Заключение диссертационного совета (Влияние интерфейсных напряжений на свойства наноразмерных мультислойных структур на основе сложных оксидов и полупроводников при создании устройств микро- и наноэлектроники)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА Д 212.131.02 НА БАЗЕ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИРЭА МИНОБРНАУКИ РОССИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА НАУК

аттестационное дело № __________________

решение диссертационного совета от 24.10.2017 №83

О присуждении Бурякову Арсению Михайловичу ученой степени кандидата физико-математических наук.

Диссертация "Влияние интерфейсных напряжений на свойства наноразмерных мультислойных структур на основе сложных оксидов и полупроводников (и их использование) при создании устройств микро- и наноэлектроники" в виде рукописи

по специальности 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах выполнена на кафедре наноэлектроники МИРЭА принята к защите «20» июля 2017 года, протокол №78 диссертационным советом Д 212.131.02 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА, Минобрнауки РФ, Москва, 119454, проспект Вернадского, 78. Состав диссертационного совета утвержден в количестве 29 человек 11.04.2012 (№105/нк) с учетом внесенных изменений (приказ от 22.08.2012 №579/нк и приказ от 10.07.2015 № 770/нк).

Соискатель Буряков Арсений Михайлович 1989 года рождения, гражданин Российской Федерации. Выпускник 2012 года кафедры «Физика конденсированного состояния» факультета электроники «Московского технологического университета» - МИРЭА, по специальности «нанотехнология в электронике». С 2009 года по настоящее время является сотрудником специализированной учебно-научной лаборатории фемтосекундной оптики для нанотехнологий на кафедре наноэлектроники в должности младшего научного сотрудника. Начиная с 2014 года дополнительно работает в специализированной учебно-научной лаборатории сверхбыстрой динамики ферроиков.

Обучался в аспирантуре федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА в период с 01.10.2012 по 30.09.2016. Диссертация выполнена на кафедре наноэлектроники физико-технологического института Московского Технологического Университета.

Научный руководитель – Мишина Елена Дмитриевна, доктор физико-математических наук, профессор, профессор МИРЭА, заведующая учебно-научной лабораторией фемтосекундной оптики для нанотехнологий МИРЭА.

Официальные оппоненты:

1. Мурзина Татьяна Владимировна, гражданин РФ, доктор физико-математических, доцент Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

2. Букин Владимир Валентинович, гражданин РФ, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией лазерной спектроскопии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук дали положительные отзывы на диссертацию.

Ведущая организация федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» в своем положительном заключении, подписанным Рощиным Владимиров Михайловичем, профессором, доктором технических наук, заведующим кафедрой «Общая и физическая химия», на расширенном заседании указала, что диссертация представляет собой завершенную научно-исследовательскую работу на актуальную тему, содержит совокупность новых результатов и положений, и ее автор заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико-математических наук.

В обсуждении диссертационной работы приняли участие: д.ф.-м.н. Юрасов А.Н., д.т.н. К.А. Воротилов, д.т.н. А.А. Буш, д.т.н. П.П. Мальцев, д.ф.-м.н. М.М. Зверев, д.ф.-м.н. В.Н. Прудников, д.ф.-м.н. В.И. Капустин, д.ф.-м.н. С.В. Пасечник.

Соискатель имеет 13 опубликованных работ по теме диссертации, в том числе 9 статей в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций.

Соискателем опубликованы 17 работ в материалах всероссийских и международных конференций. Наиболее значимые научные работы по теме диссертации:

1. A.M. Buryakov, M.S. Ivanov, E.D. Mishina. Tunable enhancement of ferroelectric properties in Ba_xSr_1−xTiO₃/La_0.7Sr_0.3MgO₃ heterostructures observed by means of second harmonic generation technique // Solid State Communications. - 2015. - V. 206. - P. 51–55.

2. М.С. Иванов, А.М. Буряков, В.Г. Морозов, Е.Д. Мишина, А.С. Сигов, Транспортные свойства сегнетоэлектрического туннельного перехода в бислойных структурах сегнетоэлектрик/манганит. // Физика твердого тела. -2014. -Т.56, №6, - С. 1100-1105

3. A.M. Buryakov, N.E. Sherstyuk, E.D. Mishina, S.D. Lavrov, M.A. Marchenkova, A.S.Elshin, A.S. Sigov. Optical Second Harmonic Generation Microscopy for Ferroic Materials // Ferroelectrics. - 2015. - V.477, № 1. - P. 29–46.

4. A.M. Buryakov, E.D. Mishina, N.E. Sherstyuk, A.S. Sigov, T. Rasing. Nonlinear-optical study of magnetoelectric interactions in multilayer structures // Ferroelectrics. - 2016. - V. 500, № 1. - P. 37–46.

