Синтез и исследование оксидно-действенного керамики с неомичною проводимостью часть 2

Рис. 3.1. Вольт-амперная характеристика образца керамики In2O3 — Bi2O3, снятая дважды при увеличении (1,3) и уменьшении (2,4) напряжения. Данные рис.3.1 не позволяют ответить на вопрос о том, контролируется сопротивление образца лично его объемом или приэлектродном областями. Для выяснения этого исследованы ВАХ образца In2O3-Bi2O3 при вариации его толщины. В крайнем случае, линейные части ВАХ незначительно изменяются при вариации толщины образца в границах 1,3-7,4 мм. Это означает, что сопротивление образца на линейной части ВАХ контролируется скорее приэлектродном областью, чем объему. Поэтому при объяснении причины нелинейности ВАХ следует учитывать создание приэлектродном области повышенного сопротивления. Вероятно, это имеет место для различных электродов, хотя, возможно, и в разной степени. Представляет интерес рассмотреть также ВАХ структур на основе In2O3 с ионными добавками. С этой целью исследованы ВАХ структур на основе оксида индия с добавками оксида стронция. На рис.3.2 приведены зависимости тока от напряжения, полученные при увеличении (кривая 1) и снижении (кривая 2) напряжения. Установлено, что ток при фиксированном напряжении не является строго постоянным, а зависит от времени. Поэтому на рис.3.2 для кривой 1 и кривой 2 при каждом значении напряжения указаны два значения тока, полученные сразу после установки напряжения и после 30 секунд. Замечено, что при малых напряжениях ток возрастает со временем, а при напряжении выше порогового значения UUпор @ 10 B ток уменьшается со временем. Это видно из хода сплошной линии на рис.3.2, которая соединяет точки, полученные в хронологическом порядке. На кривой 1 является линейная часть (I ~ U), часть надлинийного роста тока с напряжением (I ~ Ub b> 1), который в интервале 10-30В меняется частью спада тока при росте напряжения. При уменьшении напряжения (кривая 2 на рис.3.2) ток слабо зависит от напряжения в области 10-30 В, а при меньших напряжениях ток снижается примерно пропорционально напряжению. Таким образом, замечено сложное падения тока в функции напряжения, причем основной особенностью является эффект ограничения тока. Рис.3.2. Зависимость тока от напряжения для образца керамики In2O3 — SrO, полученная при повышении (1,3,5) и снижении (2,4,6) напряжения. Напряжение фиксируется на протяжении 30 с. кривые (1 и2), а также измеряется сначала и в конце каждого такого интервала. Кривые 3 и 4 (сняты после кривых 1 и 2) — установленное значение тока через 600 с. после подачи фиксированного напряжения на образец. Для ясности точки, полученные в хронологическом порядке, соединены линией. Кривые 5 и 6 полученные после регистрации тока, отвечаю почему кривым 3 и 4. Столь непродолжительная поведение тока с напряжением для структур на основе In2O3-SrO могло бы быть просто следствием измерений в нестационарных условиях. Чтобы исключить такую вероятность была снята временная зависимость тока при различных фиксированных напряжениях. Как видно, при малых напряжениях (кривые 1 и 2) ток возрастает со временем. При U = 10 В (кривая 3 рис.3.3) и более высоких напряжений (кривые 4 и 5) ток со временем уменьшается. Рис.3.3. Зависимость тока от времени при фиксированных значениях напряжения, подаваемой на образец в такой последовательности, В: 1-1; 2-5; 3-10; 4-15; 5-25; 6-15; 7-10; 8-5; 9-1 Характер временной зависимости тока, представленной на рис.3.3 (кривые 1-5) взаемозгоджуеться с временной зависимостью тока, находящегося на рис.3.2 (кривая 1). Установленные значения тока, полученные на рис.3.3 (кривые 1-5), использованные для построения ВАХ на рис.3.2 (кривая 3). Как видно, форма ВАХ, полученная по установленным значением тока, удовлетворительно совпадает с формой ВАХ, полученной при кратковременном (30с.) Выдержке образца при каждом значении напряжения. Таким образом, установлено, что для исследуемых образцов керамики характерна аномалия электропроводности в виде части ограниченного тока и даже части спада тока с напряжением. При