Browsing by Author "Kukli, Kaupo, juhendaja"

Now showing 1 - 12 of 12

Aatomkihtsadestatud tahkiskeskkondade varieeruva stabiilsusega takistuslülituslik käitumine
(Tartu Ülikool, 2022) Viskus, Toomas Daniel; Kukli, Kaupo, juhendaja; Merisalu, Joonas, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut
Atomaarse hapniku mõju materjalidele
(Tartu Ülikool, 2024) Aab, Kaisa; Merisaku, Maido, juhendaja; Kukli, Kaupo, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut
Käesolevas töös uuriti atomaarse hapniku mõju neljale erinevat tüüpi materjalile: Kapton (polüimiid), süsinikkiuga tugevdatud polümeer, trükkplaat ja polüetüleenist infrapuna aken. Uuritavaid materjale oli eelnevalt testitud Euroopa kosmoseagentuuri Maa-lähedase orbiidi katsekeskuses (Low Earth Orbit Oxygen facility, LEOX), kus simuleeriti objektide kokkupuudet atomaarse hapnikuga ühe aasta jooksul. Pindade karakteriseerimine viidi läbi skaneeriva elektronmikroskoopia ja energiadispersiivse röntgenmikroanalüüsiga, lainedispersiivse rööntgenfluorestsents-spektroskoopiaga ning infrapunaspektroskoopiaga. Kaptonil, süsinikkuuga tugevdatud polümeeril ja infrapuna akna materjalil täheldati atomaarse hapniku kahjustusi pinnal ning arvatavaks korrosiooniproduktiks võis olla lenduv CO. Infrapuna aknal leiti ka tahkeid korrosiooniprodukte. Trükkplaadi puhul leiti, et metalliline osa oli atomaarse hapniku suhtes vastupidavam kui polümeerne osa.
Atomic layer deposition and microscopic analysis of magnetically and electrically polarizable thin solid films
(2021-07-07) Seemen, Helina; Tamm, Aile, juhendaja; Kukli, Kaupo, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Tehnoloogia kiire areng on olnud võimalik tänu uute materjalide loomisele ja tehnoloogiliste meetodite rakendamisele. Selleks, et see areng elektroonika ja infotehnoloogia valdkonnas ka edaspidi jätkuda saaks, püsib pidevalt vajadus luua uudseid spetsiifiliste omadustega materjale, mida loodavates seadmetes kasutada saaks. Muuhulgas soovitakse saada selliseid õhukesi materjale, mis oleksid oma olemuselt multiferroidsete omadustega. Sellised materjalid on nii ferroelektriliste kui ka ferromagnetiliste omadustega ehk need materjalid polariseeruvad nii välise elektri- kui ka magnetvälja toimel ning on võimelised polarisatsiooni säilitama ka siis kui neile pidevalt välist elektri- või magnetvälja peale ei rakendata. Selliseid materjale soovitakse kasutada muuhulgas uue põlvkonna mäluseadmetes, kuna andmete salvestamiseks ja lugemiseks saaks sellisel juhul kasutada nii elektri kui ka magnetvälja. Sellest tulenevalt sadestati ja karakteriseeriti doktoritöös selliseid uudseid materjalikombinatsioone, mis võiksid olla toatemperatuuril magnetiliselt ja elektriliselt polariseeruvad. Selleks loodi tehislikult aatomkihtsadestamise nimelist meetodit kasutades mitmekihilised õhukesed nanomaterjalid (nanolaminaadid) ja segukihid (ka segukiled) kuhu liideti kokku potentsiaalselt ferromagnetiliste ja ferroelektriliste omadustega materjalid (peamiselt metalloksiidid). Töös kasutati materjalide valmistamiseks aatomkihtsadestamise meetodit, kuna see meetod on laialdaselt kasutuses muuhulgas mikroelektroonika valdkonnas ning võimaldab sadestada kõrge kvaliteedi ja kontrollitava paksusega õhukesi materjale, mida nimetatakse ka tahkiskihtideks. Doktoritööst selgus, et sadestatud materjalide omadused sõltusid lisaks valitud materjalikombinatsioonidele ootuspäraselt nii faasikoostisest kui ka sellest, kas tegu oli kihilise objektiga või segukilega. Oma positiivsete omaduste poolest paistsid silma mitmete metalloksiidide metastabiilsed faasid, mis mõjutasid sadestatud kilede magnetilisi ja elektrilisi omadusi, ning mille domineerimine faasikoostises oli kohati võimalik tänu sellele, et tegu oli kihiliste objektidega. Enamus sadestatud materjalidest näitasid ferromagnetilistele materjalidele omast käitumist polariseerudes välise magnetvälja mõjul ning osad materjalid käitusid ferroelektrilisele materjalile omaselt polariseerudes välise elektrivälja mõjul.
