WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 11 05;06;12 Термостимулированное переключение в пленках электроактивных полимеров 2 © А.Ф. Пономарев,1 В.А. Красильников,1 М. Васильев,1 А.Н. Лачинов 1 Бирский государственный педагогический институт, 452453 Бирск, Россия 2 Институт физики молекул и кристаллов УНЦ РАН, 450075 Уфа, Россия e-mail: lachinov@anrb.ru (Поступило в Редакцию 24 декабря 2002 г. В окончательной редакции 23 апреля 2003 г.) Проведено исследование электронного переключения в пленках полимера полидифениленфталида, индуцированного термической ионизацией электронных ловушек. Были использованы два метода: термостимулированных токов и токов термостимулированной деполяризации. Установлена корреляция между полученными спектрами. Для интерпретации результатов измерений были использованы результаты измерений температурных зависимостей инфракрасных спектров поглощения в условиях, подобных условиям измерения термостимулированных явлений. Сопоставление полученных результатов позволило идентифицировать электронные ловушки с конкретной молекулярной группой полимера и сделать вывод о важной роли критической концентрации объемного избыточного заряда в возникновении высокопроводящего состояния с полимере.

Явления зарядовой неустойчивости, обнаруженные в и выявления связи термостимулированных явлений с некоторых электроактивных полимерах [1-4] и приво- эффектом электронного переключения.

дящие к возникновению в н их аномально высокой В качестве объекта исследования были использованы локальной проводимости, представляют большой теоре- полимеры класса поли(фталидилиденарилен)ов [17], в тический и практический интересы. Однако до сих пор которых ранее наблюдались интересные явления, свяотсутствует общепризнанное представление о физиче- занные с возникновением высокопроводящего состояском механизме этого явления, несмотря на довольно ния [18,19]. Пленка полимера наносилась на подложку широкий спектр предложенных моделей [5-8].

из полированного стекла с плоским электродом [11].

На основе анализа экспериментальных результатов, Экспериментальный образец представлял собой систеполученных при исследовани и эффекта переключе- му металл–полимер–металл типа „сэндвич“. Изменения ния в системе металл–полимер–металл, в которых в спектров ТСТ и ТСД производились в соответствии с качестве инициирующих воздействий использовались требованиями стандартных методик [20].

давление [9], электрическое поле [10] или изменялись Типичные результаты измерений термостимулированграничные условия [11], можно прийти к выводу о ных токов, протекающих через полимерную пленку том, что самому переходу в высокопроводящее состопри заданной скорости ее измерения, приведены на яние предшествует стадия накопления неравновесного рис. 1. На полученных зависимостях можно выделить объемного заряда. Возможность трансформации энергетри характерных участка. Первый участок расположен в тического спектра электронов в результате инжекции диапазоне от 150 до 250 K. На этом участке наблюдазаряда в полимерные пленки была ранее теоретически ются флуктуационные возбуждения тока относительно обоснована и подтверждена экспериментально в ряде небольшой амплитуды. Второй участок (250-300 K) работ [12,13].

характеризуется увеличением угла наклона кривой на Однако инжекция не единственно возможный меха- зависимости I(T) и возрастанием амплитуды флуктуанизм изменения объемного заряда полимерной пленки.

ций. В этой области температур имеется локальный макНапример, в [14] концентрация объемного заряда изме- симум тока. На следующем участке при температурах нялась за счет облучения пленки электронным пучком.

выше 300 K ток через образец ловинообразно возрастает В [15,16] была показана возможность измерения тер- и происходит переход в высокопроводящее состояние.

мостимулированного тока (ТСТ). Однако результаты Дальнейшее увеличение температуры не вызывает сущеэтих работ не позволяют сделать достоверные выводы о ственного изменения проводимости полимера. Уменьшесвязи электронных ловушек с молекулярной структурой ние толщины полимерной пленки (рис. 1, кривая 2) приполимерного материала.

