Структурно-допентна модифікація аргіродиту Ag8SnSe6 для елементів резистивної пам’яті

Abstract

Дисертацію присвячено дослідженню фізичних властивостей полікристалів і тонких плівок аргіродиту Ag8SnSe6, фізико-хімічних основ технології їх одержання та створенню резистивно перемикаючих комірок на їх основі. Оптимізовано фізико-хімічні основи одержання полікристалічного Ag8SnSe6 та розроблено ефективну технологію отримання тонких плівок аргіродиту методом селенізації металічної плівки Ag-Sn. Одержані полікристали та тонкі плівки характеризуються орторомбічною структурою просторової групи Pmn21 з близькими за значенням параметрами кристалічної гратки за даними рентгеноструктурного аналізу. Розраховано зонно-енергетичну структуру аргіродиту Ag8SnSe6 та показано генезис утворення зони провідності та валентної зони. Отримано значення ширини забороненої зони 0,75 еВ у наближенні функціоналу локальної густити та 0,66 еВ у методі проекційно приєднаних хвиль. Проведено теоретико-групову класифікацію фононних мод Ag8SnSe6. Показано активність та частоти коливань у спектрах комбінаційного розсіяння та ІЧ-спектрах. Досліджено спектри КРС, у яких спостерігається один пік, що є комбінацією піків при 119,08; 168,43; 200,05 та 216,73 см-1, які відповідають високосиметричним коливанням симетрії A1 та піків при 150,73 та 212,75 см-1, що відповідають коливним модам В1 та В2 відповідно. У спектрах поглинання в інфрачервоному діапазоні край фундаментального оптичного поглинання знаходиться при 1512 нм та відповідає міжзонному переходу з енергією 0,82 еВ. Отримано температурну залежність фотолюмінесценції аргіродиту Ag8SnSe6. Спектри характеризуються одним асиметричним піком, який є комбінацією двох рекомбінаційних піків з максимумами за 0,85 та 0,74 еВ. Створено твердотільну електрохімічну комірку на основі тонких плівок аргіродиту Ag8SnSe6 з активним до іонів Ag+ срібним та блокувальним до них графітовим електродами. Виявлено ефект резистивного перемикання. Проведено імпедансні дослідження комірки та моделювання відповідних процесів електричними еквівалентними схемами. Диссертация посвящена исследованию физических свойств поликристаллов и тонких пленок аргиродита Ag8SnSe6 и физико-химических основ технологии их получения и созданию резистивно переключаемых ячеек на основе аргиродита. Оптимизированы физико-химические основы получения поликристаллического Ag8SnSe6 и разработана эффективная технология получения тонких пленок аргиродита методом селенизации металлической пленки Ag-Sn. Полученные поликристаллы и тонкие пленки характеризуются орторомбической структурой пространственной группы Pmn21 с близкими параметрами кристаллической решетки по данным рентгеноструктурного анализа. Рассчитано зонно-энергетическую структуру аргиродита Ag8SnSe6 и показано генезис образования зоны проводимости и валентной зоны. Получено значение ширины запрещенной зоны 0,75 эВ в приближении функционала локальной плотности и 0,66 эВ в методе проекционно присоединенных волн. Проведена теоретико-групповая классификация фононных мод Ag8SnSe6. Показано активность и частоты колебаний в спектрах комбинационного рассеяния света и ИК-спектрах. Исследованы спектры КРС, в которых наблюдается один пик, что является комбинацией пиков при 119,08; 168,43; 200,05 и 216,73 см-1, которые соответствуют высокосимметричним колебаниям симметрии A1 и пиков при 150,73 и 212,75 см-1, которые отвечают колебательным модам В1 и В2 соответственно. В спектрах поглощения в инфракрасной области край фундаментального оптического поглощения находится при 1512 нм и соответствует межзонному переходу с энергией 0,82 эВ. Показано температурную зависимость фотолюминесценции аргиродита Ag8SnSe6. Спектры характеризуются одним асимметричным пиком, который является комбинацией двух рекомбинационных пиков с максимумами при 0,85 и 0,74 эВ. Создана твердотельная электрохимическая ячейка на основе тонких пленок аргиродита Ag8SnSe6 с активным к ионам Ag+ серебряным и блокирующим к ним графитовым электродами. Установлено наличие эффекта резистивного переключения. Проведены импедансные исследования ячейки и моделирование соответствующих процессов электрическими эквивалентными схемами. The thesis is devoted to the physical properties, physical and chemical technology of synthesis Ag8SnSe6 argyrodite polycrystals and thin films and creation of resistive switching cells based on them. The technology of crystal growth by direct melting of elemental Ag, Sn and Se was improved. It was developed the effective selenization method for synthesis Ag8SnSe6 argyrodite thin films. According to X-ray analysis the polycrystals and thin film characterized by orthorhombic space group Pmn21 with similar lattice parameters. First time calculated energy-band structure of Ag8SnSe6 argyrodite shows the genesis of the conduction and valence bands. Energy band gap obtained by local density functional theory is 0.75 eV. By projector augmented wave method obtained energy band gap value is 0.66 eV. A group-theoretical classification of phonon modes in Ag8SnSe6 argyrodite carried out. Activity and frequency of modes in Raman scattering and IR spectra are presented. Raman scattering spectra shows one peak, which is a combination of peaks at 119,08, 168,43, 200,05, 216,73 cm-1, which correspond to high symmetric mode A1 and peaks at 150,73 and 212,75 см-1, which correspond to modes В1 and В2. In the infrared region of absorption spectra measured fundamental absorption edge of Ag8SnSe6 argyrodite locates at 1512 nm and corresponds to interband electronic transition with the energy band gap of 0.82 eV. First time investigated low temperature photoluminescence of Ag8SnSe6 argyrodite. The spectra are characterized by one asymmetric peak, which consists of two recombination peaks at 0.85 eV and 0.74 eV. Peak at 0.74 eV refer to the donor-acceptor recombination, while the peak at 0.85 eV is associated with radiative recombination between the charges carriers in conduction and valence bands. First time fabricated solid state electrochemical cell based on the Ag8SnSe6 argyrodite thin films with silver (active to Ag+ ions) and blocking (to Ag+ ions) graphite electrodes. In the cell Ag/Ag8SnSe6/C found resistive switching effect by the voltammetry measurement. Fabricated cell characterization by Impedance Spectroscopy is carried out. Electrical equivalent circuit of the cell process is identified.