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Transition-metal oxides for electrical and high frequencies applications
Verbel Márquez, Camilo Andrés
Verbel Márquez, Camilo Andrés
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Abstract
The study focused on investigating the properties of vanadium oxide (V3O5, VO2 and V4O7) thin films deposited via DC magnetron sputtering on SiO2 and SiO2/Si(100) substrates. The research covered structural, electrical, optical, morphological, and mechanical aspects of these materials. Firstly, V3O5 demonstrated intriguing electrical properties, including a phase transition near 420 K with a order of magnitude change in electrical conductivity, studied using the Van der Pauw technique. A planar device of V3O5 exhibited free-electroforming threshold switching and negative differential resistance, possibly due to localized Joule heating effects. Furthermore, Young's modulus of V3O5 was found close to 195 GPa. High-frequency characteristics were determined for the first time in V3O5 in the frequency range from 5 to 35 GHz. The S-parameters showed that the S11 at low temperature was close to -1.5 dB, and the S21 was approximately -50 dB. At high temperature, the S21 to around -40 dB at 35 GHz. For S11 and S22, similar behavior was observed as at low temperature, with a notable change in the Phase of the device. Also, V3O5 was explored in antenna applications, demonstrating frequency-selective behavior at different temperatures. In collaboration with The Australian National University, optical and biometric thermosensitive properties of V3O5 were studied. It revealed that can undergo electrical switching under exposure to different wavelengths, indicating its photoconductive, bolometric properties and suitability for neuromorphic device applications. Lastly, optical properties of V4O7 were investigated using photoinduced ultrafast methods, revealing nonlinear responses in both metallic and insulating phases.
El estudio se centró en investigar las propiedades de pelÃculas delgadas de óxidos de vanadio (V3O5, VO2 y V4O7) depositadas mediante DC magnetrong sputtering en sustratos de SiO2 y SiO2/Si(100). La investigación abarcó aspectos estructurales, eléctricos, ópticos, morfológicos y mecánicos de estos materiales. En primer lugar, V3O5 demostró tener propiedades eléctricas intrigantes, incluyendo una transición de fase cerca de los 420 K con un cambio de un orden de magnitud en la conductividad eléctrica, estudiada mediante la técnica de Van der Pauw. Un dispositivo plano de V3O5 exhibió conmutación de umbral libre de electroformado y resistencia diferencial negativa, posiblemente debido a efectos de calentamiento localizado por efecto Joule. Además, el modulo de Young de V3O5 fue cercano a 195 GPa. La caracterización a altas frecuencias fueron determinadas por primera vez en V3O5 en el rango de frecuencia de 5 a 35 GHz. Los parámetros S mostraron que el S11 a bajas temperaturas estuvo cerca de -1.5 dB y el S21 fue aproximadamente -50 dB. A altas temperaturas el S21 disminuyó a un valor cercano a -40 dB a 35 GHz. Para el S11 y S22, un comportamiento similar fue observado al igual que a bajas temperaturas, con un notable cambio en la fase del dispositivo. También, V3O5 fue explorado en aplicaciones en antenas, demostrando un comportamiento que selecciona la frecuencia a diferentes temperaturas. En colaboración con la Universidad Nacional de Australia se estudiaron las propiedades ópticas y termosensitivas biometrÃcas de V3O5. Estas revelaron que puede experimentar conmutación eléctrica cuando se hace incidir un haz de luz con diferentes longitudes de onda, indicando sus propiedades fotoconductivas, bolométricas e idoniedad para dispositivos en aplicaciones neuromorficas.
El estudio se centró en investigar las propiedades de pelÃculas delgadas de óxidos de vanadio (V3O5, VO2 y V4O7) depositadas mediante DC magnetrong sputtering en sustratos de SiO2 y SiO2/Si(100). La investigación abarcó aspectos estructurales, eléctricos, ópticos, morfológicos y mecánicos de estos materiales. En primer lugar, V3O5 demostró tener propiedades eléctricas intrigantes, incluyendo una transición de fase cerca de los 420 K con un cambio de un orden de magnitud en la conductividad eléctrica, estudiada mediante la técnica de Van der Pauw. Un dispositivo plano de V3O5 exhibió conmutación de umbral libre de electroformado y resistencia diferencial negativa, posiblemente debido a efectos de calentamiento localizado por efecto Joule. Además, el modulo de Young de V3O5 fue cercano a 195 GPa. La caracterización a altas frecuencias fueron determinadas por primera vez en V3O5 en el rango de frecuencia de 5 a 35 GHz. Los parámetros S mostraron que el S11 a bajas temperaturas estuvo cerca de -1.5 dB y el S21 fue aproximadamente -50 dB. A altas temperaturas el S21 disminuyó a un valor cercano a -40 dB a 35 GHz. Para el S11 y S22, un comportamiento similar fue observado al igual que a bajas temperaturas, con un notable cambio en la fase del dispositivo. También, V3O5 fue explorado en aplicaciones en antenas, demostrando un comportamiento que selecciona la frecuencia a diferentes temperaturas. En colaboración con la Universidad Nacional de Australia se estudiaron las propiedades ópticas y termosensitivas biometrÃcas de V3O5. Estas revelaron que puede experimentar conmutación eléctrica cuando se hace incidir un haz de luz con diferentes longitudes de onda, indicando sus propiedades fotoconductivas, bolométricas e idoniedad para dispositivos en aplicaciones neuromorficas.
Description
Date
2024-07-10
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Keywords
Transition-metal oxides, neuromophic devices