Optické a elektrické vlastnosti V2O3 pro kryogenní aplikace

Abstract

Oxidy vanadu patří mezi materiály, jejichž vlastnosti lze měnit pomocí vnějších vlivů. Vpřípadě V2O3 dochází při ochlazení pod teplotu přibližně 160 K (113 °C) ke změně optických a elektrických vlastností, přičemž materiál přechází z kovu na izolant. Tato změna je vratná a lze ji využít v technologických aplikacích, jako jsou neuromorfní výpočetní technika, rezistivní paměti nebo teplotní senzory. Výroba těchto zařízení prakticky vždy vyžaduje mimo jiné také schopnost přípravy kvalitních tenkých vrstev tohoto materiálu. Předmětem této práce je proto prozkoumání vlivu parametrů pulzní laserové depozice na kvalitu výsledné tenké vrstvy. Nadeponované vrstvy byly charakterizovány z hlediska stechiometrie rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií a z hlediska krystalové struktury rentgenovou difrakcí. Následně byla na vrstvě s nejlepšími charakteristikami provedena teplotně závislá optická a elektrická měření v kryostatu. Nalezené optimální parametry mohou být využity při výrobě složitějších zařízení nebo jako výchozí hodnoty pro další optimalizaci výrobního procesu.

Vanadium oxides are materials whose properties can be altered by external stimuli. V2O3, in particular, when cooled below approximately 160 K (113 °C), undergoes significant change of the optical and electrical properties, accompanied by metal-to-insulator transition. This change is reversible and can be used in technological applications such as neuromorphic computing, resistive memories or temperature sensors. Development of these devices virtually always requires, among other things, the ability to prepare hiqh-quality thin layers of this material. The subject of this thesis is therefore to investigate the influence of parameters of pulsed laser deposition technique on the quality of the resulting thin films. The deposited layers were characterized for stoichiometry using X-ray photoelectron spectroscopy and for crystallographic structure by X-ray diffraction. Temperature-dependent optical and electrical measurements were then performed in a cryostat on the film exhibiting the most favourable characteristics. The optimal deposition parameters identified in this work provide a foundation for the fabrication of more complex devices or offer a starting point for further refinement of the process.