ЭИС-исследование оксидного слоя в пористом тантале

封面

如何引用文章

全文:

详细

Электрохимической импедансной спектроскопией изучено влияние потенциала (E) на емкость (С) пористого тантала, покрытого слоем аморфного Ta2O5. Показано, что в широком диапазоне потенциалов наблюдается положительная линейная зависимость 1/С2 от потенциала, значение коэффициента наклона которой может использоваться для контроля оксидного слоя в пористом тантале. Установлено, что трансформация оксидного слоя при отжигах в диапазоне температур 100–700°С существенно влияет на 1/С2(E)-графики. Отжиги при температурах 100–500°С увеличивают концентрацию кислородных вакансий в оксидном слое из-за перехода части кислорода в тантал, что приводит к появлению участков с меньшим коэффициентом наклона по сравнению с исходным образцом. После отжигов при температурах 600 и 700°С в оксидной пленке формируется фаза TaO, что сопровождается значительным возрастанием емкости и ее слабой зависимостью от потенциала из-за появления в оксидной пленке высокой концентрации доноров. Показана перспективность использования 1/С2(E)-зависимостей для контроля оксидного слоя в пористом тантале, что может быть полезно для технологии танталовых конденсаторов.

全文:

Введение

Танталовые конденсаторы являются важным типом электролитических конденсаторов и широко используются на практике. Роль анода в таких конденсаторах выполняет пористая основа из спеченного дисперсного порошка тантала, покрытого изолирующим слоем аморфного оксида тантала Ta2O5. Стабильность работы танталовых конденсаторов определяется состоянием оксидного слоя, для которого характерны неоднородности (механические, химические, кристаллические). Неоднородности оказывают негативное влияние на стабильность конденсаторов, значительно повышая токи утечки и вероятность пробоя. По этой причине необходим простой способ контроля оксидного слоя в танталовых конденсаторах.

Проблему можно решить с помощью электрохимической импедансной спектроскопии (ЭИС), исследуя влияние потенциала на характеристики оксидированного пористого тантала в водном электролите. Сама по себе пористость оказывает существенное влияние на электрохимический импеданс, что связано с неравномерным распределением электрических характеристик в пористой матрице [1–4]. Данные ЭИС используют для исследования геометрических параметров пористых структур и распределения пор по размерам, что отражено в одном из последних обзоров [5]. Особенности электрохимического импеданса пористых танталовых тел рассмотрены в нашей предыдущей работе [6]. Релаксация пористой структуры не зависит существенным образом от потенциала в отличие от границы раздела между полупроводниковым слоем Ta2O5 и электролитом. Для оксидных полупроводников потенциал влияет на емкость области пространственного заряда в соответствие с уравнением Мотта–Шоттки и, как следствие, на емкость границы раздела полупроводник/электролит [7–12]. В случае оксидных пленок исследования зависимости емкостных характеристик от потенциала позволяет определить такие важные характеристики, как тип проводимости, концентрацию носителей заряда (доноров/акцепторов), потенциал плоских зон. На наш взгляд, они могут использоваться для диагностики состояния оксидного слоя в пористых телах.

Цель работы – изучение влияния потенциала на спектры электрохимического импеданса и емкостные характеристики пористого тантала с оксидным слоем аморфного Ta2O5, в том числе после отжига в диапазоне температур 100–700°C; исследование возможности использования этого подхода для контроля оксидного слоя в пористом тантале.

Экспериментальная часть

Исследованы танталовые пористые образцы, имеющие форму прямоугольного параллелепипеда размером 4.45×3.10×1.46 мм (аноды к танталовым конденсаторам), с приваренным танталовым токосъемником. Образцы были получены из танталового порошка, которые спекали при высокой температуре в вакуумной печи [6]. Плотность образцов после спекания составляла 5.0 г/см3, что меньше, чем у тантала (16.65 г/см3), и свидетельствует о высокой пористости образцов. Далее спеченный пористый тантал окисляли электрохимическим способом в водном растворе H3PO4, в результате чего тантал покрывался слоем аморфного Ta2O5. Образцы далее будут обозначаться Ta/Ta2O5. Часовые отжиги Ta/Ta2O5 проводили в атмосфере аргона после предварительного вакуумирования рабочей области печи при температурах (T) от 100 до 700°C (с шагом 100°C). Площадь поверхности образцов исследовали методом БЭТ по четырем точкам при разном парциальном давлении азота на приборе SORBI MS. Поскольку площадь одного образца выходила за пределы измерения, измеряли усредненную площадь поверхности сразу на 10 образцах.