5. A.M. Buryakov, K.A. Kuznetsov, G.K. Kitaeva, S.P. Kovalev, S.A. Germansky, A.N. Tuchak, A.N. Penin. Complex extraordinary dielectric function of Mg-doped lithium niobate crystals at terahertz frequencies // Appl. Phys. B. - 2016. - V. 122, № 8. - P. 223.

6. А.М. Буряков, Г.Б. Галиев С.С. Пушкарёв, В.Р. Билык, Е.Д. Мишина, Е.А. Климов, И.С. Васильевский, П.П. Мальцев. Генерация и детектирование терагерцового излучения в низкотемпературных эпитаксиальных пленках GaAs на подложках GaAs с ориентациями (100) и (111)А // Физика и техника полупроводников. – 2017. - Т. 51, № 4. С. 503–508.

На диссертацию и автореферат поступило 5 отзывов:

1. От А.Ю. Павлова, кандидата технических наук, заведующего лабораторией «Исследования и разработки комплексной технологии формирования полупроводниковых микро- и наноструктур, малошумящих и мощных наногетероструктурных СВЧ-транзисторов и «МИС»» ФГБУН Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) - отзыв положительный. В отзыве отмечены следующие недостатки:

На рис.9(б) показан темновой ток только для традиционной фотопроводящей антенны, хотя терагерцевая генерация была измерена и для плазмонных антенн. Также не объяснена причина трехкратного увеличения чувствительности антенны с кристаллографической ориентацией подложки GaAs (111)А по сравнению с (100).

2. От В.В. Павлова, доктора физико-математических наук, заведующего лабораторией Оптических явлений в сегнетоэлектрических и магнитных кристаллах, ФТИ им. А.Ф. Иоффе - отзыв положительный. В отзыве отмечены следующие недостатки:

а) В автореферате на стр. 14 указана кристаллографическая симметрия пленок YFеО₃/LaFeO₃ – mm2. Данная симметрия допускает пять независимых компонент нелинейной восприимчивости xxz, zxx, yyz, zyy, zzz. Однако, на стр. 16 на рис. 3б показаны графики лишь для трех компонент, т.е. почему-то предполагается, что xxz = zxx и yyz = zyy.

б) На стр. 12 сказано, петля гистерезиса для пленки BSTO с концентрацией Ва х = 0,5 имеет «обычный» вид, характерный для сегнетоэлектрика (рис. 1г). Однако, зависимость поляризации от внешнего электрического поля является явно смещенной в область положительных напряжений.

3. От А.А. Климова, кандидата физико-математических наук, старшего научного сотрудника лаборатории «Лаборатория исследования свойств магнитных и оптических микро- и наноструктур» ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН – отзыв положительный. В отзыве отмечены следующие недостатки:

В автореферате недостаточно полно отражены ожидаемые функциональные характеристики предлагаемых элементов памяти на основе перспективных гетероструктур BSTO/LSMO в сравнении с уже существующими разработками. В настоящее время актуальным является энергопотребление таких элементов. Например, для сверхрешётки N*TbCo₂FeCo/PМN-PT энергонезависимой MELRAM ячейки памяти достижимо энергопотребление 1 аДж при записи и чтении одного бита информации.

4. От А.В. Солнышкина, доктора физико-математических наук, профессора кафедры физики конденсированного состояния федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Тверской государственный университет» - отзыв положительный. В отзыве отмечены следующие недостатки:

Из текста автореферата не понятно о каком увеличении температуры ∆Т фазового перехода сегнетоэлектрик-параэлектрик в слое BSTO идет речь. По отношению к какой температуре рассчитывается эта величина? Известно, что в кристаллах BSTO увеличение содержания бария приводит к росту температуры фазового перехода. Кроме того, согласно логике изложения работы, изменение концентрации Bа от 0,15 до 0,5 приводит к росту механических напряжений на интерфейсе BSTO/LSMO от 1,4% до 2,3%, однако ∆T уменьшается согласно п.2 Научной новизны, тогда как в п.1 Основных положений говорится об обратном.

5. От А.М. Калашниковой, кандидата физико-математических наук, старшего научного сотрудника федерального бюджетного учреждения науки Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе – отзыв положительный. В отзыве отмечены следующие недостатки:

а) Из Рис. 1 и соответствующего обсуждения не ясно, в какой степени экспериментально полученные петли сегнетоэлектрического гистерезиса соответствуют петлям, рассчитанным в приближении модели смешанных фаз. В частности, экспериментально полученные петли гистерезиса, в отличие от рассчитанных, не демонстрируют явно выраженную «тройную» форму. Автору следовало дать комментарий по этому вопросу.

б) В автореферате не указано, в какой геометрии, на пропускание или на отражение, проводились измерения ГВГ в различных образцах.

