Вплив дифузії рутенію на електричні властивості товстоплівочних резисторів

  • Авазбек Т. Дехконов Національний університет Узбекистану імені Мірзо Улугбека, Ташкент, Узбекистан https://orcid.org/0009-0000-8507-2617
  • Гульмурза Абдурахманов Національний університет Узбекистану імені Мірзо Улугбека, Ташкент, Узбекистан https://orcid.org/0000-0002-0656-1859
  • Мухріддін Е. Турсунов Національний університет Узбекистану імені Мірзо Улугбека, Ташкент, Узбекистан https://orcid.org/0009-0005-6356-7252
  • Шохзод М. Норбеков Ташкентський інститут управління та економіки, Ташкент, Узбекистан; Алмаликська філія Ташкентського державного технічного університету, Алмалик, Ташкентська область, Узбекистан https://orcid.org/0000-0001-8204-6923
  • Ділноза Г. Ташмухамедова Ташкентський державний технічний університет імені Іслома Карімова, Ташкент, Узбекистан https://orcid.org/0000-0001-5813-7518
  • Гульбахор Вохідова Недержавний навчальний центр «Альфаком», Ташкент, Узбекистан
  • Діб'я Пракаш Рай Кафедра фізики, Університет Мізорам, Айзавл, Індія https://orcid.org/0000-0002-3803-8923
  • Уммат А. Асроров Національний педагогічний університет Узбекистану імені Нізамі, Ташкент, Узбекистан; Національний університет Узбекистану імені Мірзо Улугбека, Ташкент, Узбекистан https://orcid.org/0009-0009-6800-7392
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-38
Ключові слова: скошений зразок, дифузійний шар, коефіцієнт дифузії, розподіл опору, дифузійний профіль

Анотація

Профіль дифузії RuO2 у силікатне скло та розподіл електричного опору по дифузійному шару досліджували методом скошеного зразка та енергетично-дисперсійної спектроскопії. Розподіл вмісту атомів Ru в дифузійному шарі описується erfc(x), що означає, що коефіцієнт дифузії не залежить від вмісту атомів Ru. Кореляція розподілу вмісту атомів Ru та розподілу опору в дифузійному шарі показала, що саме дифузійне легування скла відповідає за провідність товстоплівкових резисторів. Товщина дифузійного шару становить понад 100 мкм, а середня відстань між частинками RuO2 становить близько 0,5-2 мкм. Це означає, що весь об'єм товстоплівкового резистора стає провідним в процесі випалу при 850°C протягом 10 хвилин.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

R.W. Vest, “Conduction mechanisms in the thick film microcircuits,” in: Final Technical Report, (Purdue university, US, 1975). https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA024825.pdf

G.E. Pike, and C.H. Seager, “Electrical properties and conduction mechanisms of Ru-based thick-film (cermet) resistors,” J. Appl. Phys. 48(12), 5152 (1977). https://doi.org/10.1063/1.323595

D.P.H. Smith, and J.C. Anderson, “Electron conduction in thick film resistors,” Thin Solid Films. 71, 79-89 (1980). https://doi.org/10.1016/0040-6090(80)90186-8

A. Kubovy, “Model of electric conductivity of thick-film resistors. Part III. Temperature Dependence of Sheet Resistivity,” Ceramics – Silikaty, 39(1), l-40 (l995). https://www2.irsm.cas.cz/materialy/cs_content/1995/Kubovy_CS_1995_0000.pdf

F. Forlani, and M. Prudenziati, “Electrical Conduction by Percolation in Thick-Film Resistors,” Electrocomponent Science and Technology, 3, 77-83 (1976). http://dx.doi.org/10.1155/APEC.3.77

B. Morten, M. Prudenziati, M. Sacchi, and F. Sirotti, “Phase transitions in Ru based thick-film (cermet) resistors,” J. Appl. Phys. 83, 2267 (1988). https://doi.org/10.1063/1.341119

C. Grimaldi, T. Maeder, P. Ryser, and S. Strässler, “A model of transport nonuniversality in thick-film resistors,” Appl. Phys. Lett. 83, 189–191 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1590733

R. Pflieger, M. Malki, Y. Guari, J. Larionova, and A. Grandjean, “Electrical Conductivity of RuO2–Borosilicate Glasses: Effect of the Synthesis Route,” J. American Ceramic Society, 92(7), 1560-1566 (2009). https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03088.x

R.M. Hill, “Electrical transport in thick film resistors,” Electrocomp. Sci. Technology 6, 141-145 (1980). http://dx.doi.org/10.1155/APEC.6.141

KSRC. Murthy, “Evolution of conduction mechanism in thick film resistors,” Int. J. Adv. Res. 7(4), 238-256 (2019). https://doi.org/10.21474/IJAR01/8811

M. Prudenziati, and J. Hormadaly, editors, Printed Films – Materials science and applications in sensors, electronics and photonics, (Woodhead Publishing, Cambridge, 2012).