ЭИС-исследования выполнены на потенциостате P-45X со встроенным модулем измерения импеданса (ООО Electrochemical Instruments, г. Черноголовка). Электролитом служил водный раствор сульфата натрия концентрацией 1 моль/л, деаэрированный высокочистым аргоном. Для качественной пропитки электролитом всего порового пространства образцы выдерживали в электролите не менее 16 ч. Измерения проводили в стеклянной ячейке с разделенными пространствами для рабочего, вспомогательного (Pt) и электрода сравнения (Ag/AgCl). Расстояние между образцом и капилляром Луггина составляло 1 мм. Токосъемники изолировали с помощью парафина.

Спектры электрохимического импеданса записывали при различных потенциалах образцов относительно Ag/AgCl электрода сравнения. Предварительные измерения показали, что направление изменения потенциала (E) не оказывает существенного влияния на емкостные характеристики и для достижения стационарного состояния достаточно 5 мин выдержки при заданном потенциале. Амплитуда изменения потенциала при записи спектров составляла ±5 мВ, диапазон частот – от 50 кГц до 100 мГц.

Емкость (С) рассчитывали по формуле:

C=12πfZ'', (1)

где f – частота переменного тока (Гц), – мнимая часть импеданса.

При анализе зависимостей емкостных характеристик от потенциала использовали уравнение Мотта и Шоттки для полупроводников n- и p-типа [7]:

1C2=2εε0A2eNEEfbkTe, (2)

1C2=2εε0A2eNEEfb+kTe, (3)

где С – емкость области пространственного заряда, ε – диэлектрическая проницаемость, ε0 – электрическая постоянная, A – площадь, e – элементарный заряд, N – концентрация носителей заряда, E – потенциал образца. Efb – потенциал плоских зон, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура.

Для проведения исследований методами рентгеновской дифракции и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) использовали образцы после электрохимических измерений, которые измельчали в порошок. Дифракцию измеряли в интервале углов от 10° до 70° на дифрактометре MiniFlex600 (Rigaku) в CoKα-излучении, оценка фазового состава выполнена с использованием программы PHAN% [13]. РФЭспектры измеряли на спектрометре ЭС-2401 с AlKα-возбуждающим излучением (1486.6 эВ). Порошок наносили на углеродный скотч. Полученные спектры обрабатывали с помощью программного обеспечения CasaXPS, полученные спектры калибровали по линии адсорбированных углеводородов с энергией связи 285.0 эВ в C1s-спектрах.

Обсуждение результатов

Влияние потенциала на емкость Ta/Ta2O5

Электронно-микроскопические изображения пористых образцов Ta/Ta2O5 подробно анализируются в нашей предыдущей работе [6]. Средняя толщина оксидного слоя на поверхности спеченных частиц тантала составляет ~100 нм. БЭТ-исследования показали, что усредненная площадь поверхности одного Ta/Ta2O5 составляет 917 см2.

На рис. 1 приведены ЭИС-данные и значения емкости, измеренные при различных потенциалах. Пористость образцов обуславливает появление на () зависимостях при высоких частотах характерного участка с углом наклона относительно оси абсцисс около 45 град (см. вставку) [5]. Далее характерен почти вертикальный ход годографов, что свидетельствует о преимущественно емкостном поведении образцов. Снижение потенциала приводит к падению (рис. 1а) и возрастанию емкости образцов (рис. 1в) в соответствие с уравнением (1). Снижение потенциала также приводит к небольшому возрастанию (рис. 1а) и, как следствие, уменьшению значений фазового угла (рис. 1в), что может быть связано с возрастанием токов утечки [4, 14]. Влияние потенциала на спектры электрохимического импеданса и емкость обусловлено процессами на границах оксид/электролит внутри пористого тантала.

