Автореферат (1091439)

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

Текст из файла

На правах рукописиБуряков Арсений МихайловичВЛИЯНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА СВОЙСТВАНАНОРАЗМЕРНЫХ МУЛЬТИСЛОЙНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕСЛОЖНЫХ ОКСИДОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ (И ИХИСПОЛЬЗОВАНИЕ) ПРИ СОЗДАНИИ УСТРОЙСТВ МИКРО- ИНАНОЭЛЕКТРОНИКИСпециальность: 05.27.01 – Твердотельная электроника, радиоэлектронныекомпоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектахАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМОСКВА – 2017Работавыполненанакафедренаноэлектроникифизикотехнологического института федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «Московскийтехнологический университет» (МИРЭА).Научныйруководитель:доктор физико-математических наук,профессорМишина Елена Дмитриевна(МИРЭА)Официальныеоппоненты:доктор физико-математических наук,доцентМурзина Татьяна Владимировна(Московский государственный университетим.

М.В. Ломоносова)кандидат физико-математических наук,заведующий лабораториейБукин Владимир Валентинович(Институт общей физики им. А.М. ПрохороваРАН)Ведущая организация:Национальный исследовательский университет«Московский институт электронной техники»Защита состоится «__» _________ 2017 года в _____ часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.131.02 в Московском технологическомуниверситете (МИРЭА) по адресу: г.

Москва, Проспект Вернадского, д. 78,аудитория ________.С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке МИРЭА.Автореферат разослан «___» ______ 2017 года.Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.131.02к.ф.-м.н., доцентЛ.Ю.

ФетисовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫДиссертационнаяработапосвященаэкспериментальномуитеоретическому исследованию роли интерфейсных напряжений в слоистыхэпитаксиальных наноразмерных структурах, в том числе в мультислойныхструктурах сложных оксидов (BaSrTiO3/LaSrMgO3), сверхрешеткахортоферритов (YFeO3/LaFeO3) и полупроводников (LT-GaAs 1) для управленияфункциональными свойствами этих структур и характеристиками устройствна их основе. Полученные результаты позволили составить рекомендации дляиспользования напряженных структур сложных оксидов и создатьэкспериментальный образец терагерцевой антенны с улучшеннымихарактеристиками на основе эпитаксиально напряженной полупроводниковоймультислойной структуры.АктуальностьВлияние эпитаксиальных напряжений на свойства пленок и структур,выращенных на монокристаллических подложках, известно давно.

Изучениероли напряжений и их учет является важной задачей в полупроводниковойтехнологии. Однако только в последнее десятилетие, благодаря достижениямсовременных технологий производства тонкопленочных материалов,обеспечивающих точный контроль стехиометрических параметров идефектности структур, стало возможным использование так называемогометода «инженерии эпитаксиальных напряжений» для создания новыхматериалов с заранее заданными свойствами, а также со свойствами,значительно отличающимися от объемных.

Возникающие в результатеразличия параметров кристаллических решеток растягивающие и сжимающиемеханические напряжения на границе пленка/подложка, а также анизотропиясвойств по кристаллографическим направлениям в низкоразмерныхструктурах приводят к резким изменениям проводимости, смещению точекфазовых переходов, появлению спонтанной поляризации, намагниченности идругих свойств, не наблюдающихся в объемных материалах [1]. В этой связибольшое внимание в последние годы было уделено сегнетоэлектрическим имагнитным материалам. Например, интерфейсные напряжения в пленкахSrTiO3 приводят к появлению сегнетоэлектричества при комнатнойтемпературе [2]. В диэлектрических слоистых структурах и на границахдоменоввозможнопоявлениепроводимости,сверхпроводимости,поляризации, магнитоэлектрического взаимодействия, квантового эффектаХолла [3–5]. В сверхрешетках, состоящих из чередующихся слоевцентросимметричных (неполярных) материалов YFeO3 и LaFeO3, показановозникновение полярного упорядочения [6].