водит к незначительному увеличению регистрируемого В связи с этим целью настоящей работы явилось тока во всем диапазоне температур и незначительному изучение спектров ТСТ и ТСД (термостимулированной смещению температуры перехода в высокопроводящее деполяризации) в полимерных пленках в зависимости от состояние в область низких температур. При малой скотолщины образцов и скорости изменения температуры рости нагрева (кривая 3) переход в высокопроводящее 138 А.Ф. Пономарев, В.А. Красильников, М. Васильев, А.Н. Лачинов выше 300 K и малой скорости изменения температуры.

Изменения температурных зависимостей инфракрасных спектров пленок поли(фталидилиденарилен)ов, осуществленные в [15], показали, что наибольшие изменения происходят в области частот 1600 cm-1 при температурах, близких к 250 и 300 K. В этой области спектра наблюдается двойная линия 1595-1608 cm-1, типичная для осцилляций C = C-связей фенильного кольца бокового фталидного фрагмента [21–23]. Наблюдающиеся при нагревании изменения в ИК спектре ПФБ, вероятно, вызваны релаксационными возбуждениями колебаний этих связей.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о Рис. 1. Зависимость термостимулированного тока от температом, что „высокотемпературный“ тип термостимулитуры. Толщина образцов: 1 —1.5, 2 —1 µm, 3 —относится рованной деполяризации обусловлен термоактивацией к образцу 2 при скорости изменения температуры 1 K/min.

Скорость изменения температуры 5 K/min. бокового фталидного фрагмента макромолекулы. Этот процесс сопровождается ионизацией электронных ловушечных состояний и поэтому наблюдается в спектре термостимулированного тока в виде пика тока, а при состояние не происходит. Термостимулированные пробольшой скорости нагрева происходит переход в высоцессы в исследуемых полимерных образцах могут быть копроводящее состояние при температуре, соответствуобусловлены не только ионизацией электронных состоющей максимуму тока в спектре ТСТ.

яний в запрещенной зоне полимера, но и существенным Анализ полученных в настоящей работе результатов влиянием изменения подвижностей фрагментов молекул показал, что переход в высокопроводящее состояние в в области характеристических температур.

полимерной пленке сопровождается аномально большим Для выявления этого фактора были проведены извнутримолекулярным возбуждением, которое проявлямерения токов термодеполяризации тех же образцов, ется в увеличении амплитуды линий в колебательном спектры которых представлены на рис. 2. На этих спектре макромолекул. Причем это возбуждение прозависимостях можно выделить те же три области, что и исходит в боковом фталидном фрагменте. Оно сопрона зависимостях термостимулированных токов (рис. 1).

вождается возникновением пиков в спектрах термостиСопоставление результатов показанных на рис. 1, мулированной деполяризации и термостимулированного позволяет сделать следующие выводы. В области низтока. Объяснение подобной корреляции может быть дано ких температур (до 250 K) подвижность фрагментов при анализе результатов квантово-химических расчетов молекулярных цепей, которая хорошо проявляется на плотности электронных состояний и оптимизированной спектрах термостимулированной деполяризации, дает геометрии молекулы полидифениленфталида, выполненслабый вклад в термостимулированный ток. В области ном в [24]. В этой работе было показано, что захват изтемператур от 250 до 300 K сигнал ТСД практически быточного электрона боковым фталидным фрагментом отсутствует, в то время как на спектрах термостимуможет привести к следуюим последствиям: молекула пелированных токов формируется локальный максимум.

реходит в новое энергетически устойчивое положение с Возможно, это свидетельствует о ионизации электрониной геометрией, а в области запрещенных энергий возных состояний, не связанных с подвижными фрагменникают глубокие электронные состояния. По-видимому, тами молекулярных цепей. Наилучшее совпадение расрезкое увеличение интенсивностей линий именно бокосматриваемых спекров наблюдается при температурах вого фталидного фрагмента в колебательном спектре полимера отражает факт перехода молекулы в новое состояние в результате захвата электрона на молекулярную ловушку. Поэтому интервал температур, в котором регистрируются максимальные амплитуды в инфракрасном спектре, хорошо коррелируют с областью температур II и III на спектрах термостимулированного тока и термостимулированной деполяризации. Таким образом, экспериментально показано, что в пленочных образцах полидифениленфталида электронное переключение из низкопроводящего состояния в высокопроводящее может происходить в результате объемной термоионизации ловушек. Этот процесс сопровождается значительным Рис. 2. Зависимость тока термодиполяризации от температу- увеличением амплитуды внутримолекулярных колебары. Скорость изменения температуры 5 K/min. тельных движений в боковых фталидных фрагментах Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Термостимулированное переключение в пленках электроактивных полимеров молекулы, что может служить подтверждением высказанного ранее предположения о возможном механизме трансформации электронного спектра макромолекулы в процессе подобного электронного перехода.

