Автореферат (1091439), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Результаты исследования бислоеви сверхрешеток с магнитоэлектрическим взаимодействием представляютинтерес для создания новых и совершенствования традиционных приборовмикро- и наноэлектроники, в том числе электро-оптических модуляторов,сенсоров и датчиков, элементов МЭМС. Результаты исследованийполупроводниковых структур могут быть использованы при разработкефотопроводящих терагерцевых антенн.Внедрение результатов работ и рекомендации по их использованиюРезультаты работы были использованы при выполнении проектовМинистерства образования и науки РФ, в том числе в рамкахгосударственногозаданиявузуза2014-2017 гг.(соглашение№16.4699.2017/6.7), постановления Правительства РФ от 9 апреля 2010 г.
№220 (соглашение №14.Z50.31.0034). Результаты диссертации могут бытьдоведены до рынка в форме научно-технической продукции. Кроме того,результаты исследований могут быть использованы при разработке:-фундаментальных основ технологии создания новых (нано)материаловдля микроэлектроники и функционирования устройств на их основе;- неразрушающих методик диагностики наноматериалов;-методикизготовленияэпитаксиальныхслоевсегнетоэлектрических/мультиферроидных материалов, тонких пленок иструктур на их основе.Основные положения, выносимые на защиту1.Изменение концентрации Ba от 0,15 до 0,5 приводит к изменениюинтерфейсного напряжения пленок BSTO в структурах BSTO/LSMO от 1,4% до2,3%, что повышает температуру фазового перехода BSTO (Pm3m → P4mm)до температуры, близкой к комнатной.
Наибольшее значение поляризации принаименьших диэлектрических потерях (что существенно важно прииспользовании этих структур для электрооптических модуляторов) прикомнатной температуре обнаружено у сегнетоэлектрической пленки созначением концентрации катиона Ba, равным x = 0,5 (интерфейсноенапряжение 2,2%, ΔТ ~70К). Изменение концентрации катиона Ba приводит кизменению формы сегнетоэлектрической петли от «двойной», при x = 0,15, к«тройной» при x = 0,3 и к «обычной» при x = 0,5, что, в свою очередь, можетбыть использовано при создании пленок с мультистабильными фазами,имеющих потенциальное применение в качестве функциональных элементовсегнетоэлектрических многобитовых ячеек.2.Экспериментально подтверждено значительное усилениеинтенсивности ВГ для сверхрешеток [(YFeO3)n/(LaFeO3)n]m (n – числомонослоев в каждой паре, m – число пар слоев), которое было предсказаноранее теоретически и отнесено к возникновению дипольного упорядочения(диэлектрической поляризации), по сравнению со слоями отдельныхматериалов.
Максимальная величина нелинейно-оптического отклика7наблюдается у сверхрешетки с n = 1, что коррелирует с максимальнымзначением ~1% эпитаксиального напряжения сверхрешетки. С увеличениемчисла n нелинейно-оптический отклик уменьшается, что коррелирует суменьшением эпитаксиальных напряжений до ~ 0,2%.3.Резонанснаямагнито-дипольнаякомпонентанелинейнооптической поляризации, а также коэрцитивное поле сверхрешетки(YFeO3)n/(LaFeO3)n:- зависят от числа n слоев в структуре;- достигают максимума при n = 1;- проявляют зависимость от числа слоев n, качественно совпадающую саналогичной зависимостью для электро-дипольной компоненты нелинейнооптической поляризации сверхрешетки.Таким образом, косвенно показано наличие связи между электродипольной и магнитной компонентами нелинейно-оптической поляризации,то есть магнитоэлектрическое взаимодействие.4.Интерфейсные напряжения растяжения и большая концентрациядефектов пленок LT-GaAs, возникающих при использовании несингулярнойподложки GaAs(111)А и δ-легирования слоями Si:- улучшают интегральную чувствительность фотопроводящей антенны(ФПА) на их основе в 1,4 раза;- увеличивают интенсивность ТГц излучения в 3,4 раза от пленки и в 2раза от ФПА по сравнению с такой же пленкой и ФПА на регулярныхподложках (100).5.ФПА i-LT-GaAs/n-GaAs на подложке с кристаллографическимсрезом (111)А имеет чувствительность в 3,1 раза большую по сравнению саналогичной ФПА на подложке (100).