 

Рис. 1. Графики Найквиста (а); зависимость фазового угла (б) и емкости (в) от частоты переменного тока для Ta/Ta2O5 в 1 M Na2SO4 в зависимости от потенциала (потенциалы относительно Ag/AgCl электрода сравнения указаны на рисунках).

 

Анализ Мотта–Шоттки для оксидных пленок на плоских образцах проводят обычно с помощью емкостных характеристик, измеренных при высоких частотах переменного тока, обычно при f=1000 Гц. Предполагается, что емкость области пространственного заряда не зависит от частоты переменного тока. Такой упрощенный подход с произвольным выбором частоты часто критикуется [15–19], поскольку не учитываются различные особенности строения границ раздела оксидного полупроводника и электролита, например, вклад поверхностных состояний, распределение глубоких локализованных донорных уровней в кристаллически разупорядоченном полупроводнике, влияние частоты на диэлектрическую проницаемость. Предпочтительным является использование эквивалентных схем и моделей, учитывающих особенности границы полупроводник/электролит [15–19], чтобы избежать искажений при определении емкости области пространственного заряда и при проведении анализа.

В нашем случае поиск адекватной модели сильно осложняется одновременной релаксацией как границ раздела оксид/электролит, так и пористой структуры. Для пористых тел уменьшение частоты приводит либо к более глубокому проникновению сигнала переменного тока в пору, либо его проникновению в более мелкие поры в зависимости от выбранной модели [1–4]. По этой причине емкость, измеренная даже при достаточно низкой частоте, может относиться не ко всей внутренней поверхности пористого тела. Отсутствие существенного влияния потенциала на ЭИС-результаты и емкость при высоких частотах (рис. 1) может быть обусловлено преимущественной релаксацией пористой структуры образцов.

Рассмотрение осложняется также возможной неоднородностью оксидного слоя в пористой структуре. Например, при подготовке образцов перед спеканием проводилась вакуумная возгонка связующего вещества (камфора) из пористой структуры, и ее эффективность могла быть неодинакова для пор разного диаметра/глубины, что могло привести к неоднородному распределению примесей. Электрохимическое формирование оксида в порах разного размера могло идти по-разному из-за неодинакового массопереноса в них. При ЭИС-измерениях активация более мелких пор или более глубоких стенок пор идет при более низких частотах, поэтому различия в состоянии оксидного слоя в порах разного размера повлияет на результаты, измеренные при разных частотах переменного тока. Для диагностики оксидного слоя в пористых образцах предпочтительнее брать не высокие, а низкие частоты переменного тока, при которых заряжается наибольшая доля поверхности и максимально учитывается возможная неоднородность состава/структуры оксида и электрических характеристик в порах разного размера.

На рис. 2а приведены зависимости 1/С2(E) при различных частотах переменного тока: 0.10, 1.04, 4.24, 10.8 и 112 Гц. Наблюдается близкая к линейной зависимость с положительным коэффициентом наклона, что согласуется с уравнением (2) для полупроводника n-типа. Увеличение частоты переменного тока приводит к уменьшению коэффициента наклона зависимости. Значительно меняется точка пересечения линейной зависимости с осью абсцисс: –1014, –1222, –1896, –4190 и –37870 мВ при 0.1, 1.04, 4.24, 10.8 и 112 Гц, соответственно. В анализе Мотта–Шоттки точка пересечения зависимости с осью абсцисс отвечает потенциалу плоских зон (Efb) полупроводника (см. уравнения (2) и (3)) и является его важной характеристикой. Для пленок Ta2O5 в растворах с нейтральным pH потенциал плоских зон близок к –1000 мВ отн. Ag/AgCl [20, 21], что хорошо согласуется с нашими результатами, полученными при низких частотах. Далее будут анализироваться зависимости 1/С2(E), полученные при f=0.1 Гц.

