Отзыв оппонента 1 (Влияние интерфейсных напряжений на свойства наноразмерных мультислойных структур на основе сложных оксидов и полупроводников при создании устройств микро- и наноэлектроники)

отзыв Официального оппонента на диссертацию Бурякова Арсения Михайловича «Влияние интерфейсных напряжений на свойства наноразмерных мультислойных структур на основе сложных оксидов и полупроводников (и их использование) при создании устройств микро- и наноэлектроники», представленную на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 05.27.01 — Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах. Диссертационная работа, представленная к защите, затрагивает широкий круг вопросов эффективного использования эпитаксиальных напряжений в наноразмерных структурах при усовершенствовании характеристик компонентов устройств микро- и наноэлектроники.

Актуальность этого направления, в первую очередь, связана с возможностью создания новых материалов с заранее заданными свойствами. Возникающие в результате различия параметров кристачлических решеток растягивающие и сжимающие механические напряжения на границе пленка/подложка, а также анизотропия свойств по кристаллографическим направлениям в низкоразмерных структурах приводят к резким изменениям проводимости, смещению точек фазовых переходов, появлению спонтанной поляризации, намагниченности и других свойств, не наблюдающихся в объемных материалах. На сегодняшний день разработаны различные способы контроля свойств материалов за счет формирования определенных эпитаксиальных напряжений в результате подбора материалов пленки и подложки, условий и особенностей их роста. Число работ, посвященных созданию основ технологий так называемой «инженерии напряжений», неуклонно растет. В то же время, поиск и обоснование методов диагностики таких материалов, а также выявление связи между параметрами изготовления и функциональными свойствами полученных структур остается важной задачей, как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения.

Таким образом. актуальность предложенной диссертантом темы исследования не вызывает сомнений. Объектами исследования в диссертационной работе являются тонкие сегнетоэлектрические пленки на основе ВаБгт1оз, сверхрешетки на основе ортоферритов (Увоз и Ьаг'еоз) и полупроводниковые пленки на основе низкотемпературного арсенида галлия (ЬТ-ОаАз).

Изучение свойств, возникающих в результате эпитаксиальных напряжений в тонких пленках, является нетривиальной задачей, поскольку требует использования неинвазивных, неразрушающих методик исследования. В данной работе для исследования свойств сегнетоэлектрических пленок и сверхрешеток используется чувствительная к изменению параметра порядка методика генерации второй оптической гармоники (ГВГ).

Особое внимание уделено анализу процессов ГВГ в сверхрешетках. Предложен также интересный подход к изучению эпитаксиальных напряжений в полупроводниковых пленках. Изменения характеристик пленок, возникающие за счет эпитаксиальных напряжений, изучались методом терагерцевой спектроскопии временного разрешения. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 175 библиографических ссылок.

Общий объем диссертации составляет 160 страниц. Работа содержит б3 иллюстрации и 11 таблиц. Во введении приводится обоснование актуальности выбранной темы работы, сформулированы цель и основные задачи работы и указаны выносимые на защиту положения. В первой главе приведен обзор литературных данных по перспективным материалам с интерфейсными напряжениями, Представлены основные области использования изучаемых материалов для широкого круга задач современной микро- и наноэлектроники.

Во второй главе раскрыты основные экспериментальные и теоретические методики, используемые в диссертационной работе, подробно описаны экспериментальные установки и режимы измерений. Результаты экспериментальных исследований влияния параметров струкгуры исследуемых сред на эпитаксиальные напряжения приведены в главах 3-5.

Эти исследования можно условно разделить на три блока, в которых рассматривается изменение характеристик эпитаксиальных напряжений при: 1) варьировании химического состава пленки функционального материала (глава 3); и) варьировании параметров сверхрешетки (глава 4) и ш) варьировании параметров подложки (глава 5). В третьей главе рассматривается влияние указанных факторов на сегнетоэлектрические свойства мультислойных структур Ва~,>Бган ~>Т(Оз(ВБТО)/ЬаолБгозМпОз(ЬЯМО).

Методом генерации второй оптической гармоники показано возникновение сегнетоэлектрического отклика, возникающего за счет эпитаксиального напряжения. В работе А.М. Бурякова предложено оригинальная интерпретация формы сегнетоэлектрической петли, основанная на связи интенсивности ВГ, сегнетоэлектрической поляризации и величины эпитаксиального напряжения, В четвертой главе описаны экспериментальные и теоретические результаты исследования свойств сверхрешеток на основе центросимметричных ортоферритов (УГеОз),/(ЬареОз),. Методом генерации второй оптической гармоники показано возникновение в сверхрешетке нецентроснмметричности и полярного упорядочения за счет интерфейсных напряжений.