Темновые токи ФПА на подложке(111)А не превышают 16 нА при напряжении 20В.Личный вклад автора заключается в постановке, разработке и решенииряда важнейших задач исследования: 1) экспериментальном исследованииструктур методикой рентгеноструктурного анализа; 2) созданииэкспериментальной установки для исследования методом генерации второйоптической гармоники и терагерцевой спектроскопии; 3) исследовании серииэкспериментальных образцов BSTO/LSMO, сверхрешеток YFO/LFO, а такжеполупроводниковых структур на основе LT-GaAs; 4) разработкефотопроводящих антенн на основе исследованных полупроводниковыхструктур LT-GaAs, 5) создании теоретических моделей, отвечающихрезультатам экспериментальных исследований.Серия тонкопленочных структур BSTO/LSMO была изготовленаметодом аэрозольного осаждения из металлоорганических соединений М.Мишельманом в Университете Геттингена (Германия) под руководствомдоктора В. Мошняги.
Там же были проведены исследования параметровструктурыэтихобразцовметодоммалоугловойрентгеновскойдифрактометрии. Сверхрешетки [(YFeO3)n/(LaFeO3)n]m были изготовлены нахимическом факультете Университета Ливерпуля (Великобритания) Дж.8Аларией. Полупроводниковые структуры на основе LT-GaAs былиизготовлены в Институте сверхвысокочастотной полупроводниковойэлектроники РАН под руководством д.ф.- м.н. Г.Б. Галиева.Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в 9-тистатьях в рецензируемых отечественных и международных научныхжурналах.Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения и списка использованных источников, включающего 175наименований. Объем диссертации составляет 160 страниц текста, включая 63иллюстрации и 11 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВо Введении описывается актуальность диссертационной работы,формируются цели и задачи работы, отмечается научная новизна ипрактическая значимость, приводятся выносимые на защиту положения.Первая глава представляет обзор научных публикаций по общей теме«Эпитаксиальные напряжения интерфейсов в мультислойных структурах наоснове сложных оксидов и полупроводников для устройств микро- инаноэлектроники».В первом пункте обсуждается возникновение и изменение свойствтонких сегнетоэлектрических пленок за счет механических напряжений награнице с подложкой. Подробно рассмотрены параметры, влияющие наэпитаксиальную деформацию.
На основе ряда работ показаны возможностипрактического использования интерфейсных напряжений для созданияфункциональныхустройствмикроэлектроники,втомчислесегнетоэлектрической памяти с минимальным коэрцитивным полем и высокойэнергоэффективностью. Показаны особенности свойств ячеек памяти наосноветонкихсегнетоэлектрическихпленок,находящихсявмультистабильных состояниях [8].Второй пункт посвящён описанию результатов работ по мультислойнымгетероструктурам и сверхрешеткам с интерфейсными напряжениями. Однимиз основных свойств, проявляющихся в таких структурах, являетсямагнитоэлектрическое взаимодействие, имеющее принципиальное значениедля многих перспективных приложений современной микро- инаноэлектроники.
