Исследование оптических свойств халькогенидных стеклообразных полупроводников

Mid-Infrared Chalcogenide Waveguides for Real-Time and Nondestructive Volatile Organic Compound Detection
Analytical Chemistry ( IF 6.350 ) Pub Date : 2018-12-18
Laser written waveguide photonic quantum circuits. Graham D. Marshall, Alberto Politi, +4 authors Jeremy L. O'BrienPublished in Optics express 2009
J. S. Sanghera, L. B. Shaw L.E.B. Development and Infrared Applications of Chalcogenide Glass Optical Fibers // Fiber and Integrated Optics. 2000. № 3 (19). C. 251–274.

Методика и условия получения образцов
As-Te
As-S

Методы исследования
Основные методы исследования:
Электронная микроскопия и EDX анализ состава (JSM IT-300LV (JEOL))
Атомно-силовая микроскопия (NTEGRA Spectra(NT-MDT))
Рентгеновская дифракция (Shimadzu XRD-7000)
Спектроскопия комбинационного рассеяния и фотолюминесценции (NTEGRA Spectra (NT-MDT))
Спектрофотомерия (Cary 5000 (Varian))
ИК-Фурье спектроскопия (Spectrum BX II (PerkinElmer))

Анализ оптических параметров
[1] Tauc, J. Amorphous and Liquid Semiconductors: Plenum, London, 1974.
[2] Swanepoel R. // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1983. Vol. 16. P. 1214–1222.
Расчет оптических характеристик плёнок: оптическая ширина запрещенной зоны (Egopt) и показатель преломления (n) проводился используя методики предложенные Тауцем и Swanepoel в работах [1] и [2] соответственно.
Расчёт спектральной зависимости коэффициента поглощения из спектров пропускания и отражения
Расчёт показателя преломления

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Изучение временных масштабов процессов записи-чтения информации в мемристивных ячейках
Исследование параметров эквивалентных схем измерения сопротивления мемристоров
Нижний Новгород, 2019
Шенина М.Е.,К. ф.-м.н., н.с. НОЦ ФТНС ННГУ

Введение
Мемристор
элемент в микроэлектронике, способный изменять и запоминать свое сопротивление
двухполюсник с нелинейной
вольтамперной характеристикой, обладающий гистерезисом.
[1] Nonvolatile resistive switching memory utilizing gold nanocrystals embedded in zirconium oxide/Weihua Guan, Shibing Long, Rui Jia, and Ming Liua_// APPLIED PHYSICS LETTERS 91, 062111 _2007
[2] D. Ielmini. Resistive switching memories based on metal oxides: mechanisms, reliability and scaling. Semicond. Sci. Technol. 31, 2016, 063002
Мемристор
Время переключения состояний сопротивления ~ 10 нс

Введение
Мемристорные ячейки на основе оксидных диэлектриков и полупроводников с разным типом электродов
Измерение вольтамперных характеристик, проведение резистивных переключений;
Измерение токового отклика на импульсное воздействие;
Анализ полученных экспериментальных данных:
определение напряжений и токов переключений,
определение параметров эквивалентной схемы измерения характеристик мемристора,
оценка времени отклика мемристора на переключающий и опрашивающий импульс.
Структуры и Задачи

Введение
Оборудование
Анализатор параметров полупроводниковых приборов Agilent B1500 A c зондовой станцией +ПК

Цели работы
Оборудование
Генератор импульсов заданной частоты и амплитуды National Instuments usb 6211 + ПК + Осциллограф

К моменту начала работы лучше:
Знать и понимать основы школьного курса физики
Уметь работать на ПК в графических редакторах и редакторах таблиц или математических вычислительных средах
(Origin, Mathematica, Mathcad, Excel, MS Paint, Photoshop, и т.д.)
Знать основы программирования
Владеть английским языком в рамках школьного курса

Николичев Дмитрий Евгеньевич
Определение состава керамики Sr3Fe2O7-d методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопи
Рис. 1. а) профиль распределения химических элементов по глубине и
б) ВР ПЭМ-изображение поперечного среза структуры ZrO2(Y)/TaOx/TiOx/TiN/Ti/SiO2/Si.
Рис. 2. Пример спектрального разложения ФЭ-линий а) Zr 3d (~5 нм) и б) N 1s (~19 нм).

Предлагаемая тема
«Исследование мемристоров на основе SiO2 и программная обработка экспериментальных данных»
Научный руководитель: м.н.с. Окулич Евгения Викторовна

Bottom electrode
Top electrode
V
Типичная структура мемристивного устройства на основе диоксида кремния
Мемристоры – это тонкоплёночные структуры на основе диэлектрика, которые могут запоминать своё состояние сопротивления («memory»-память) в зависимости от подаваемого напряжения.
Направления использования:
в устройствах памяти
в области искусственного интеллекта и нейросетей
Мемристоры на основе диоксида кремния (SiO2) являются одними из наиболее изучаемых из-за доступности кремния и масштабности применения его в микроэлектронике.
Диоксид кремния может быть изготовлен различными способами: магнетронное распыление, электронно-лучевое осаждение, влажное окисление.
В зависимости от метода изготовления получаются структуры с отличающимися по качеству электро-физическими характеристиками.
Схематическая вольтамперная характеристика структуры до и после формовки (приложения достаточно большого импульса напряжения), проводимой при отрицательном напряжении
До настоящего времени для мемристоров на основе диоксида кремния, несмотря на интенсивные исследования в России и мире, не удалось получить устойчивых результатов (мемристивного эффекта).
Для улучшения параметров структур предлагается использование ионного облучения.