уменьшении напряжения ток со временем возрастает при напряжениях в диапазоне 15-5 В и снижается при малых напряжениях. Соответствующая ВАХ, построенная по установленным значением тока (кривая 4 на рис.3.2), удовлетворительно совпадает с кривой 3 на рис.3.2. Такой характер временной зависимости тока сохраняется, если напряжение вроде подавать в последовательности: 25В, 15В, 10В, 5В, 1В с достаточным (10 мин.) Интервалом между измерениями. При этом ток снижается со временем при U = 25B, но нарастает со временем при подаче напряжения от 15 до 5 В и слабо снижается при U = 1В. Как следствие, свойства образца зависят от его электрической предыстории, что может быть связано с изменением заполнения локализованных состояний при достаточно больших напряжениях и сохранением такой ситуации при снижении напряжения до нуля. При последующей подачи вроде меньшего напряжения возникает постепенная релаксация тока. После изучения временной зависимости тока снова была снята ВАХ в режиме кратковременной фиксации напряжения. Как видно, ВАХ до (кривые 1 и 2 на рис.3.2) и после (кривые 5 и 6 на рис.3.2) относительно длительного действия напряжения удовлетворительно совпадают. Часть ограничения и снижения тока качественно повторяется для других образцов. Установлено также, что форма ВАХ чувствительная к материалу электрода и способа его создания. Поэтому наблюдаемые результаты, вероятно, обусловлены проявлением приэлектродных потенциальных барьеров, один из которых, включен в запорном направлении, и контролирует ток через образец. ВАХ образцов на основе In2O3 с добавлением оксида висмута и оксида стронция отличаются, на первый взгляд, очень существенно. Однако обоим образцам характерна общая особенность — при повышении напряжения выше некоторой пороговой величины Uпор (слабо выраженной на рис.3.1 и более четко выраженной на рис.3.2 (Uпор @ 10В)) рост тока с напряжением существенно замедляется или даже сменяется спадом тока с напряжением. Таким образом, для структур на основе оксидно-индиевый керамики независимо от использованной добавки и типа электродов характерно появление при достижении некоторого электрического поля процессов, ответственных за ограничение тока. Именно понимание этого механизма представляет основную интерес. Этот механизм работает на фоне ряда других процессов, которые определяют электропроводность исследуемых структур, и приводит к вариабельности их ВАХ в зависимости от деталей технологического процесса. Механизм ограничения тока в исследуемых структурах связан с формированием при их изготовлении приэлектродных областей повышенного сопротивления, то есть с появлением соответствующих потенциальных барьеров. При этом особенностью такого потенциального барьера на контакте является проявление при некотором напряжении процессов захвата основных носителей заряда (электронов), вызывает рост высоты барьера и ограничения роста тока с напряжением. Вероятно, такая особенность приелектродного барьера определяется природой керамики на основе In2O3. Пороговый характер механизма ограничения тока можно объяснить, например, тем, что захват носителей (и отвечая торможения падения высоты барьера) проявляется, когда высота барьера оказывается в достаточной мере уменьшается под действием приложенного напряжения. Барьер ведет себя как барьер у центра с экранированным кулоновским потенциалом. Можно считать, что с учетом сил изображения форма барьера на контакте отличается от параболической. В результате воздействия эффекта Шоттки высота барьера с ростом напряжения зижуеться и при небольших напряжениях появляется надлинийний рост тока с напряжением. Когда высота барьера станет достаточно малой (а ток через барьер окажется достаточно большим), захват электронов на состоянии контакта становится существенным. Это определяет тенденцию увеличения высоты барьера. В результате чего рост тока с напряжением замедляется и наблюдается часть ограничение тока. Однако такой механизм несколько по-разному проявляется для двух типов исследуемых структур, ВАХ которых представлены на рис.3.1 и 3.2.