150907 (Склокерамічні матеріали на основі компонента з фазовим переходом метал-напівпровідник), страница 7

5. Вперше виявлено явище гістерезиса вольт-амперної характеристики зразку матеріалу з ФПМН після його перемикання у стан з низьким опором (стан „увімкнено”), коли в зразку співіснують як металева фаза в шнурі струму, так і напівпровідникова за його межами. Гістерезис виявляється як незбіг гілок ВАХ, зареєстрованих в режимі збільшення і зменшення струму. Доведено, що його причиною є притаманний ФПМН температурний гістерезис, який приводить до встановлення різних рівновагових температур на межі шнура металевої фази при збільшенні і зменшенні струму, наслідком чого є різна джоулева потужність, яка потрібна для утримання теплової рівноваги шнура, що викликає незбіг гілок ВАХ.

6. Вперше виявлено розмірний ефект, який полягає в зміні знаку диференційного опору ВАХ у стані „увімкнено” від негативного до позитивного при збільшенні струму. Встановлено, що причиною розмірного ефекту є обмеження розширення шнура металевої фази при зростанні струму розмірами зразка. В межах електротермічної моделі отримано аналітичний вираз для ВАХ у стані „увімкнено”, який адекватно описує гістерезис і розмірний ефект.

7. Встановлено закономірності впливу термоциклювання через температуру ФПМН на електропровідність і ВАХ кераміки на базі VO₂ і ВФС та її складів, модифікованих добавками. Показано, що причина такого впливу обумовлена тим, що перебудова енергетичної структури VO₂ при ФПМН, яка супроводжується зміною симетрії кристалічної гратки, веде до виникнення в межах міжфазних границь механічних напружень, які внаслідок малої пластичності кристалітів VO₂ і ВФС приводять до формування мікротріщин, що розривають електричні зв’язки в нескінченному кластері з протіканням крізь кристаліти VO₂. Як наслідок відбувається деградація, що полягає в незворотному зменшенні та її стрибка при ФПМН і збільшенні порогової напруги ВАХ. Найбільшу деградацію виявляє склокераміка системи VO₂ВФС, в якій нескінченний кластер з протіканням крізь кристаліти VO₂ розпадається на ізольовані скінченні кластери (розміри 0,3 – 0, 4 мм) вже після 1520 термоциклів і склокераміка втрачає електрофізичні властивості, притаманні ФПМН. Встановлено, що модифікування такої склокераміки міддю і SnO₂ дозволяє подолати деградацію при термоциклюванні.

8. Вперше в рамках підходу, який базується на теорії протікання, уявленнях про енергію пружної деформації, викликаної ФПМН, та енергію формування мікротріщини розроблено модель деградації склокераміки на основі VO₂. В межах моделі знайдено умову, яка дозволяє визначити наступні шляхи подолання деградації: 1) зменшення об’ємної долі VO₂ в склокераміці і, як наслідок, питомої енергії пружної деформації при ФПМН шляхом модифікування оксидами, які не взаємодіють з VO₂ і рідкою фазою при синтезі склокераміки; 2) модифікування складу склокераміки добавками металів для створення розвиненої системи низькоомних електричних зв’язків між кристалітами VO₂; 3) зменшення розмірів кристалітів VO₂. Встановлено, що деградацію склокераміки (45-)VO₂15ВФС Cu40SnO₂ при термоциклюванні можна подолати першими з двох шляхів при вмісті міді в інтервалі 57 ваг. %. Така склокераміка після 10⁴ термоциклів зберігає незмінним стрибок електропровідності при ФПМН, а величина нижче T_t зменшується не більше, ніж у два рази.

9. На основі склокераміки системи VO₂ВФСCuSnO₂ створено порогові перемикачі та критичні терморезистори зі стрибком опору близько 10² в межах температури 343 К, які здатні працювати при струмах до десятка ампер і не виявляють суттєвої деградації після 10⁴ термоциклів. Розроблено схеми та рекомендації з вибору оптимальних параметрів таких критичних терморезисторів для ефективного захисту процесора комп’ютера від перегріву і освітлювальних ламп розжарювання від струму увімкнення.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Ивон А.И., Черненко И.М. Электрокристаллизация расплавов оксидно-ванадиевых соединений, используемых в пороговых переключателях // Письма в ЖТФ. – 1981. – Т. 7, № 2. – С. 108–111.

2. Ивон А.И., Ивон Е.Г., Катков В.Ф., Черненко И.М. Фазовые равновесия в стеклообразующей системе V₂O₅–VOPO₄ // ЖФХ. – 1982. Т. LVI – С. 2866–2867.

3. Ивон А.И., Ивон Е.Г., Черненко И.М. Синтез и ход кристаллизации стекол системы V₂O₅–P₂O₅ // Физика и химия стекла.– 1983. Т. 9, №3– С. 284– 286.

4. Ивон А.И., Катков В.Ф., Черненко И.М. Кристаллизация оксидных ванадиево-фосфатных стекол // Известия АН СССР. Неорганические материалы. – 1983. Т. 19, №3 – С. 503–505.