Задачи
Ознакомление с основами изготовления и работой элементов памяти нового типа - мемристорами.
Ознакомление с программой SRIM, используемой при выборе режимов облучения.
Измерение электро-физических характеристик мемристоров на приборе Agilent.
Освоение методики обработки результатов с применением программы Origin и языка программирования Python.

Тема научной работы
Спектроскопя фотопроводимостиZnSe, солегированного мелкими и глубокими примесями
Научный руководитель
Филатов Дмитрий Олегович
Доктор физико-математических наук
Ведущий научный сотрудник
Научно-образовательного центра «Физика твердотельных наноструктур»
Нижегороского государственного университета им.Н.И.Лобачевского
Содержание работы
1. Освоение методики измерения спектров фотопроводимости полупроводниковых образцов
2. Самостоятельное (под контролем руководителя) выполение цикла измерений спектров фотопроводимости образцов ZnSe, солегированных различными примесями
3. Обработка и анализ полученных спектров фотопроводимости, сравнение с литературными данными

"Анализ колебаний маятника в поперечном магнитном поле"

/22
Антонов Дмитрий Александрович
Исследование эффекта резистивного переключения в мемристорных структурах на основе эпитаксиальных пленок SiGe методом проводящей АСМ.
Сегодняшнее понимание механизма РП в мемристорах, основано на филаментарном механизме. Под действием электрического поля, вакансии кислорода (или катионы металлов) формируют проводящие нити (филаменты), растущие почти через весь слой диэлектрика, и, таким образом, замыкают электроды. Если приложить напряжение обратной полярности, филаменты разрушаются (как правило, вблизи одного из электродов) и сопротивление мемристорной структуры восстанавливается. Одной из проблем в разработке мемристивных устройств энергонезависимой памяти является проблема размерами электродов в несколько десятков микрометров (под которыми может формироваться большое количество филаментов масштабирования. Закономерности РП, установленные при исследованиях модельных мемристоров с), оказываются отличными от закономерностей РП мемристоров с электродами нанометровых размеров, под которыми может поместиться небольшое количество филаментов (в пределе — один индивидуальный филамент).

/22
Размеры области контакта острия АСМ зонда с алмазоподобым покрытием к поверхности диэлектрической пленки может составлять <10 нм, что соответствует ожидаемым размерам ячеек перспективной мемристивной памяти. Таким образом, контакт проводящего АСМ зонда к поверхности диэлектрической плёнки на проводящей подложке представляет собой хорошую модельную систему (виртуальный мемристор) для изучения особенностей РП в масштабах, соответствующих ожидаемым размерам перспективных мемристивных устройств.
Цель работы: Экспериментальное исследование эффекта резистивного переключения в индивидуальной дислокации в мемристорных структурах на основе пленок SiGe методом проводящей АСМ.
Задачами работы являются:
- получение и обработка экспериментальных данных по резистивному переключению в индивидуальных дислокациях в мемристорных структурах на основе пленок SiGe методом проводящей АСМ;
План работ:
1. Работа с научной литературой по тематике.
2.Получение экспериментальных данных (участие в экспериментах на АСМ/СТМ в атмосферных условиях).
3.Обработка экспериментальных данных с использованием программного обеспечения Origin Pro 9.0:. построение Вольт-амперных характеристик, определение основных параметров резистивного переключения (Vset, Vreset, Ionn/Ioff) в индивидуальных дислокациях в мемристивных структурах на основе пленок SiGe.
4.Подготовка текста учебно-исследовательской работы и презентации своей работы с использованием программного обеспечения: Microsoft word и Microsoft Power Point.

Темы:
1. Определение параметров проводящих каналов - филаментов в мемристорной структуре с дислокациями.
(Научн. рук , к.ф.м.н. Олег Николаевич Горшков).
2. Формирование филаментов в мемристорах с оксидным диэлектрическим слоем и определение его геометрических параметров.
(Научн. рук , к.ф.м.н. Мария Николаевна Коряжкина).
НОЦ, Физический факультет, Нижний Новгород - 2019

Основные понятия
Мемристор – конденсатор, способный изменять проводимость диэлектрика под действием приложенного напряжения и сохранять состояние с определённым сопротивлением длительное время без затрат энергии.
Резистивное переключение – обратимое бистабильное (мультистабильное) изменение электропроводности диэлектрика под действием внешнего электрического поля.
Сегодняшнее понимание механизмов резистивных переключений основано главным образом на концепции проводящих каналов (филаментов), возникающих внутри диэлектрика под действием приложенного электрического поля. Внутри филаментов происходит модификация атомной структуры материала, что приводит к локальному изменению электронной проводимости материала.
R. Waser, M. Aono / Nanoionics-based resistive switching memories. Nature Materials. – 2007. – Vol.6. – P.833-840.

Актуальность
Мемристоры могут быть использованы при создании
→ элементов памяти
→ нейроморфных электронных устройств
→ не фон Неймоновских компьютеров
→ электронных устройств для нейробиологии и медицины
Основные преимущества мемристоров:
малые размеры → высокая плотность записи информации;
простота изготовления → высокая надежность и скорость перезаписи;
совместимость с КМОП-технологией.
Нерешённые задачи:
не достаточно изучены механизмы резистивных переключений в мемристорных структурах;
стабильность параметров резистивного переключения не достаточна для применения в устройствах резистивной памяти;
не определены оптимальные материалы и технологии изготовления мемристорных устройств.
F. Caravelli, J.P. Carbajal / Memristors for the curious outsiders. Technologies. – 2018. – Vol.ХХ, №1. – P. 1-42.

Объекты и методики исследований:
Методики исследования:
Исследование частотных зависимостей ёмкости, сопротивления и тангенса угла диэлектрических потерь (Agilent В1500A)
2. Обработка и анализ полученных результатов. Определение геометрических параметров филаментов.