K. Flachbart, V. Pavlík, N. Tomašovičová, C.J. Adkins, M. Somora, J. Leib, and G. Eska, “Conduction Mechanism in RuO2-Based Thick Films,” Phys. Stat. Sol. (b), 205, 399-404 (1998). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3951(199801)205:1<399::AID-PSSB399>3.0.CO;2-X

K. Bobran, A. Kusy, A. Stadler, and G. Wilczyński, “Conduction in RuO2-based thick films,” Int. J. Electronics, 78 (1), 113 119 (1995). https://doi.org/10.1080/00207219508926143

A. Kusy, A.W. Stadler, K. Mleczko, D. Zak, S. Pawlowski, P. Szałański1, Z. Zawiślak, et al., “Metal-insulator transition in nanocomposites of glass and RuO2,” Ann. Phys. (Leipzig), 8(5), 507–510 (1999). https://kpe.prz.edu.pl/fcp/HGBUKOQtTKlQhbx08SlkTUgZCUWRuHQwFDBoIVURNWH9UFVZpCFghUHcKVigEQUw/120/public/publikacje_naukowe/akusy_etal_ann_phys.pdf

J.M. Himelick, “Conduction mechanisms in thick film resistors,” PhD Thesis, Purdue University, Purdue, 1980), https://docs.lib.purdue.edu/dissertations/AAI8027287/

G. Abdurakhmanov, and N. Abdurakhmanova, “High Temperature Anomalies in Resistivity and Thermoelectric Power of Thick Film Resistors,” Phys. Stat. Sol. (a), 202(9), 1799-1802 (2005). https://doi.org/10.1002/pssa.200420036

G. Abdurakhmanov, “On the Conduction Mechanism of Silicate Glass Doped by Oxide Compounds of Ruthenium (Thick Film Resistors). 3. The minimum of temperature dependence of resistivity,” WJCMP. 4(3), 166-178 (2014). http://dx.doi.org/10.4236/wjcmp.2014.43021

G. Abdurakhmanov, “Peculiarities of the structure and transport properties of alkaline-free lead-silicate glasses doped by metal oxides.” D.Sc. thesis, National University of Uzbekistan, Tashkent, Uzbekistan, 2014. https://www.researchgate.net/publication/320465308_Peculiarities_of_the_Structure_and_Transport_Properties_of_Alkaline-Free_Lead-Silicate_Glasses_Doped_by_Metal_Oxides

W.A. Bachmann, and P.A. Hale, USA patent no. US005347226A, “Array spreading resistance probe (ASRP) method for profile extraction from semiconductor chips of cellular construction,” (16 November, 1992). https://patents.google.com/patent/US5347226A/en

ASTM F 525 – 00a Standard Test Method for Measuring Resistivity of Silicon Wafers Using a Spreading Resistance Probe https://store.astm.org/f0525-00a.html

P. Palanisamy, D.H.R. Sarma, and R.W. Vest, “Solubility of Ruthenium Dioxide in Lead Borosilicate Glasses,” J. American Ceramic Society, 72(9), 1755-1756 (1989). https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1989.tb06321.x

A. Prabhu, G.L. Fuller, and R.W. Vest, “Solubility of RuO2 in a Pb Borosilicate Glass,” J. American Ceramic Society, 57(9), 408-409 (1974). https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1974.tb11425.x

G. Abdurakhmanov, “On the Conduction Mechanism of Silicate Glass Doped by Oxide Compounds of Ruthenium (Thick Film Resistors). 1. Diffusion and percolation levels,” WJCMP, 1, 19-23 (2011). http://dx.doi.org/10.4236/wjcmp.2011.12004

K. Flachbart, V. Pavlk, N. Tomašovičová, C.J. Adkins, M. Somora, J. Leib, and G. Eska, “Conduction Mechanism in RuO2-Based Thick Films, Physica Status Solidi (B), 205(1), 399-404 (1998). https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3951(199801)205:1<399::AID-PSSB399>3.0.CO;2-X

A. Borisov, and K. Nachtweyh, “Ru solubility in silicate melts: experimental results in oxidizing region,” Lunar and Planetary Science XXIX. www.lpi.usra.edu/meetings/LPSC98/pdf/1320.pdf

U. Backman, M. Lipponen, R. Zilliacus, A. Auvinen, and J. Jokiniemi, “Ruthenium behaviour in severe nuclear accident conditions - progress report,” (2004). http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/031/36031958.pdf

V. Laurenz, R.O.C. Fonseca, C. Ballhaus, K.P. Jochum, A. Heuser, and P.J. Sylvester, “The solubility of palladium and ruthenium in picritic melts: 2. The effect of sulfur,” Geochimica et Cosmochimica Acta, 108, 172–183 (2013). http://dx.doi.org/10.1016/j.gca.2013.01.013

H. Mehrer, Diffusion in Solids, Ch. 30. (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2007). http://doi.org:10.1007/978-3-540-71488-0

U.A. Asrorov. Polyacrylamide’s rheological and physicochemical properties: analysis and applications, East European Journal of Physics, 4. 413-418, 2024, ISSN 2312-4334 https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-48.