Интерфейсные напряжения вполупроводниковых структурах имеют критическое влияние накристаллографические характеристики пленок GaAs и LT-GaAs1LT-GaAs - Low-Temperature Gallium Arsenide - плёнки арсенида галлия, выращенные методоммолекулярно-лучевой эпитаксии при пониженной температуре подложки.3(дислокационные рассеяния, размер и концентрации кластеров, легирование),что, в свою очередь, влияет на характеристики генерации и детектированиятерагерцевых волн [7].Все это позволяет утверждать, что явления, возникающие в планарныхструктурах вследствие эпитаксиальных напряжений, представляют внастоящее время значительный интерес с точки зрения фундаментальнойнауки, а также могут быть использованы при разработке различных устройствмикро- и наноэлектроники.

Нелинейно-оптические методы диагностики такихструктур являются эффективным инструментом локального экспрессконтроля за важнейшими параметрами таких структур.Таким образом, цель работы заключается в создании и исследованиимеханических напряжений на границах раздела в тонкопленочныхэпитаксиальных структурах (бислойных, мультислойных или сверхрешетках),исследование влияния этих напряжений на функциональные свойства(спонтанная поляризация, магнитоэлектрическое взаимодействие и т.д.) ииспользование исследованных напряженных структур при создании устройствмикро- и наноэлектроники нового поколения.Согласно этой цели, были сформированы следующие конкретныезадачи: В структурах BaSrTiO3/LaSrMnO3 изменение эпитаксиальныхнапряжений путем варьирования концентрации ионов Ba и толщинысегнетоэлектрического слоя, и исследование влияния таких измененийна сегнетоэлектрические свойства структур: Рентгеноструктурный анализ изготовленных образцов с оценкоймонокристалличности слоев и величины механических(эпитаксиальных) напряжений. Исследования переключения поляризации, а также фазовогосостояния пленки методом генерации второй оптическойгармоники (ГВГ). В сверхрешетках (YFeO3)n/(LaFeO3)n изменение эпитаксиальныхнапряжений путем изменения числа n монослоев в каждой паре иисследование влияния таких изменений на мультиферроидные свойстваструктур: Исследованиепараметровструктурметодомрентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронноймикроскопии. Нелинейно-оптические исследования с теоретической оценкойразличных по природе вкладов в интенсивность ГВГ;исследование спектральных зависимостей ГВГ с теоретическойинтерпретацией резонансных переходов. В фотопроводящих антеннах на основе легированного LT-GaAs имультислойныхструктуреi-LT-GaAs/n-GaAsизменениеэпитаксиальных напряжений путем изменения кристаллографическогосреза подложки и исследование влияния таких изменений на4эффективность генерации и приема электромагнитных волнтерагерцевого диапазона. Составление рекомендаций по усовершенствованию устройств микро- инаноэлектроники на основе полученных результатов и/или тестированиетаких устройств: Составление рекомендаций по усовершенствованию устройствмикро- и наноэлектроники на основе мультислойных структурBaSrTiO3/LaSrMgO3 и сверхрешеток (YFeO3/LaFeO3). Разработкадизайнатерагерцевойантенны,созданиеэкспериментальных образцов антенн, оценка их эффективности.Методы исследования, достоверность и обоснованностьПри исследовании структурных характеристик эпитаксиальныхнапряженных структур были использованы методики рентгеноструктурногоанализа и спектроскопии комбинационного рассеяния света.При исследовании нелинейно-оптических свойств была использованаметодика генерации второй оптической гармоники, в том числе спектроскопияГВГ.Для определения характеристик полупроводниковых материалов наоснове LT-GaAs использовалась методика временнόй терагерцевойспектроскопии.Обоснованностьидостоверностьрезультатовопределяетсякорреляцией полученных экспериментальных и теоретических данных.Экспериментальные результаты, полученные в диссертационной работе,расширяют научные представления по данному направлению и при этом непротиворечат уже известным результатам, полученными ведущимизарубежными и российскими научными группами.