 

Рис. 2. Графики 1/С2(E) для образца Ta/Ta2O5, измеренные при разных частотах переменного тока (а); графики 1/С2(E) для пяти образцов Ta/Ta2O5 из одной серии, измеренные при f=0.1 Гц (б); те же графики (f=0.1 Гц) после нормировки на емкость при E=600 мВ (в). На рисунках (б) и (в) приведены значения коэффициентов наклона (k) линейных участков.

 

На рис. 2б приведены зависимости 1/С2(E) для пяти образцов одной серии. Линейную регрессию проводили в диапазоне потенциалов от –600 до 600 мВ, поскольку при E>600 мВ и E<–600 мВ наблюдались небольшие отклонения от линейной зависимости. Значения коэффициентов (k) приведены на рисунке. Разброс в величине емкости для образцов при E=600 мВ составлял 0.28–0.32 мФ (~15%), что связано с вариациями площади поверхности, и приводит к заметному разбросу значений коэффициента k. Для учета геометрического фактора проведена нормировка зависимости 1/С2(E) на величину емкости при потенциале E=600 мВ (С/С600). После нормировки (рис. 2в) разброс коэффициентов наклона для разных образцов одной серии значительно уменьшился. Коэффициент нормированной зависимости может использоваться для неразрушающей диагностики оксидного слоя в пористых образцах Ta/Ta2O5. Его аномальное значение, как и необычный вид нормированной зависимости 1/(С/С600)2 от потенциала, может быть признаком аномалий в составе и структуре оксидного слоя.

Влияние термообработок Ta/Ta2O5 на емкостные характеристики

Влияние термообработок на зависимости 1/(С/С600)2 от потенциала образцов изучено в интервале температур от 100 до 700°C (рис. 3а, б). При термической обработке пленок аморфного Ta2O5 на тантале идет так называемое растворение оксида в тантале, обусловленное диффузией атомов кислорода из оксида в металл, которая возможна уже при T=200°C [22]. Обеднение кислородом оксидного слоя приводит к увеличению концентрации кислородных вакансий, что должно сказываться на емкостных характеристиках.

Термообработка при температуре всего 100°C повлияла на зависимость 1/(С/С600)2 от потенциала. Если при средних потенциалах (от –400 до 300 мВ) поведение напоминает исходный образец, то при анодных потенциалах наблюдается уменьшение наклона зависимости, а при катодных потенциалах – его увеличение. После термообработки при T=200°C “средний” участок практически полностью пропадает, наблюдаются только “анодный” и “катодный” участок с меньшим и большим наклоном, соответственно. При дальнейшем увеличении температуры с 200 до 300 и 400°C постепенно уменьшается потенциал угловой точки на графике с 0 до –200 и 500 мВ соответственно.

 

Рис. 3. Нормированные зависимости 1/(C/C600)2 от потенциала для исходного и отожженных Ta/Ta2O5 (а, б); зависимость для емкости (правая ось) при E=600 мВ, f=0.1 Гц и относительной концентрации доноров в оксидной пленке (левая ось) от температуры отжига (в).

 

На рис. 3в приведены значения емкости образцов (f=0.1 Гц) и оценка концентрации носителей заряда в оксидной пленке. Оценку проводили по коэффициентам наклона “анодных” участков зависимостей 1/С2(E) (без нормировки) в соответствие с уравнением (2). Для исходного образца концентрацию доноров приняли за единицу (выбрали образец со средними показателями); предполагали, что диэлектрическая проницаемость (ε) оксида после отжигов не меняется. Расчет абсолютного значения для концентрации носителей не проводили, поскольку точное определение емкости области пространственного заряда для пористых образцов затруднительно. Кроме того, при низких частотах переменного тока точное определение емкости пространственного заряда осложняется сильным влиянием поверхностных состояний и токов утечки [18].