Список литературы [1] Pender L.F., Flening R.G. // J. Appl. Phys. 1975. Vol. 46. N 8.

P. 3426–3431.

[2] Ениколопян Н.С., Берлин Ю.А., Бешенко С.И. и др. // Письма в ЖЭТФ. 1980. Т. 33. Вып. 10. С. 508–511.

[3] Тучкевич В.М., Ионов А.Н. // Письма в ЖТФ. 1990. Т. 16.

Вып. 16. С. 90–94.

[4] Лачинов А.Н., Жеребов А.Ю., Корнилов В.М. // Письма в ЖЭТФ. 1990. Т. 52. Вып. 2. С. 742–745.

[5] Григоров Л.Н. // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17. Вып. 10.

С. 45–50.

[6] Elyashevich A.M., Kiselev A.A., Liapzev A.V. et al. // Physics Lett. A. 1993. Vol. 156. N 1, 2. P. 111–113.

[7] Eagles D.M. // Physica C. 1994. Vol. 225. P. 222–234.

[8] Пономарев О.А., Шиховцева Е.С. // Письма в ЖЭТФ.

1995. Т. 107. Вып. 2. С. 637–648.

[9] Lachinov A.N., Zherebov A.Yu., Kornilov V.M. // Synth.

Metals. 1991. Vol. 44. P. 111–113.

[10] Лачинов А.Н., Жеребов А.Ю., Корнилов В.М. // ЖЭТФ.

1992. Т. 102. С. 187–193.

[11] Корнилов В.М., Лачинов А.Н. // ЖЭТФ. 1997. Т. 111.

Вып. 4. С. 1513–1529.

[12] Duke C.B., Fabish T.J. // Phys. Rev. Lettrs 1976. Vol. 37. N 16.

P. 1075–1078.

[13] Fabish T.J., Saltsburg H.M., Hair M.L. // J. Appk. Phys. 1976.

Vol. 47. N 3. P. 930–939.

[14] Корнилов В.М., Лачинов А.Н. // Письма в ЖЭТФ. 1995.

Т. 61. Вып. 6. С. 504–507.

[15] Lachinov A.N., Zherebov A.Yu., Zolotukhin M.G. // Synth.

Metals. 1993. Vol. 59. P. 377–386.

[16] Zherebov A., Lachinov A., Kornilov V. // Synth. Metals. 1997.

Vol. 84. P. 917–920.

[17] Рафиков С.Р., Толстиков Г.А., Салазкин С.Н. и др.

А.С. № 743989. Б.И. 1981. № 20.

[18] Ionov A.N., Lachinov A.N., Rivkin M.M. et al. // Sol. St.

Commun. 1992. Vol. 82. N 8. P. 609–611.

[19] Ионов А.Н., Лачинов А.Н., Ренч Р. // Письма в ЖТФ. 2002.

Т. 28. № 14. P. 69–76.

[20] Вертопрахов В.Н., Сальман Е.Г. Термостимулированные токи в неорганических веществах. Новосибирск: Наука, 1979. 336 с.

[21] Салазкин С.Н., Рафиков С.Р., Толстиков Г.А. и др. // ДАН.

1982. Т. 262. № 2. С. 355–359.

[22] Салазкин С.Н., Рафиков С.Р. // Изв. АН КазССР. Сер.

хим. 1981. № 5. С. 27–34.

[23] Zolotukhin M.G., Panasenko A.A., Sultanova V.S. et al. // Makromol. Chem. 1985. Vol. 186. P. 1747–1753.

[24] Johansson N., Lachinov A.N., Stafstrom S. et al. // Synth.

Metals. 1994. Vol. 67. 319–322.

Журнал технической физики, 2003, том 73, 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.