G. Abdurakhmanov, “Electrical conduction in doped silicate glass (thick film resistors),” in: New Insights into Physical Sciences, vol. 4, (Book Publishers International, London-Hooghly, 2020), pp. 47-71. https://doi.org/10.9734/bpi/nips/v4

M. Totokawa, S. Yamashita, K. Morikawa, Y. Mitsuoka, T. Tani, and H. Makino, “Microanalyses on the RuO2 Particle–Glass Matrix Interface in Thick-Film Resistors with Piezoresistive Effects,” International J. Appl. Ceramic Technology, 6(2), 195-204 (2009). https://doi.org/10.1111/j.1744-7402.2008.02325.x

M. Totokawa, T. Tani, M. Yoshimura, S. Yamashita, K. Morikawa, Y. Mitsuoka, and T. Nonaka, “Chemical and Piezoresistive Microanalyses at the Interface of RuO2-Glass Diffusion Pairs,” J. American Ceramic Society, 93, 481-487 (2010). http://dx.doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03403.x

M. Totokawa, T. Tani, H. Azuma, A. Takeichi, and R. Asahi, “Transport and Piezoresistive Characteristics of Ruthenium-Doped Bismuth–Borosilicate Glass Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition,” J. Am. Ceram. Soc. 93(10), 3312–3318 (2010). https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03844.x

O. Abe, and Y. Taketa, “Electrical conduction in thick film resistors,” J. Phys. D: Appl. Phys. 24(7), 1163-1171 (1991). http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/24/7/022

O. Abe, Y. Taketa, and M. Haradome, “Microstructure and Electrical Conduction in RuO2 Thick-Film Resistors,” Electrical Engineering in Japan, 110(1), 21-30 (1990). https://doi.org/10.1541/ieejfms1972.109.111

C. Ferrero, “Proposed theoretical models for thick film transport mechanisms: example of thick film strain gauges on enamelled steels,” 2022. pp. 51. https://www.researchgate.net/publication/358042608

F. Johnson, G.M. Crosbie, and W.T. Donlon, “The effect of processing conditions on resistivity and microstructure of ruthenate-based thick film resistors,” J. Mater. Sci. Materials in Electron. 8, 29-37 (1997). http://dx.doi.org/10.1023/A:1018596719229

S. Vionnet-Menot, PhD Thesis, “Low firing temperature thick-film piezoresistive composites – properties and conduction mechanism,” Lausanne, EPFL, 2005. https://infoscience.epfl.ch/bitstreams/db5e401d-b3bd-4284-b8c2-9ca034855b10/download

S. Vionnet-Menot, C. Grimaldi, T. Maeder, S. Strässler, and P. Ryser, “Tunneling-percolation origin of nonuniversality: theory and experiments,” Phys. Rev. B, 71, 064201 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.064201

A.N. Lopanov, N.S. Lozinskyy, and Ya. A. Moroz, “Chemical processes accompanying the formation of modified ruthenium resistors and their functional properties,” Russian Chemical Bulletin, International Edition, 69(9), 1724-1730 (2020). https://link.springer.com/article/10.1007/s11172-020-2955-8

M, Wen, X, Guan, H, Li, and J. Ou, “Temperature characteristics of thick-film resistors and its applications a strain sensor with low temperature-sensitivity,” Sensors and Actuators A, 301, 111779 (2020). https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.111779

Опубліковано
2025-09-08
Цитовано
Як цитувати
Дехконов, А. Т., Абдурахманов, Г., Турсунов, М. Е., Норбеков, Ш. М., Ташмухамедова, Д. Г., Вохідова, Г., Рай, Д. П., & Асроров, У. А. (2025). Вплив дифузії рутенію на електричні властивості товстоплівочних резисторів. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 375-381. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-38
Номер
№ 3 (2025): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2025 Авазбек Т. Дехконов, Гульмурза Абдурахманов, Мухріддін Е. Турсунов, Шохзод М. Норбеков, Ділноза Г. Ташмухамедова, Гульбахор Вохідова, Діб'я Пракаш Рай

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).