Отжиги при температурах 600 и 700°C приводит к значительному возрастанию емкости по сравнению с исходным образцом. После отжига при T=600°C потенциал очень слабо влияет на емкостные характеристики (рис. 3б). При отрицательных потенциалах появляется небольшой участок (от –500 до –200 мВ) с отрицательным коэффициентом. После отжига при T=700°C влияние потенциала на емкость в анодной области (от 200 до 600 мВ) снова усиливается. При промежуточных потенциалах емкость достигает 14.7 мФ (при –300 мВ), что в пересчете на площадь поверхности образца (данные БЭТ) дает удельное значение ~16 μФ/см2. Это значение согласуется с удельной емкостью слоя Гельмгольца для полупроводниковых электродов 10–20 μФ/см2 [16]. По-видимому, при средних потенциалах рост емкости ограничивается достижением емкости слоя Гельмгольца. При потенциалах от –800 до –400 мВ появляется участок с выраженным отрицательным наклоном зависимости, что может быть признаком формирования в пленке структур с p-типом проводимости. Оценки концентрации носителей показали, что после отжигов 600–700°C они значительно, на 2–3 порядка, возрастают (рис. 3в).

Влияние термообработок Ta/Ta2O5 на структуру и состав оксидного слоя

Дифрактограммы образцов приведены на рис. 4а. На дифрактограмме исходного образца наблюдаются рефлексы тантала 110 и 200. Также есть признаки присутствия небольшой доли кристаллической фазы TaO∙PO4 [ICSD#36–199], которая могла сформироваться при анодном формировании пленки из раствора фосфорной кислоты. Наблюдается широкое и малоинтенсивное гало в интервале углов 25°–45°, которое указывает на наличие рентгеноаморфного оксида Ta2O5. Присутствуют отдельные малоинтенсивные рефлексы от фазы кристаллического оксида Ta2O5 [ICSD#79–1375]. Параметр решетки тантала заметно увеличен, что может свидетельствовать о присутствии в тантале примесных атомов, например, кислорода [23].

 

Рис. 4. Дифрактограммы образцов после отжига при разных температурах (а); зависимость параметра решетки тантала (левая ось), определенная для плоскостей отражения (110) и (200), и ширины линии (110) на половине высоты от температуры отжига образцов (б).

 

Отжиги при температурах 100–400°С не приводят к значительным изменениям фазового состава. Исчезает фаза TaO∙PO4 и немного возрастает интенсивность рефлексов кристаллического оксида Ta2O5. Наблюдается сдвиг линий тантала в сторону меньших углов, что связано с увеличением параметра решетки из-за растворения в нем кислорода (рис. 4б). Растворение кислорода также способствует уширению линии 110. Искажения решетки при внедрении атомов кислорода приводят к тому, что параметры, определенные для разных плоскостей отражения, отличаются. Изменения на дифрактограммах свидетельствуют об увеличении концентрации внедренных атомов кислорода с ростом температуры отжига. В тантале может раствориться до 5 ат. % кислорода, при этом параметр решетки тантала возрастает до ~3.34 Å [23]. Поскольку все отжиги проводились в среде аргона, то насыщение тантала кислородом идет за счет кислорода оксидной пленки, которая, в свою очередь, обедняется кислородом. Полученные результаты согласуются с литературными данными [22].

Качественные изменения фазового состава наблюдаются после отжигов при температурах 500–700°С. Отжиг при T=500°С приводит к формированию субоксида Ta4O [ICSD#15–243] c орторомбической решеткой [24]. После отжига при T=600°С фаза Ta4O исчезает и появляется фаза тетрагонального TaO [ICSD#17–709], после отжига при T=700°С значительно увеличивается интенсивность линий фаз TaO и Ta2O5, при этом ширина линий тантала возрастает, а интенсивность – снижается (рис. 4б).

Таким образом, наблюдается постепенное насыщение тантала кислородом и формирование сначала субоксида (Ta4O), а затем оксида (TaO) на границах тантал/оксид. Температура кристаллизации аморфного Ta2O5 составляет 700°С (рис. 4а), что соответствует литературным данным [25].