в) На стр. 13 указано, что «маrнитодипольный вклад в интенсивность ВГ ... сравним с «чистой» ферромагнитной пленкой LFO». Однако известно, что кристаллы LFO являются антиферромагнитными. Видимо, имеет место опечатка в тексте.

Выбор официальных оппонентов и ведущей организации обосновывается тем, что они являются одними из ведущих специалистов в данной области.

Диссертационный совет отмечает, что в результате выполненных соискателем исследований:

1. Показано, что изменение концентрации Ba от 0,15 до 0,5 приводит к изменению величины интерфейсного напряжения в структуре BSTO/LSMO и смещению температуры фазового перехода BSTO (Pm3m → P4mm) до температуры, близкой к комнатной. Показано, что сегнетоэлектрическая пленка BSTO/LSMO со значением концентрации катиона Ba, равным x = 0,5 имеет наибольшее значение поляризации при наименьших диэлектрических потерях при комнатной температуре (интерфейсное напряжение 2,2%, ΔТ ~70К). Показано, что, изменяя концентрацию катиона Ba можно создавать структуру с мультистабильными фазами, имеющую потенциальное применение в качестве функциональных элементов сегнетоэлектрических многобитовых ячеек.

2. Экспериментально подтверждено возникновение мультиферроидных свойств в сверхрешетке YFeO₃/LaFeO₃. Показана зависимость между собой величины эпитаксиального напряжения, количества монослоев в сверхрешетке и интенсивности нелинейно-оптического отклика эпитаксиальное напряжение сверхрешетки. С увеличением числа единичных монослоев в сверхрешетке нелинейно-оптический отклик уменьшается, что коррелирует с уменьшением эпитаксиальных напряжений от ~1% до ~ 0,2%.

3. Показана корреляция между резонансной магнито-дипольной и электро-дипольной компонентами нелинейно-оптической поляризации, на основе чего сделан вывод о наличии магнитоэлектрического взаимодействия.

4. Путем увеличения величины интерфейсного напряжения растяжения и увеличения концентрации дефектов в пленках LT-GaAs, легированных δ-слоями Si, выращенных на несингулярной подложке GaAs(111)А, улучшена интегральная чувствительность фотопроводящей терагерцевой антенны (ФПА) на их основе в 1,4 и 2 раза соответственно по сравнению с такой же пленкой и ФПА на стнадартных подложках (100).

5. Показано увеличение эффективности ФПА на основе мультислойной структуры i-LT-GaAs/n-GaAs на подложке с кристаллографическим срезом (111)А в 3,1 раза по сравнению с аналогичной ФПА на подложке (100). Достигнуты минимальные значения темнового тока на ФПА i-LT-GaAs/n-GaAs (111)А не превышающие значения тока 16 нА при напряжении 20В.

Теоретическая значимость работы обусловлена разработкой методики расчета нелинейных восприимчивостей мультиферроидных структур и установление зависимости этих компонент от числа слоев, и величины эпитаксиального напряжения.

Практическая значимость представленной работы состоит в развитии методик управления функциональными свойствами тонких сегнетоэлектрических пленок, сверхрешеток и полупроводниковых структур тонкопленочных структур путем изменения эпитаксиальных напряжений. Результаты исследования бислоев и сверхрешеток с магнитоэлектрическим взаимодействием представляют интерес для создания новых и совершенствования традиционных приборов микро- и наноэлектроники, в том числе электро-оптических модуляторов, сенсоров и датчиков, элементов МЭМС. Результаты исследований полупроводниковых структур могут быть использованы при разработке фотопроводящих терагерцевых антенн.

Оценка достоверности результатов исследования выявила: что полученные результаты получены с применением комплекса современных взаимодополняющих друг друга методов исследований, дающих согласующиеся между собой результаты; что они не противоречат современным теоретическим представлениям и данным, известным из литературы; что результаты диссертации неоднократно апробированы на конференциях; что все основные результаты опубликованы в научных журналах из перечня ВАК.

Все вышеперечисленное в совокупности свидетельствует о достоверности полученных результатов и сделанных на их основании выводов.

Личный вклад соискателя состоит в экспериментальном исследовании структур методиками рентгеноструктурного анализа, комбинационного рассеяния и электронной микроскопии, создании экспериментальной установки для исследования методом генерации второй оптической гармоники и терагерцевой спектроскопии, проведении основных экспериментальных исследований серии экспериментальных образцов BSTO/LSMO, сверхрешеток YFO/LFO, а также полупроводниковых структур на основе LT-GaAs. Автором самостоятельно созданы теоретические модели, отвечающие результатам экспериментальных исследований. Соискателем также были разработаны фотопроводящие антенны на основе исследованных полупроводниковых структур LT-GaAs. Все выносимые на защиту основные положения выполнены лично автором.