Combined three-dimensional sol-gel structures and atomic layer deposited thin films
(2017-03-01) Part, Marko; Kukli, Kaupo, juhendaja; Tätte, Tanel, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond.
Vedela materjali tahkestamise võimalused on mitmete teiste rakenduste seas omandanud tehnoloogilise tähtsuse kuna nad võimaldab valmistada vedelatest lähteainejugadest tahkeid fiibrilisi kehandeid ehk kiudusid. Käesolevates teesides keskendutakse metallialkoksiidide põhiste vedelikjugade tahkestumisele eesmärgiga sünteesida metalloksiidseid seest õõnsaid fiibreid ehk mikrotorusid. Uuringute põhiobjektiks on 8% üütriumoksiidiga faasistabiliseeritud tsirkooniumi oksiid (8%YSZ), mis on teada-tuntud tehnoloogiline materjal. Sünteesitud materjalid on ligemale 100%liselt tetragonaalses faasis, materjalidel on hea mehaaniline-termiline vastupidavus, kannatades kuumutamist 1000 ˚C ja enam, ning võimaldades näiteks rakenda toru sees 1000 atm ülerõhku. Tulenevalt neist omadustest pakume me torudele välja rea erinevaid rakendusi. Optiline kvaliteet – nanohomogenne materjali struktuur – võimaldab kasutada materjale vastavate lainejuhtidena, näiteks optilise lainejuhtivuse põhiste sensoritena. 8%YSZ torude ioonjuhtivus lubab asuda konstrueerima nende põhiseid ioonmembraanseadmeid, nagu näiteks tahkeoksiidsed kütuselemendid ja gaasisensorid. Teesides on demonstreeritud üksiku toru põhist mikroplasmaseadet, mis võimaldab plasma teket üleatmosfäärirõhulistes tingimustes ja perspektiivis plasmaergastud aktiivsete osakeste suunamist lokaalsesse pinnapunkti. Viimane rakendus võiks olla huvipakkuv näiteks meditsiinis. Keraamiliste mikrotorustruktuuride täiendavaks funktsionaliseerimiseks on näidatud aatomkihtsadestamistehnoloogiate sobilikkust. Magneesiumoksiidkiled sadestati mikrotorude pinnale kasutades β-diketonate tüüpi lähteainet 2,2,6,6-tetramethyl-heptanedionato-3,5magnesium(II). Aatomkihtsadestmine on torude funktsionaliseerimiseks oluline, kuna ta võimaldab torude ühtlast katmist nii seest, kui väljast.
Effect of atomic layer deposition Pparameter alteration on monolayer graphene and resistive switching
(Tartu Ülikool, 2024) Raudonen, Kristina; Kukli, Kaupo, juhendaja; Kahro, Tauno, juhendaja; Tartu Ülikool. Füüsika instituut; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
See töö on pühendatud ühekihilise grafeeni kvalitatiivsele analüüsile ja takistuslülitustele, kui aatomkihi sadestamise parameetreid, nagu temperatuur ja kile koostis muudetakse, lisades protsessile lõõmutamise ja puhvrikihi.