В оксидных полупроводниках n-типа роль доноров выполняют кислородные вакансии и межузельные катионы, а изменение их концентрации влияет на емкость области пространственного заряда в соответствии с уравнением (2). Дифракционные исследования показали, что увеличение температуры обработки усиливает перенос части кислорода из оксидной пленки в металл, что должно повышать концентрацию кислородных вакансий и уменьшать наклон зависимости 1/(С/С600)2 от потенциала. По-видимому, именно эти процессы приводят к появлению участка с небольшим коэффициентом наклона при положительных потенциалах для термообработанных образцов и его постепенному расширению при увеличении температуры отжига (рис. 3а). Объяснение второго линейного участка с большим коэффициентом наклона при отрицательных потенциалах с помощью дифракционных данных затруднительно. 1/С2(E) зависимости с двумя участками с разными наклонами описаны в литературе и часто объясняются наличием нескольких донорных уровней в оксидной пленке. Подробное обсуждение похожих зависимостей можно найти в работах [18, 19].

Был проведен анализ тонкого поверхностного слоя (~3 нм) методом РФЭС. Его состав практически не меняется после отжигов вплоть до T=600°С. Спектры Ta4f уровня для некоторых образцов приведены на рис. 5а. Положение основных составляющих с энергией связи ~26.3 эВ (Ta4f7/2) и ~28.2 эВ (Ta4f5/2) соответствует Ta2O5 [26]. Небольшие составляющие (~5%) при ~22.2 эВ (Ta4f7/2) и ~24.1 эВ (Ta4f5/2) можно отнести к металлическому танталу, появление которого связано с измельчением пористого образца перед проведением измерений. При 700°С появляется интенсивная составляющая при ~23.0 эВ (Ta4f7/2) и ~24.8 эВ (Ta4f5/2), которую можно отнести к TaO, что хорошо согласуется с дифракционными данными. На рис. 5б приведено соотношение атомных процентов для Ta5+ и O2–, рассчитанных из интенсивности составляющих в Ta4f и O1s спектрах с энергиями связи ~26.3 эВ и ~530.5 эВ, соответственно.

 

Рис. 5. РФЭ-спектры Ta4f-уровня (а); соотношение атомных концентраций Ta5+/O2– в поверхностном слое образцов, определенных из данных РФЭС (б). На рис. 5а вертикальными линиями отмечены положения линий фазы Ta2O5, остальные линии обозначены символами.

 

Соотношение Ta5+/O2– для термообработанных (100–500°С) образцов получилось ниже, чем для исходного образца, что указывает на более высокую концентрацию O2– в поверхностном слое отожженных образцов по сравнению с исходным образцом. Повышенное количество O2– могло появиться из-за взаимодействия с остаточным кислородом в камере, где проводили термообработку образцов, или хемосорбционного взаимодействия поверхности оксида с электролитом. В отличие от внутренней части пленки, где концентрация кислородных вакансий после отжига растет, в тонком поверхностном слое она уменьшается. Возможно, что эти изменения состава поверхностного слоя являются одной из причин появления участка с большим коэффициентом наклона зависимости 1/(С/С600)2 от E при отрицательных потенциалах (см. рис. 3а, б).

Формирование фазы TaO после отжигов при температурах 600 и 700°С приводит к значительному возрастанию количества кислородных вакансий и емкости (рис. 3в). Кроме того, при этих температурах на зависимостях появляются участки с отрицательным наклоном (рис. 3б), что может быть признаком формированием в оксидной пленке структур с p-типом проводимости. Одной из причин появления p-типа проводимости может быть легирование Ta2O5 атомами азота [21], однако тщательное измерение РФЭ-спектров в области энергий N1s электронов показало отсутствие азота в образцах. На основании имеющихся данных затруднительно определить причину появления участков с отрицательным наклоном на зависимостях 1/(С/С600)2 от потенциала. Этот вопрос требует дальнейших исследований.

Таким образом, ЭИС измерения нормированных зависимостей 1/(С/С600)2 от потенциала является информативным способом контроля оксидного слоя внутри пористого тантала. Подход оказался чувствительным при исследовании трансформации в оксидном слое, особенно, после термообработок образцов при низких температурах.

