Характеристики ближнего порядка и физические свойства анодных пленок WO3

Оксид вольфрама WO3 интересен тем, что он может проявлять как металлические, так и диэлектрические свойства, поскольку катион может менять свою валентность. В частности известно, что WO3 обладает электрохромным эффектом: в среде, содержащий водород или одновалентные металлы (например, Na, Li) при приложении электрического поля, меняются электрические характеристики пленки. Эффект связан с образованием вольфрамовых бронз, т. е. изменение оптических характеристик сопровождается изменением состава вещества. Аналогичным образом протекает фотохромный эффект, связанный с фотоокрашиванием WO3 в водородосодержащих средах при облучении длинами волн в ближних ультрафиолетовых диапазонах.

При электрохромных и фотохромных эффектах протекает фазовый переход металл-диэлектрик, что обеспечивает реализацию эффекта переключения в таких пленках. В таком случае WO3 может использоваться для хранения и записи информации, т. е. использоваться как элемент памяти или как переключающий элемент. Свойства оксида вольфрама и его способность к переключению зависят от условий и способа получения.

Целью данной работы является расчет структурных и определение физических характеристик анодного оксида вольфрама.

Исследуемый образец обрабатывался мелкозернистым абразивом, обезжиривался и подвергся электрохимическому полированию в растворе с содержанием красной кровяной соли. Для получения оксидной пленки, окисление исследуемого образца проводилось в растворе слабой серной кислоты 0,01N H2SO4 при плотности тока j=1 мА/см2 в гальваностатическом и смешанном режимах: в течение 5 минут напряжение линейно возрастало до 70 В, при этом параллельно регистрировался спад тока.

Для исследованной пленки была получена спектральная зависимость коэффициента отражения. Из положения интерференционных максимумов и минимумов данных зависимостей была определена толщина оксидной пленки: d1= 1082А и d2= 1032А.

Был рассчитан коэффициент формовки оксидной пленки. Зная коэффициент формовки, из зависимости обратной емкости от напряжения формовки определили толщину оксидной пленки: 1600А.

Рентгенограммы неокисленного и окисленного образцов были получены на дифрактометре ДРОН в FeKa излучении в симметричной и асимметричной геометриях. Поскольку пленка была заформована на металле, из картины рассеяния образцом было вычтено рассеяние металлом. Размытая дифракционная картина свидетельствовала о том, что анодные оксидные пленки вольфрама аморфны. Интенсивность рассеяния пленкой была переведена в электронные единицы и из нее в конечном итоге были рассчитаны интерференционная функция H(s) и кривая распределения парных функций D(r). Из кривой D(r) рассчитывались значения радиусов координационных сфер и координационные числа. Установлено, что в исследуемом аморфном оксиде вольфрама длины связей W-O в октаэдре составляют 1,73 и 1,9Е. эти значения не выходят за пределы расстояний W-O в искаженных октаэдрах множества известных фаз триоксида вольфрама. Значения расстояний W-W (3,53 и 3,83 А) и число атомов на данных расстояниях соответствуют средним значениям, характерным для оксидов гомологического ряда WO3-x.

Работа выполнена в рамках Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 гг.
А. И. Васильев