Magnetic, electric and structural properties of atomic layer deposited zirconia-based nanolaminates and mixtures
(2020-07-13) Kalam, Kristjan; Tamm, Aile, juhendaja; Kukli, Kaupo, juhendaja; Kasikov, Aarne, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Doktoritöös kasutati aatomkihtsadestamise meetodit, eesmärgiga valmistada multiferroidne nanoskaalas kile, ehk paarikümne nanomeetri paksune materjalikiht. Multiferroid on selline materjal, mis on üheaegselt nii ferromagnetiline kui ka ferroelektriline, st polariseerub nii välises magnet- kui ka elektriväljas ning on võimeline mõlemat polarisatsiooni säilitama ka välise välja eemaldamisel. Sellist materjali oleks võimalik kasutada uue põlvkonna nanoelektroonikas, näiteks mäluseadmete valmistamiseks. Aatomkihtsadestamise meetod valiti, kuna see on ennast tõestanud, kui üks sobivamaid viise üliõhukeste tahkiskihtide valmistamiseks ühtlase paksuse ja koostisega üle suure pinna. Kirjandusallikate põhjal oli teada, et materjali valmistamine, mis oleks üheaegselt nii ferromagnetiline kui ka ferroelektriline, ei ole lihtne ülesanne. Nimetatud nähtusi on tuvastatud ühe materjali samas faasis ainult ülimadalatel temperatuuridel ja/või suurtes materjalitükkides. Autorile teadaolevalt ei ole multiferroidi suudetud valmistada õhukese materjalikihina ning toimivana ka toatemperatuuril või kõrgemal. Mõlemad nimetatud tingimused on kindlasti tarvilikud, et rääkida võimalikest praktilistest rakendustest. Erinevates ZrO2 sisaldavates kiledes demonstreeriti osa kilede puhul ferromagnetilist hüstereesi ning osa käitus elektriväljas ferroelektrikule sarnaselt. Ühel juhul tuvastati ferromagnetiline ja ferroelektriline polariseeritavus samas kilenäidises. Järeldati, et kuigi traditsioonilisest ferromagnetismist rääkimiseks ei ole nanoskaalas metalloksiidkilede puhul põhjust, siis teatud juhtudel võivad siiski defektid, nagu näiteks hapnikuvakantsid, materjali ferromagnetilist käitumist põhjustada. Kuigi defektid raskendavad ferroelektrilise polarisatsiooni mõõtmist, võib leida nö. tasakaalupunkti piisava hulga defektide vahel, et saavutada ferromagnetiline polarisatsioon ja piisavalt vähese hulga defektide vahel, et ferroelektriline efekt ei jää veel täielikult piirpindadel tekkiva lekkevoolust tingitud polarisatsiooni varju. Autori arvates tuvastati selline olukord, kui defektirohke ferromagnetiline ZrO2 segati vähem defektse materjaliga HfO2, mille puhul võis kirjandusele toetudes oodata ferroelektrilisust.
Magnetiliste metalloksiidkilede ja nende korrusstruktuuride mikroskoopia ja struktuuranalüüs
(Tartu Ülikool, 2017) Seemen, Helina; Tamm, Aile, juhendaja; Kukli, Kaupo, juhendaja; Tartu Ülikool. Füüsika instituut; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Mechanical properties of atomic layer deposited thin films and nanocomposites
(2017-07-10) Jõgiaas, Taivo; Kukli, Kaupo, juhendaja; Tamm, Aile, juhendaja; Hussainova, Irina, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Käesolevas töös kasutati aatomkihtsadestamist koos teiste töövõtetega nano¬struk¬tuursete komposiitide valmistamiseks. Töö käigus valmistati kolme eri¬nevat tüüpi komposiite: kiud- või pulbertäitega ning laminaatsed komposiidid. Saadud materjalidel mõõdeti instrumentaalse nanoindenteerimisega elastsus¬moodulid ja kõvadused. Mõõtmistulemusi analüüsiti kasutades erinevaid teo¬reetilisi mudeleid. Katsed näitasid, et tõenäoliselt on kõige lihtsam valmistada laminaat¬struk¬tuuriga komposiite, mille korral ettevalmistused olid lihtsamad ja lisatöövõtteid kompaktse näidise saamiseks ei olnud vaja kasutada. Ülejäänud tüüpi struk¬tuuride korral on tõenäoliselt vaja lisauuringuid ja optimeerimist parimate tule¬muste saavutamiseks. Elastsusmoodulite mõõtmine näitas, et aatomkihtsadestatud kiled ei ole väga jäigad. Näiteks oli amorfse Al2O3 moodul umbes 3 korda väiksem korundi-tüüpi Al2O3-st (≈110 GPa vs ≈340 GPa). HfO2, Ta2O5, ZrO2 moodulid olid samuti väiksemad makroskoopiliste objektidega võrreldes. Komposiitsetel laminaatidel jäid elastsusmoodulid puhaste oksiidide moo¬dulite väärtuste vahepeale, välja arvatud ZrO2-Ta2O5 nanolaminaatide korral, milledel olid elastsumoodulid suuremad võrreldes puhaste koostisoksiididega. Nähtuse täpsed põhjused on veel välja selgitamata. Kõvaduse poolest olid puhtad Al2O3 ja HfO2 peaaegu 2 korda kõvemad klaasist alusest (vastavalt 11–12 GPa ja 6,7 GPa). Tsirkoonium- ja tantaaloksiid olid klaasile lähedase kõvadusega (≈7 GPa). Tulemustest saab järeldada, et ALD kiled on suhteliselt kõvad materjalid ja neid saaks sobitada erinevate materjalide elastsusmoodulitega kasutades erine¬vaid komposiitseid kooslusi. Viimane võib olla kasulik näiteks juhul, kui soovi¬takse kasutada ALD kilesid metallide või sulamite kaitsmiseks (nt korrosiooni¬kaitse). Samuti võimaldaks ALD kilede kasutamine muuta materjalide pindade mehaanilisi omadusi, mis võib olla vajalik näiteks mikro- või nanoelektor¬mehaaniliste seadmete (NEMS/MEMS) korral.
