Диссертация (1090573)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МИНОБРНАУКИ РОССИИФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования"Московский государственный технический университет радиотехники,электроники и автоматики"МГТУ МИРЭАНа правах рукописиФИРСОВА Наталья ЮрьевнаЛОКАЛЬНЫЙ ОТЖИГ ИЗЛУЧЕНИЕМ ФЕМТОСЕКУНДНОГОЛАЗЕРА БЛИЖНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА ИНЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА МИКРОСТРУКТУРЦИРКОНАТА-ТИТАНАТА СВИНЦА НА ПЛАТИНИЗИРОВАННОЙПОДЛОЖКЕ05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников,материалов и приборов электронной техникиДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель д.ф-м.н., проф. Е.Д.

МишинаМосква – 20141ОглавлениеВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ 5ГЛАВА 1 ТОНКИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЛЕНКИ ЦИРКОНАТАТИТАНАТА СВИНЦА (PZT): ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .................................. 111.1. Тонкие сегнетоэлектрические пленки PZT ............................................ 111.1.1. Применение тонких пленок PZT в устройствах микроэлектроники......................................................................................................................... 121.1.2 Традиционные методики отжига........................................................

171.1.3 Микроволновый отжиг ........................................................................ 231.2. Лазерный отжиг......................................................................................... 271.2.1 Эксимерный лазер................................................................................ 281.2.2. CO2 лазер............................................................................................. 311.2.3 Полупроводниковый лазер ................................................................

321.3. Фемтосекундное лазерное излучение ..................................................... 341.3.1 Особенности взаимодействия фемтосекундного излучения свеществом ...................................................................................................... 351.4. Нелинейно-оптическая диагностика сегнетоэлектриков ...................... 381.4.1.

Общие вопросы генерация второй оптической гармоники ............ 381.4.2. Применение ГВГ для исследования фазовых переходов ............... 391.4.3. Определение абсолютных значений нелинейной восприимчивости......................................................................................................................... 431.5. Механизмы процессов отжига и их моделирование ............................. 461.6. Элементы электронной техники, для которых необходим локальныйотжиг сегнетоэлектрических микроструктур................................................ 491.7.

Заключение по Главе 1. Основные задачи диссертационной работы . 51ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ ..................................... 532.1. Описание образцов ................................................................................... 532.2. Методика отжига фемтосекундным лазером ......................................... 562.2.1 Фокусировка в область порядка десяти микрон («мягкаяфокусировка») ...............................................................................................

572.2.2 Фокусировка в область порядка единиц микрон («жесткаяфокусировка») ............................................................................................... 5922.3. Методика диагностики кинетики отжига методом ГВГ ....................... 622.3.1 Однолучевая схема .............................................................................. 622.3.2 Двулучевая схема .................................................................................

632.4. Методика исследования отожженных областей пленок ....................... 652.4.1. Оптическая микроскопия ................................................................... 652.4.2. Просвечивающая электронная микроскопия ...................................

672.4.3 Атомно-силовая микроскопия пьезоотклика .................................... 692.5. Заключение по Главе 2 ............................................................................. 70ГЛАВА 3 КИНЕТИКА ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПЛЕНОК PZTПРИ ФЕМТОСЕКУНДНОМ ЛАЗЕРНОМ ОТЖИГЕ ..................................... 723.1 Отжиг излучением с длиной волны 1040 нм........................................... 723.2Отжиг излучением с длиной волны 800 нм ......................................... 733.3 Заключение по Главе 3 ..............................................................................

76ГЛАВА 4 МИКРОСТРУКТУРА И СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕСВОЙСТВА ОТОЖЖЕННЫХ СТРУКТУР..................................................... 784.1 Топография поверхности пленок PZT, отожженных фемтосекунднымлазером .............................................................................................................. 784.2. Внутренняя микроструктура отожженных пленок ............................... 814.3 Результаты оптической микроскопии ......................................................

824.3.1 Линейно-оптические изображения .................................................... 844.3.2 Нелинейно-оптические изображения ............................................... 874.3.2 Сравнение линейно- и нелинейно-оптических изображенийотожженных областей .................................................................................. 894.4 Оценка величины нелинейно-оптической восприимчивости ............... 924.5 Пьезоотклик и переключаемость сегнетоэлектрической поляризацииперовскитных микрообластей отожженных пленок .................................... 934.6 Сопоставление результатов.

Критерий качества кристаллизациипленок PZT........................................................................................................ 964.7 Заключение по Главе 4 ..............................................................................