5. Василенко В.Я., Ивон А.И., Черненко И.М. Электросинтез монокристаллов V₂O₄ в оксидных ванадиево-фосфатных расплавах // Кристаллография. 1983. – Т. 28, №4. – С. 830–831.

6. Ивон А.И., Черненко И.М., Кудзина А.П. Кинетика растворения кристаллов диоксида ванадия в расплаве оксида ванадия (V) // ЖФХ. 1988. Т. 62, №3. – С. 611–616.

7. Ивон А.И., Колбунов В.Р., Черненко И.М. Керамика на основе диоксида ванадия // Неорганические материалы – 1996. – Т. 32, №5.– С. 624–626.

8. Черненко И.М., Ивон А.И. Переключающие и запоминающие элементы электроники на основе диоксида ванадия и оксидных ванадиевых стекол // Вісник Дніпропетровського університету. – 1998. – Т. 2, В. 3. – С. 3–14.

9. Ivon A.I., Kolbunov V.R., Chernenko I.M. Stability of Electrical Properties of Vanadium Dioxide Based Ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. – 1999. –V. 19. – P. 18831888.

10. Ивон А.И., Колбунов В.Р., Черненко И.М. Влияние термоциклирования и последующей термообработки на электропроводность керамики на основе диоксида ванадия // Неорганические материалы – 2000. – Т. 36, № 1. – С. 101 –103.

11. Ивон А.И. Электропроводность неупорядоченной поликристаллической структуры с межкристаллическими барьерами // Вісник Дніпропетровського університету «Фізика, радіоелектроніка» 2000. В. 6. С. 129–135.

12. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Деградация электрических свойств диоксиднованадиевой керамики // Вісник Дніпропетровського університету «Фізика, радіоелектроніка» 2000. В. 6. С. 135–140.

13. Kolbunov V.R., Ivon A.I., Chernenko I.M. Influence of a high conductivity additive on the electrical properties of vanadium dioxide-based ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. – 2003 –V. 23. – P. 14351439.

14. Ivon A.I., Kolbunov V.R., Chernenko I.M. Voltage-current characteristics of vanadium dioxide based ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. – 2003 – V. 23. – P. 2113 –2118.

15. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Полупроводниковая керамика на основе VO₂, содержащая проводящую компоненту // Фотоэлектроника. Одеса: Астропринт. 2003. В. 12. С. 5961.

16. Ивон А.И. Анализ электропроводности керамики на основе VO₂ в рамках теории эффективной среды // Вісник Дніпропетровського Університету «Фізика і радіоелектроніка». 2003. В. 10. С. 160–163.

17. Lavrov R.I., Ivon A.I., Chernenko I.M. Comparative characteristics of silver and copper electrodes on ZnO varistor ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. – 2004 –V. 24, № 9. – P. 25912595.

18. Ивон А.И., Колбунов В.Р., Бубель Т.А., Черненко И.М. Получение кристалллического оксида ванадия (IV) восстановлением оксида ванадия (V) углеродом // Вопросы химии и химической технологии. 2004. № 2. С. 6872.

19. Ивон А.И., Бубель Т.А. Определение содержания кристаллического диоксида ванадия в материалах на его основе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т. 71, № 8. С. 31–35.

20. Ivon A.I., Kolbunov V.R., Chernenko I.M. The influence of temperature hysteresis at metal-semiconductor phase transition on current-voltage characteristic of VO₂-based ceramics // J. Mater. Sci.: Materials in Electronics. 2005. V. 16, № 9. P. 611–615.

21. Андреев А.А., Ивон А.И., Можаровский Л.А. Моделирование защиты электрической цепи от тока включения // Системні технології: Зб. наук. праць. Дніпропетровськ, 2005. В. 6’ (41). С. 39.

22. Ivon A.I., Kolbunov V.R., Chernenko I.M. Conductivity stabilization by metal and oxide additives in ceramics on the basis of VO₂ and glass V₂O₅-P₂O₅ // J. Non-Cryst. Solids. 2005. V. 351, № 46-48. P. 36493654.

23. Kolbunov V.R., Ivon A.I., Chernenko I.M. Conductivity of VO₂-based ceramics // J. Mater. Sci.: Materials in Electronics. 2006 V. 17, № 1. P. 57–62.

24. Ivon A.I., Chernenko I.M., Kolbunov V.R. Phase composition, microstructure and conductivity of (85-)VO₂-15(Vanadium-Phosphate-Glass)-Cu glass-ceramics // J. Non-Cryst. Solids. 2007. V. 353, № 24-25. P. 15211528.

25. Ивон А.И., Кузьменко Е.Н. Использование критических терморезисторов для защиты процессора от перегрева // Системні технології: Зб. наук. праць. Дніпропетровськ, 2007. В. 2’ (49). С. 2532.