Mechanical properties of nanocomposites with artificial periodic structure
(2024-07-12) Piirsoo, Helle-Mai; Tamm, Aile, juhendaja; Jõgiaas, Taivo, juhendaja; Kukli, Kaupo, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Mikroelektromehaanilised süsteemid (MEMS) on vajalikud komponendid elektroonikaseadmetes nagu nutitelefonid ja nutikellad. MEMS-andurid ja -täiturid koosnevad mikrostruktuuridest ja nanomaterjalidest, mis peavad mehaaniliselt vastu pidama deformatsioonile ja kulumisele. Antud töö raames uuriti, kuidas on võimalik mõjutada nanomaterjali mehaanilisi omadusi luues kihilise struktuuriga nanokomposiite, edasise võimaliku perspektiiviga hakata uurima ka nende funktsionaalsust MEMS-seadmetes. Valmistati kahe – ja kolmekihilised üksikutest Al₂O₃ ja Ta₂O₅ komponentkihtidest koosnevad õhukesed tahkiskiled. Kasutati aatomkihtsadestamise meetodit, mis võimaldas täpselt kontrollida Al₂O₃ ja Ta₂O₅ kihtide paksusi 70 nm kogupaksusega komposiitkiledes. Komponentkihtide paksus ja sadestamise järjekord mõjutasid komposiitkile mehaanilist kõvadust, mis korreleerub materjali kulumiskindlusega. Uurimistöö jooksul sadestatud komposiitkiled kõvenesid veelgi peale lõõmutamist Ta₂O₅ kihtide kristalliseerumise järel. Mehaanilisi omadusi mõjutas kristalliseerumiseks kasutatud temperatuur, 700 ja 800 ºC, ja kristalliitide orientatsioon. Orientatsioon sõltus samuti komponentkihtide paksusest ja järjekorrast. Teiste uuritud ja sadestatud materjalikihtide kohta saab öelda, et ainult 20 nm kogupaksustega kahekihiliste SnO₂/ZrO₂ komposiitkilede kõvadus ja elastsusmoodul, mis kirjeldab materjali vastupidavust deformatsioonile, sõltusid oluliselt kihtide sadestamise järjekorrast. Al₂O₃ lisamisel ZrO₂ kilesse tihendati ZrO₂ struktuuri, kõvendades materjali. Al₂O₃ kihtide sadestamisel polükristallilisele grafeenile kompenseeriti grafeeniliblede vahelisi joondefekte, parandades süsinikkihi pidevust ja mehhaanilist elastsust. Uuringud näitasid, et õhukeste oksiidkilede mehaanilisi omadusi on võimalik mõjutada kunstliku perioodilise kihilise struktuuriga. Mehaaniliselt vastupidavate komposiitkilede väljatöötamine võiks võimaldada arendada vastupidavamaid, võimsamaid ja väiksemaid MEMS seadeldisi.
Memristorstruktuurid erineva jäikusega alustel
(Tartu Ülikool, 2024) Urb, Lii; Kukli, Kaupo, juhendaja; Kahro, Tauno, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut
Uurimistöö on suunatud memristorstruktuuride valmistamisele erineva jäikusega alustele ning seejärel erinevate karakteriseerimismeetoditega struktuuri osade karakteriseerimine. Lisaks sellele analüüsiti erinevatest metallidest elektroodide mõju memristorstruktuurile ja elektroodi adhesiooni erinevatest materjalidest alustega. Memristorstruktuuri takistuslülituslike omaduste karakteeriseerimiseks viidi läbi elektrilised mõõtmised. Viimased elektrilised mõõtmised viiakse läbi hiljem.