Заключение

В работе предложена методика неразрушающего контроля состояния оксидного слоя в пористом тантале, заключающаяся в ЭИС измерениях зависимости нормированного емкостного параметра 1/(С/С600)2 от потенциала в водном электролите. Для серии образцов пористого тантала со слоем аморфного Ta2O5 установлено линейное возрастание 1/(С/С600)2 с потенциалом в широком диапазоне. Нормировка на емкость при потенциале 600 мВ позволяет учесть вариации истинной площади поверхности для серии пористых образцов, а коэффициент наклона нормированной зависимости может использоваться для контроля состояния оксидного слоя внутри пористой структуры. Необычное значение этого коэффициента является признаком аномалий в структуре или составе оксидного слоя.

Исследование термически обработанных образцов в диапазоне температур 100–700°С показали большую чувствительность предлагаемого подхода в диагностике состояния оксидного слоя в пористом тантале. Отжиги приводят к увеличению концентрации кислородных вакансий (доноров) в оксидной пленке из-за диффузии кислорода в тантал, что приводит к появлению на зависимостях 1/(С/С600)2 от потенциала участков с меньшим коэффициентом наклона по сравнению с исходным образцом. Особенно значительно концентрация носителей заряда и емкость возрастают после отжигов при температурах 600 и 700°С, когда в оксидной пленке начинает формироваться фаза TaO. Предлагаемая методика может использоваться в технологии танталовых конденсаторов.

Исследования выполнены с использованием оборудования ЦКП “Центр физических и физико-химических методов анализа, исследования свойств и характеристик поверхности, наноструктур, материалов и изделий” УдмФИЦ УрО РАН в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (№ гос. регистрации FUUE-2024-0011). Авторы выражают благодарность с. н. с. А. А. Чулкиной за проведение БЭТ измерений.

×

作者简介

А. Сюгаев

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: syual@udman.ru
俄罗斯联邦, Ижевск

М. Еремина

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: syual@udman.ru
俄罗斯联邦, Ижевск