В частности, показана возможность использования пленокс магнитоэлектрическим взаимодействием в ячейках памяти с восемьюлогическими состояниями [9]. Другим важным свойством указанных структурявляется увеличение подвижности электронов примерно на порядок, за счетчего перенос заряда становится независимым от температуры. На основеквази-сверхрешетки, состоящей из чередующихся слоев In2O3, Ga2O3 и ZnO свысокой подвижностью носителей, показана возможность созданиявысокоэффективного транзистора [10].9В третьем пункте рассмотрены полупроводниковые структуры сэпитаксиальными напряжениями, используемые для генерации терагерцевогоизлучения. На основе ряда источников продемонстрировано критическоевлияние кристаллографических характеристик пленок GaAs и LT-GaAs(дислокационного рассеяния, размера и концентрации кластеров и др.) напараметрырелаксациииэффективностьоптико-терагерцевогопреобразования.
Например, в работе [7] за счет оптимизации физическихсвойств, описанных выше, был улучшен общий динамический диапазонгенерации и детектирования ТГц излучения на 15 дБ по сравнению с обычнойкоммерчески доступной фотопроводящей антенной (ФПА).На основании проведенного аналитического обзора сформулированыосновные цели и задачи работы.Во второй главе представлены основные положения, применяемые приобщем описании процесса генерации второй оптической гармоники (ГВГ).Приведен общий вид вкладов в поле ГВГ в матричной форме. В частности,приводится связь интенсивности ВГ с сегнетоэлектрической поляризацией инамагниченностью. Подробно описаны экспериментальные методики,используемые для нелинейно-оптического исследования материалов:поляризационные и анизотропные измерения. Представлено общее описаниеметодики терагерцевой спектроскопии временного разрешения срассмотрением основных механизмов возникновения терагерцевогоизлучения.
Детально представлено описание используемых в данной работеэкспериментальных установок.Третья глава посвящена экспериментальным и теоретическимисследованиям сегнетоэлектрических свойств мультислойных структурсегнетоэлектрик/манганит. В начале данной главы описаны результатыисследования структуры эпитаксиальных бислоев, состоящих из слоясегнетоэлектрика Ba(х)Sr(1- x)TiO3(BSTO) (x = 0,15, 0,3, 0,5) и слояферромагнетика La0.7Sr0.3MnO3(LSMO). Известно [11], что объемныекристаллы BSTO такого состава при комнатной температуре находятся вцентросимметричнойпараэлектрическойфазе.Наосноверентгеноструктурного анализа было показано, что исследуемые намимонокристаллические пленки находятся в растянутом состоянии.
Измеренныепараметры указаны в Таблице 1.Таблица 1. Измеренные параметры решетки вдоль оси с по отношениюк объёмным значениям.BSTOLSMOаобъемспленкаОбразецx толщина толщинанапряжения(Å)(Å)(нм)(нм)BaxSr1-xTiO30.1525203,9203,974(9)+1,4%/La0.7Sr0.3MgO3 0.325203,9364,028(5)+2,3%0.50,15255020203,9563,920104,043(4)3,974(9)+2,2%+1,8%Основные экспериментальные исследования были проведены методомгенерации ВГ, в том числе при приложении электрического поля в планарнойгеометрии.
В основе методики лежит связь интенсивности второй гармоники(ВГ) I2ω с сегнетоэлектрической поляризацией [12]:I 2ω ( E ) ∝ ( Ebg2ω ) + α ( P0 + P ( E ) )22(1)2— некогерентная составляющая, не зависящая от внешнейгде (непереключаемой) части поля ВГ; P(E) — зависящая от внешнегоэлектрического поля (переключаемая) поляризация, Р0 - представляет собойсуммарный вклад остаточной поляризации и когерентной составляющейнепереключаемой поляризации.Из выражения (1) можно получить значение сегнетоэлектрическойполяризации в относительных единицах, что важно при анализесегнетоэлектрического гистерезиса и оценке параметров фазовых переходовиз параэлектрической в сегнетоэлектрическую фазу.В случае, когда вклад независящих от внешнего напряжения компонентпренебрежимо мал, зависимости 2 () имеют вид симметричной параболысо смещением нулевого значения относительно внешнего поля,соответствующимвеличинеостаточнойполяризации(ширинесегнетоэлектрического гистерезиса).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