26. Ivon A.I., Chernenko I.M., Kolbunov V.R., Mozharovsky L.A. The size effect in current-voltage characteristic of VO₂-based ceramics in the on-state // J. Mater. Sci.: Materials in Electronics. 2007 V. 18, № 10. P. 10091012.

27. Деклараційний пат. 40041А Україна, МКИ C 01 G 31/02. Спосіб одержання діоксиду ванадію: Деклараційний патент 40041А Україна, МКИ C 01 G 31/02 О.І. Івон, І.М. Черненко, В.Р. Колбунов (Україна); Дніпропетровський державний університет. № 99010384; Заявл. 26.01.99; Опубл. 16.07.2001. Бюл. №6. 2 с.

28. Деклараційний патент 40748А Україна, МКИ C 04 В 35/495, H 01 B 01/08. Спосіб одержання напівпровідникової кераміки на основі діоксиду ванадію: Деклараційний патент 40748А Україна, МКИ C 04 В 35/495, H 01 B 01/08 О.І. Івон, В.Р. Колбунов, І.М. Черненко (Україна); Дніпропетровський державний університет. № 99031402; Заявл. 16.03.99; Опубл. 15.08.2001. Бюл. №7. 2 с.

29. Ivon A.I., Chernenko I.M. Threshold switching and electrocrystallization of oxide vanadium glasses // Glass and Fine Ceramics: X National Scientific and Technical Conf. with International Participation. Varna, Bulgaria, 18 – 20 Oct. 1990.Varna, 1990.Vol. 1. – P. 99101.

30. Ivon A.I., Kolbunov V.R., Chernenko I.M. Vanadium dioxide based ceramics // Electroceramics V: International Conf. on Electronic Ceram. & Applications. Aveiro, Portugal, 24 Sept. 1996. Aveiro, 1996. Book 2. P. 569571.

31. Ivon A.I., Kolbunov V.R., Chernenko I.M. Phase transition in VO₂ and stability of VO₂–based ceramics // Euro Ceramics VI: International Conf. of the Europ. Ceram. Society. Brighton, UK, 2024 June 1999. Brighton, 1999. P.103-105.

32. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Влияние электропроводящей добавки на электрические свойства термочувствительной керамики на основе диоксида ванадия // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления “ДАТЧИК-2001”: XIII научно-технич. конфер. с участ. заруб. спец. Судак, 24-31 мая 2001 г.Судак, 2001. С. 116.

33. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Полупроводниковая керамика на основе VO₂, содержащая проводящую компоненту // УНКФН-1: 1-а Українська наук. конф. з фізики напівпровідників (з міжнарод. участю). Одеса, 10 14 верес. 2002 р. Одеса, „Астропринт”, 2002. С. 212213.

34. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Особенности поведения вольтамперных характеристик керамики на основе диоксида ванадия, содержащей высокопроводящую компоненту // Актуальні проблеми фізики напівпровідників: IV міжнарод. школа-конф. Прикарпаття, Дрогобич, 24-27 черв. 2003 р. Дрогобич, Україна, 2003. С. 202.

35. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Влияние термоциклирования на электропроводность керамики (85-y-x)VO₂-xCu-15ВФС-ySnO₂ // Актуальні проблеми фізики напівпровідників: V міжнарод. школа-конф. Прикарпаття, Дрогобич, 27-30 черв. 2005 р. Дрогобич, Україна, 2005. С. 150 – 151.

36. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Гістерезис вольт-амперної характеристики кераміки на основі діоксиду ванадію // Фізика в Україні: Всеукраїнський з’їзд, Одеса, 3-6 жовт. 2005р. Одеса, „Астропринт”, 2005. С. 98.

37. Колбунов В.Р., Ивон А.И., Черненко И.М. Электропроводность стеклокерамики системы VO₂-ВФС-Cu-SnO₂ // Сенсорна електроніка та мікросхемні технології СЕМСЕТ – 2: 2-а Міжнарод. наук.-технич. конф. Одеса, 26-30 черв. 2006 р. Одеса, „Астропринт”, 2006. С. 196.

38. Ивон А.И., Черненко И.М., Колбунов В.Р. Защита осветительных ламп накаливания с помощью критических терморезисторов на основе диоксиднованадиевой стеклокерамики // Електромагнітна сумісність на залізничному транспорті (EMC-R 2007): I Міжнар. наук.-практ. конф. Дніпропетровськ, 24-26 трав. 2007 р. Дніпропетровськ, 2007. С. 67 – 68.

АНОТАЦІЯ

Івон О.І. Склокерамічні матеріали на основі компонента з фазовим переходом метал-напівпровідник. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена синтезу нового класу твердотільних склокерамічних матеріалів на основі компонента з фазовим переходом метал-напівпровідник (ФПМН) – VO₂ та дослідженню їх фазового складу, мікроструктури, електропровідності, вольт-амперних характеристик (ВАХ) та впливу термоциклювання на електрофізичні властивості таких матеріалів. Розроблені нові методи отримання VO₂ і визначення вмісту компонента з ФПМН в гетерогенних матеріалах, визначено оптимальні режими синтезу склокераміки.