Resistive switching in HfO2 - TiO2 thin films
(Tartu Ülikool, 2024) Viskus, Toomas Daniel; Kukli, Kaupo, juhendaja; Merisalu, Joonas, juhendaja; Tartu Ülikool. Füüsika instituut; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Käesolevas töös uuriti takistuslülitusnähtust objektides, kus 9.1–24 nm paksused HfO2:TiO2 kiled sadestati RuO2 alumisele elektroodile. Pealmised Pt punktelektroodid sadestati läbi füüsilise maski elektronkiiraurustus-meetodiga ja alumine RuO2 elektrood sadestati keemilise aurufaassadestus-meetodiga erineva HfO2/TiO2 suhtega kile jaoks valmistati kahe erineva paksusega objekti ning iga objekti jaoks tehti ka lõõmutatud teisikeksemplar. Röntgendifraktsioon analüüs näitas, et madala HfO2/TiO2 suhtega objektides esinesid tugevad TiO2 rutiili faasi refleksid ja kõrge HfO2/TiO2 suhtega objektides esinesid tugevad HfO2 monokliinse faasi refleksid. Vahepealsetes HfO2/TiO2 suhtega objektides oli näha sarnasusi HfTiO4 ortorombilise faasiga. Esmaste volt-amper kõverate mõõtmistel esines takistuslülitusnähtus 24 objektis kuigi, lülitumisparameetrid varieerusid märgatavalt objektide vahel. Kõige paremini lülituvad, kõige eristuvamaid, objekte uuriti põhjalikumalt. Objektidel esinesid ka head vastupidavus omadused. Neilt oli võimalik mõõta kuni 3000 takistuslülitustsüklit, kus mäluakna väärtus (madala ja kõrge takistusega olekute voolude suhe) oli üle 10. Objektidel esinesid ka suurepärased püsivusomadused, pidades vastu 6 tunni pikkuseid mõõtmisi nii toatemperatuuril kui ka 110 °C juures. Kõige vastupidavam objekt pidas 140 °C juures vastu 6 tundi. Lisaks sellele näidati, et objektidele rakendatava pinge pulsipikkuse muutmine avaldas märgatavat mõju takistuslülitmisele. Käesolevatöö põhjal võib öelda, et RuO2 alumise elektroodiga ja Pt pealmise elektroodiga HfO2:TiO2 kiled on lubavad mälumaterjali kanditaadid.
Resistive switching in memristor structures with multilayer dielectrics
(2024-07-09) Merisalu, Joonas; Aarik, Jaan, juhendaja; Kukli, Kaupo, juhendaja; Tamm, Aile, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Tänapäevane elektroonika, arvutid ja arvutisüsteemid on läbi teinud meeletu arengu. Toasuurusest arvutist on saanud käekella asendav nutiseade. Kõige suurema panuse kõnealusesse progressi on andnud teadusuuringute tulemuste kiire rakendamine. Näiteks operatiivmälu, mida kasutavad arvutiseadmed protsesside kiireks täitmiseks kui ka FLASH mälu andmekandjates põhineb elektrilaengu säilitamisel. Need tehnoloogiad ise pärinevad sisuliselt eelmise sajandi kuuekümnendatest ja seitsmekümnendatest aastatest, kuid meeletult suure mälumahu kättesaadavuse on taganud nende seadmete füüsiliste mõõtmete vähendamine, mis on põhinenud materjaliteaduse alasel teadus- ja arendustööl. Paraku näitavad viimased teadusuuringud, et infosalvestusseadmete mälumahu edasine suurendamine muutub üha keerukamaks, aeganõudvamaks ja kulukamaks. Selles valguses on teadlased üha enam pööranud tähelepanu uute mälutehnoloogiate arendamisele. Takistusmälu, mälutakisti ehk memristor on üks nendest potentsiaalsetest uudsetest mälutehnoloogiatest, mis ei põhine enam elektrilaengu säilitamisel, vaid materjali takistuse muutmisel. Erilist tähelepanu väärib asjaolu, et see nähtus leiab aset nanomaailmas, võimaldades luua veelgi väiksemate mõõtmete ja suurema mahuga elektroonilisi mälusid. Kuna memristorides toimuvad takistuslülitused leiavad aset väikesemõõtmelistes keskkondades, on nende täielik mõistmine, kontrollimine ning uurimine seni veel äärmiselt keerukas. Hoolimata sellest, et pooljuhtide tööstus on juba alustanud takistuslülitusel põhinevate mäluseadiste tootmist, vajab selle tehnoloogia suuremahuline rakendamine ja tootmine veel täiendavat teadusmahukat uurimist. Käesoleva töö raames valmistati ja uuriti tänapäeva arvutikiipides kasutatavatest materjalidest valmistatud memristorstruktuure ja nende sobivust kasutamiseks uue põlvkonna mäluseadistes. Töö tulemusena näidati, kuidas hoolikas materjalide kombineerimine võimaldab varieerida ja optimeerida memristorite erinevaid omadusi.