При помощи спектров генерации второй гармоники проведено разделение электродипольного и магнитодипольного вкладов и определены оптимальные условия переключения магнитной и полярной компонент второй гармоники. Теоретически предсказанное ранее полярное упорядочение и максимальное значение сегнетоэлектрической поляризации у гетероструктур с нечетным числом и было подтверждено экспериментально в данной работе. Показан эффект переключения магнитной компоненты ГВГ магнитным полем и обнаружен его резко резонансный характер. Особое внимание уделено однотипной зависимости магнитной и полярной компоненты, из чего сделан вывод о возможности магнитоэлектрического взаимодействия, К наиболее интересным результатам, представленным в пятой главе, можно отнести обнаружение связи параметров терагерцевого излучения с эпитакси альп ыми напряжениями.

Исследования показали растяжение и большую концентрацию дефектов пленок ЬТ-ОаАз, возникающие при использовании несингулярной подложки ОаАз (111)А и б-легировании слоями Я. Выявленные эффекты были использованы диссертантом при разработке по результатам исследований устройства фотопроводящей антенны (ФПА). Обнаружено, что влияние эпитаксиальных напряжений в кристаллической структуре плйнок ЬТ-ОаАз (111)А увеличило интегральную чувствительность ФПА в 1.4 раза, а также привело к росту интенсивности ТГц излучения от «чистой» пленки в 3.4 раза и в 2 раза от ФПА по сравнению с аналогичными структурами на подложках (100).

Одним из наиболее интересных результатов исследований, представленных в 5 главе, является создание ФПА с двумерными плазмонными электродами на основе мультислойной структуры 1-1.ТОаАз!и-ОаАз с низкими показателями темпового тока (-1бнА и бнА для ФПА ОаАз(100) и ОаАз(111)А). Полученные значения усиления ФПА достигают значений 14 и 12 для антенн на подложке (100) и (111)А, соответственно. Результаты этих исследований являются достаточным заделом для проведения опытно-конструкторских работ по данной тематике.

В заключительной части диссертации сформированы основные результаты и приведены выводы работы. Научная новизна диссертационной работы заключается в обнаружении возможности управления эпитаксиальными напряжениями путем изменения концентрации Ва в сегнетоэлектрической пленке, выращенной на тонкой пленке ЬЯМО. Показана возможность управления формой сегнетоэлектрической петли путем изменения величины эпитаксиачьного напряжения. Экспериментально подтвержден методом ГВГ рассчитанный теоретически вклад сегнетоэлектрической поляризации сверхрешетки (УГО/ЬРО) в зависимости от числа и путем вычисления значений компонент тензоров нелинейной восприимчивости.

Методом терагерцевой спектроскопии временного разрешения показано влияние интерфейсных напряжений в полупроводниковых пленках, возникающих при использовании несингулярной подложки ОаАз(111)А, на функциональные характеристики терагерцевых фотопроводящих антенн. Практическая значимость диссертационной работы заключается в развитии методик управления функциональными свойствами тонких сегнетоэлектрических пленок, с верхрешеток и полупроводниковых тонкопленочных эп итаке пал ьных структур.

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. Достоверность полученных результатов подтверждается проведением многократных экспериментальных исследований, результаты которых согласуются с предложенными теоретическими моделями.

Отмечая высокое качество проведенных исследований, следует, тем не менее, сделать несколько замечаний. 1. При исследовании генерации и детектирования ТГц излучения при помощи антенн автор приводит сравнение с генерацией и детектированием в кристалле ЕпТе. При этом в работе отсутствуют данные о толщине и вырезе используемого кристалла, которые существенным образом влияют на величину отклика.

Также следует учесть существенно различную зависимость характеристик генерации от параметров лазерного возбуждения в случае использования фотопроводящих антенн и кристалла ХпТе. В результате предложенное автором сравнение справедливо только при выбранных экспериментальных условиях. 2. Из описания рисунка 59 не ясно какая величина отложена по вертикали на представленных графиках. Из подписи к рисунку можно понять, что речь идет о нормированной пиковой мощности терагерцевого излучения. Однако вид представленных зависимостей и содержащееся на странице 130 описание процедуры их получения позволяет сделать вывод что это нормированная амплитуда напряженности электрического поля ТГц импульса.

Аналогичная ситуация с рисунком 58, где слева представлена зависимость напряженности электрического поля (в относительных единицах) от времени, которая именуется в тексте работы как квременная зависимость интенсивности ТТцизлучения». 3. Следует отметить некоторую небрежность в оформлении диссертационной работы. Так выражение б на странице 44 приведено с опечатками. в частности в выражении не согласованы размерности. На странице 48 присутствует еще два выражения под номером б.

Подвижность зарядов именуется мобильностью (страница 43), дальняя зона — дальним полем (страница 54), терагерцевым диапазоном частот на странице 35 назван диапазон частот 0,1-10 ТГц, а на странице 112 диапазон 100 ГГц-3 ТГц и т.п. Отмеченные недостатки, однако, не влияют на общую положительную оценку данной работы. Диссертация в целом представляет собой законченный научный труд, основные результаты опубликованы в открытой печати в ведущих отечественных и зарубежных журналах.