97ГЛАВА 5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ПЛЕНКИ PZTВ ПРОЦЕССЕ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ОТЖИГА ................. 9935.1 Моделирование пространственного распределения температурногопрофиля ............................................................................................................. 995.2. Моделирование процесса отжига ....................................................... 1025.3. Заключение по Главе 5 ...........................................................................

105ЗАКЛЮЧЕНИЕ .............................................................................................. 107СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................................ 1094ВВЕДЕНИЕТонкоплёночные сегнетоэлектрические структуры составляют основунового поколения устройств микро- и наноэлектроники и микросистемнойтехники. Для перехода аморфной или пирохлорной плёнки в перовскитную(сегнетоэлектрическую) фазу её подвергают отжигу.

В подавляющембольшинстве технологий используется термический отжиг в печи, в томчисле с программируемым быстрым изменением температуры.Лазерныйотжигприменяетсядлялокальнойкристаллизацииаморфных пленок в сегнетоэлектрическую фазу с целью минимизироватьнагрев элементов, окружающих функциональную область. Для этоиспользуются эксимерные или CO2 лазеры. В обоих случаях поглощение, аследовательно и отжиг, происходят в тонком приповерхностном слоепорядка десятка нанометров.

Кроме этого, модовая структура пятна этихлазеров не позволяет локализовать отжиг в субмикрометровой области.В последние годы для отжига материалов, прежде всего, кремния всеширеиспользуютсяфемтосекундногофемтосекундныелазерногоотжигалазеры.определяютсяПреимуществаособенностямивоздействия на твердое тело ультракоротких световых импульсов: процессынагрева, термализации и релаксации электронной и решеточных подсистемпроисходят с различными постоянными времени. Это приводит к тому, чтотепловое воздействие является более локализованным, чем при облучениилазерами с более длительным воздействием, и области, окружающиеобласть облучения, не изменяют своих свойств.

Второй особенностьюиспользованияфемтосекундныхлазеровявляетсявысокаястепеньрадиальной однородности одномодового гауссова пучка, в связи с чемтемпературный профиль также является пространственно-однородным, и,следовательно,кристаллизации)областьтакжевоздействияпредставляетсимметричной формы.5(внашемсобойслучаеобластьобластьправильнойИспользование одномодового фемтосекундного лазера с длинойволны, попадающей в область прозрачности пленки и, в то же время, вобласть поглощения платины, для отжига сегнетоэлектрической пленки наплатинизированной подложке является совершенно новым подходом кпроблеме лазерного отжига.

Такой метод позволяет одновременно решитьтри задачи. Во-первых, приблизить условия отжига к термическому отжигув печи, поскольку нагрев пленки осуществляется со стороны платины. Вовторых, нагрев производится локально с гауссовым распределениемтемпературы по радиусу лазерного пятна. В-третьих, использованиефемтосекундноголазерапозволяетдиагностироватьобразованиесегнетоэлектрической фазы в процессе отжига. В основе такой диагностикилежит метод генерации второй оптической гармоники (ГВГ), являющийсяэффективным методом исследования фазовых переходов, в том числекристаллизации в перовскитную фазу.Цельюнастоящейзакономерностейработыпроцессаявляетсяисследованиеосновныхлокальныхобластейформированияперовскитной фазы в пленках сегнетоэлектрических материалов прифемтосекундном лазерном отжиге.Для достижения поставленной цели в работе сформулированыследующие задачи:1.

разработать методику исследования кинетики кристаллизации insitu в процессе лазерного отжига для формирования локальных областейперовскитной фазы в сегнетоэлектрических тонких пленках цирконататитаната свинца, предварительно осажденных методом высокочастотногомагнетронногораспыленияна«холодную»платинизированнуюкремниевую подложку;2. исследовать влияние параметров лазерного излучения (плотностимощности, длины волны) и времени отжига на процесс кристаллизации,структуру и функциональные (сегнетоэлектрические) свойства отожженныхмикроструктур с использованием в том числе методов нелинейно6оптическойex-situдиагностики,установитьпределыпараметров,обеспечивающих кристаллизацию в сегнетоэлектрическую фазу;4.

определить величину нелинейной восприимчивости отожженныхмикроструктур;5. установить критерии качества отожженных сегнетоэлектрическихмикроструктур на основе нелинейно-оптической диагностики;6. определить возможные механизмы кристаллизации.Всеключевыеисследованияметодомнелинейно-оптическоймикроскопии, электронной и конфокальной микроскопии, а также лазерныйотжиг сегнетоэлектрических наноструктур были выполнены автором лично.Осаждение пленок-прекурсоров PZT на подложки с предварительнонанесеннымнижнимплатиновымэлектродомсподслоемтитанапроводился методом магнетронного распыления в Физико-техническоминституте им.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации