонте Г. // Электрохимия. 2004.

Т. 40. Вып. 3. С. 396–402.

[19] Маннинг Дж. Кинетика диффузии атомов в кристаллах.

М.: Мир, 1971. 278 с.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.