Том 53, № 1 (2024)

Изучено влияние токовой активации электрическим импульсным пробоем на изменения морфологии поверхности и эмиссионные характеристики автоэмиссионного катода, выполненного на основе углеродных пленок, полученных осаждением в СВЧ-плазме газового разряда. Была проведена токовая активация данных пленок при приложении импульсов напряжения микросекундной длительности до возникновения электрического пробоя. Показано, что в ходе активации происходит изменение морфологии поверхности пленки в области пробоя с образованием микроразмерной эмитирующей структуры, которая значительно улучшает автоэмиссионные характеристики катодов на основе углеродных пленок.

Уточнена фазовая диаграмма T–x квазибинарной системы Li₂O–TiO₂ и построено изотермическое сечение тройной системы Li–Ti–O при 298 К. Определены равновесные фазовые области Li–Ti–O в твердом состоянии с участием граничных бинарных оксидов и четырех промежуточных тройных соединений , ,  и . Методом теории функционала плотности (DFT LSDA) рассчитаны энергии образования  указанных тройных соединений системы Li₂O–TiO₂ и построена зависимость  от состава.

Проведено ab initio моделирование суперъячеек на основе М-легированного  анодного материала на основе соединения  (LTO) с моноклинной структурой (m). Показано, что частичное замещение катионов и кислорода в структуре m-LTO–M повышает эффективность литий-ионного аккумулятора (LIB) как за счет стабилизации структуры, так и за счет увеличения скорости диффузии . За счет вклада d-орбиталей (Zr⁴⁺-4d, Nb³⁺-4d орбитали) в обменную энергию происходит частичная поляризация электронных состояний и увеличивается электронная проводимость m-LTO–M. Образование кислородных вакансий в кристаллической решетке m-LTO–M, как и в бинарных оксидах, может создавать донорные уровни и улучшать транспорт  и электронов.

М-легирование структуры m-LTO путем замены катионов, в частности лития, на атомы Zr или Nb, заметно уменьшает ширину запрещенной зоны (E_g) суперячеек m-LTO–M. При этом в зонной структуре m-LTO–M уровень Ферми смещается в зону проводимости и запрещенная зона сужается. Уменьшение значения E_g увеличивает электронную и литий-ионную проводимость суперъячеек m-LTO–M.

Исследовались процессы электроформовки и функционирования в вакууме мемристоров (элементов энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти) на основе открытых “сэндвич”-структур TiN–SiO₂–Mo. Результаты экспериментов показали, что, во-первых, данные структуры с верхним молибденовым электродом характеризуются более высокими величинами начальной проводимости, чем ранее исследованные структуры TiN–SiO₂–W. Во-вторых, для структур с Mo оказалось возможным снижение напряжения электроформовки до величин 6–8 В, что практически в два раза ниже, чем для структур с W в тех же экспериментальных условиях. Это повышает надежность функционирования элементов памяти, минимизируя вероятность пробоя. Эксперименты с предварительным термическим отжигом открытых “сэндвич”-структур TiN–SiO₂–Mo в безмасляном вакууме показали, что при этом в структурах сохранялась высокая начальная проводимость, но уже не проходила полноценная электроформовка. На основании полученных результатов был предложен механизм появления высокой встроенной проводимости для открытых “сэндвич”-структур TiN–SiO₂–Mo, в основе которого лежит перенос атомов молибдена через травитель на открытый торец SiO₂ при его формировании.

Проведено исследование электрофизических параметров плазмы и кинетики плазмохимических процессов в смеси CF₄ + H₂ + Ar при варьировании соотношения CF₄/H₂. При совместном использовании методов диагностики и моделирования плазмы установлено, что замещение тетрафторметана на водород: а) приводит к снижению плотности и росту электроотрицательности плазмы; б) вызывает непропорционально резкое падение концентрации атомов фтора. Причиной последнего эффекта является увеличение частоты гибели атомов в реакциях вида CHF_x + F → CF_x + HF, инициируемых гетерогенной рекомбинацией по механизму CF_x + H → CHF_x. Одновременное увеличение концентрации полимеробразующих радикалов СH_xF_y (x + y < 3) свидетельствует от росте полимеризационной нагрузки плазмы на контактирующие с ней поверхности.

В данной статье представлены результаты экспериментальных исследований структур, сформированных на основе кроссбар-архитектуры мемристорных структур из различных материалов. В качестве рабочего мемристорного слоя был использован TiO₂. В качестве материала для контактных площадок были использованы: Al, Ni, Cr, Mo, Ta, Ag. В ходе проведения экспериментальных исследований было выявлено оптимальное сочетание материалов для формирования кроссбар мемристорных структур, которые в дальнейшем могут быть использованы в устройствах нейроморфных систем искусственного интеллекта.