Экспериментальныерезультаты получены на автоматизированном оборудовании, что обеспечиловоспроизводимость результатов при многократных (повторных) измерениях.Результаты работы были представлены и обсуждались намеждународных конференциях и опубликованы в российских имеждународных рецензируемых журналах, в том числе входящих в базыданных Web of Science и Scopus.Апробация работыРезультаты работы прошли апробацию на следующих международныхи российских конференциях: Международная научно-практическаяконференция"Фундаментальныепроблемырадиоэлектронногоприборостроения" (INTERMATIC), 2010, 2014, 2015, 2016, Россия, Москва;Международный симпозиум «Прогресс в исследованиях электромагнетизма»(PIERS), 2012, Россия, Москва; Международная конференция пофункциональным материалам (ICFM) 2011, Украина, Партенит;Международная конференция общества исследователей материалов (MRS)52015, США, Бостон; Международная конференция по физике материалов ифизике конденсированного состояния (MSCMP) 2014, 2016, Молдова,Кишинёв; Научно-техническая конференция МИРЭА 2014, 2015, 2016,Россия, Москва; Международная научная конференция студентов, аспирантови молодых учёных «Ломоносов» 2015, 2016, Россия, Москва; Международнаямолодежная конференция ФизикА.СПб/2014, Россия, С.-Петербург;Международная конференция «Наука будущего» 2015, Россия, Казань; XXIУральская международная зимняя школа по физике полупроводников, 2016,Россия, Екатеринбург.Научная новизна1.Методикамиструктурногоанализаисследованасериятонкопленочных структур Ba(х)Sr(1-x)TiO3(BSTO)/La0.7Sr0.3MnO3(LSMO) взависимости от концентрации Ba и толщины сегнетоэлектрического слоя.Обнаружена возможность управления эпитаксиальными напряжениями путемизменения концентрации Ba в сегнетоэлектрической пленке.2.Методом генерации второй оптической гармоники вмультислойных структурах BSTО/LSMO показано увеличение температурыфазового перехода сегнетоэлектрик-параэлектрик в слое BSTO на∆T ( x = 0,15) ≈ 204 K , ∆T ( x = 0,3) ≈ 149 K , ∆T ( x = 0,5) ≈ 70 K за счет наличияэпитаксиальных напряжений между слоями BSTO и LSMO, а такжевозможность управления формой сегнетоэлектрической петли, чтопредставляет интерес при использовании этих структур в качествефункциональныхэлементовэлектрооптическихмодуляторовисегнетоэлектрических многобитовых ячеек.3.Методом генерации второй оптической гармоники показанопонижение симметрии за счет эпитаксиальных напряжений в сверхрешеткахYFeO3/LaFeO3 (YFOn/LFOn)m (n – число монослоев в каждой паре, m – числопар слоев).

Экспериментально подтвержден методом ГВГ рассчитанныйтеоретически вклад сегнетоэлектрической поляризации сверхрешетки взависимости от числа n путем вычисления значений компонент тензоровнелинейной восприимчивости. Продемонстрировано наличие связи междудипольной и магнитной компонентами в сверхрешетке ((YFeO3)1/(LaFeO3)1)80,что может свидетельствовать о магнитоэлектрическом взаимодействии.4.Методом терагерцевой спектроскопии временнόго разрешенияпоказано влияние интерфейсных напряжений полупроводниковых пленок,возникающих при использовании несингулярной подложки GaAs(111)А, наувеличение эффективности генерации и детектирования ТГц излученияфотопроводящими антеннами.Практическая значимостьПрактическая значимость представленной работы состоит в развитииметодикуправленияфункциональнымисвойствамитонкихсегнетоэлектрических пленок, сверхрешеток и полупроводниковых6тонкопленочных эпитаксиальных структур.

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