参考

  1. Song H.-K., Jung Y.-H., Lee K.-H., Dao L.H. // Electrochim. Acta. 1999. V. 44. P. 3513. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(99)00121-8
  2. Song H.-K., Hwang H.-Y., Lee K.-H., Dao L.H. // Electrochim. Acta. 2000. V. 45. P. 2241. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(99)00436-3
  3. Abouelamaiem D.I., He G., Neville T.P. et al. // Electrochim. Acta. 2018. V. 284. P. 597. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.07.190
  4. Syugaev A.V., Zonov R.G., Mikheev K.G. et al. // J. Phys. Chem. Solids. 2023. V. 181. № 111533. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2023.111533
  5. Huang J., Gao Y., Luo J. et al. // J. Electrochem. Soc. 2020. V. 167. № 166503. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abc655
  6. Сюгаев А.В., Порсев В.Е. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2024. Т. 26. № 1. С. 135. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11817 (Syugaev A.V., Porsev V.E. // Condensed Matter and Interphases. 2024, V. 26. № 1. P. 135. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11817)
  7. Toor Ihsan-ul-Haq // J. Electrochem. Soc. 2011. V. 158. P. C391. https://doi.org/10.1149/2.083111jes
  8. Baka O., Bacha O., Redha Khelladi M., Azizi A. // Bull. Mater. Sci. 2023. V. 46. № 84. https://doi.org/10.1007/s12034-023-02915-5
  9. Mibus M., Jensen C., Hu X. et al. // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. № 244103. http://doi.org/10.1063/1.4882656
  10. Daideche K., Azizi A. // J Mater Sci: Mater Electron. 2017. V. 28. P. 8051. http://doi.org/10.1007/s10854-017-6511-8
  11. Levine K.L., Tallman D.E., Bierwagen G.P. // J. Mater. Process. Tech. 2008. V. 199. P. 321. http://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.08.023
  12. Mardare A.I., Ludwig A., Savan A., Hassel A.W. // Sci. Technol. Adv. Mater. 2014. V. 15. № 015006. http://doi.org/10.1088/1468-6996/15/1/015006
  13. Shelekhov E.V., Sviridova T.A. // Met. Sci. Heat Treat. 2000. V. 42. P. 309. http://doi.org/10.1007/BF02471306
  14. Jang J.H., Yoon S., Ka B.H. et al. // J. Electrochem. Soc. 2005. V. 152. P. A1418. https://doi.org/10.1149/1.1931469
  15. Ge H., Tian H., Zhou Y. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. P. 2401. https://doi.org/10.1021/am404743a
  16. Hankin A., Bedoya-Lora F.E., Alexander J.C. et al. // J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. P. 26162. https://doi.org/10.1039/c9ta09569a
  17. Nguyen H.T., Tran T.L., Nguyen D.T. et al. // J. Korean Ceram. Soc. 2018. V. 55. P. 244. https://doi.org/10.4191/kcers.2018.55.3.11
  18. Ла Мантия Ф., Хабазаки X., Сантамария М., Ди Кварто Ф. // Электрохимия. 2010. Т. 46. С. 1395. (La Mantia F., Habazaki H., Santamaria M., Di Quarto F. // Russian J. Electrochem. 2010. V. 46. P. 1306. https://doi.org/10.1134/S102319351011011X)
  19. Di Quarto F., La Mantia F., Santamaria M. // Electrochim. Acta. 2005. V. 50. P. 5090. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.03.065
  20. Deo M., Möllmann A., Haddad J. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 780. https://doi.org/10.3390/nano12050780
  21. Chun W.-J., Ishikawa A., Fujisawa H. et al. // J. Phys. Chem. B. 2003. V. 107. P. 1798. https://doi.org/10.1021/jp027593f
  22. Freeman Y., Lessner P. // IMAPS High Temperature Electronics Network (HiTEN2019). P. 000091. https://doi.org/10.4071/2380-4491.2019.HiTen.000091
  23. Garg S.P., Krishnamurthy N., Awasthi A., Venkatraman M. // J. Phase Equilibria. 1996. V. 17. P. 63. https://doi.org/10.1007/BF02648373
  24. Korshunov A.V, Pustovalov A.V., Morozova T.P., Perevezentseva D.O. // Oxid. Met. 2020. V. 93. P. 301. https://doi.org/10.1007/s11085-020-09957-8
  25. Sethi G., Bontempo B., Furman E. et al. // J. Mater. Res. 2011. V. 26. P. 745. https://doi.org/10.1557/jmr.2010.77
  26. Guo Sheng Moo J., Awaludin Z., Okajima T., Ohsaka T. // J. Solid State Electrochem. 2013. V. 17. P. 3115. https://doi.org/10.1007/s10008-013-2216-y

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Nyquist plots (a); phase angle (b) and capacitance (c) dependence on alternating current frequency for Ta/Ta2O5 in 1 M Na2SO4 depending on the potential (potentials relative to the Ag/AgCl reference electrode are shown in the figures).

下载 (37KB)
3. Fig. 2. 1/C2(E) plots for a Ta/Ta2O5 sample measured at different alternating current frequencies (a); 1/C2(E) plots for five Ta/Ta2O5 samples from the same series measured at f=0.1 Hz (b); the same plots (f=0.1 Hz) after normalization to the capacitance at E=600 mV (c). Figures (b) and (c) show the slope coefficients (k) of the linear sections.

下载 (41KB)
4. Fig. 3. Normalized 1/(C/C600)2 dependences on potential for the initial and annealed Ta/Ta2O5 (a, b); dependence of the capacitance (right axis) at E=600 mV, f=0.1 Hz and the relative concentration of donors in the oxide film (left axis) on the annealing temperature (c).

下载 (43KB)
5. Fig. 4. Diffraction patterns of samples after annealing at different temperatures (a); dependence of the tantalum lattice parameter (left axis), determined for the reflection planes (110) and (200), and the width of the line (110) at half maximum on the annealing temperature of the samples (b).

下载 (52KB)
6. Fig. 5. XPS spectra of the Ta4f level (a); the ratio of atomic concentrations of Ta5+/O2– in the surface layer of the samples, determined from the XPS data (b). In Fig. 5a, the vertical lines mark the positions of the lines of the Ta2O5 phase, the other lines are designated by symbols.

下载 (48KB)

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».