ЭИС-исследование оксидного слоя в пористом тантале

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Сюгаев

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: syual@udman.ru
Россия, Ижевск

М. А. Еремина

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: syual@udman.ru
Россия, Ижевск

Список литературы

  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

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. 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).

Скачать (37KB)
Метаданные
3. 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.

Скачать (41KB)
Метаданные
4. 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).

Скачать (43KB)
Метаданные
5. 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).

Скачать (52KB)
Метаданные
6. 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.

Скачать (48KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024