Сегнетоэлектрические тонкие пленки

Дмитрий Станиславович Ким Сегнетоэлектрические тонкие пленки

Сегнетоэлектрические гетероэпитаксиальные пленки имеют широчайшее применение в СВЧ технике, оптоэлектронике, в устройствах хранения информации, микроэлектромеханических системах (МЭМС) и других областях. Потенциал применения сегнетопленок еще далеко не исчерпан: на их основе могут быть созданы принципиально новые устройства, как то фазированные антенные решетки нового поколения, новые МЭМС, новая архитектура процессора, сверхскоростной оптический модулятор и многое другое. На кафедре нанотехнологий сегнетоэлектрическим пленкам уделено особое внимание. С исследованиями в этой области так или иначе связаны многие сотрудники кафедры. 

Лаборатория физики сегнетоэлектрических тонких пленок ЮНЦ РАНСтраница

Получение тонких пленок

Применение сегнетоэлектрических тонких пленок

Основные результаты

Примеры устройств

Лаборатория физики сегнетоэлектрических тонких пленок ЮНЦ РАН

Дмитрий Станиславович Ким Сегнетоэлектрические тонкие пленки

Исследования сегнетоэлектрических тонких пленок ведутся в сотрудничестве с Лабораторией физики сегнетоэлектрических тонких пленок Отдела проблем физики и астрономии ЮНЦ РАН. Зав. лабораторией доктор физ.-мат. наук Мухортов В.М.

Разработан способ получения сегнетоэлектрических нано-размерных монокристаллических пленок, не имеющий аналога за рубежом. Данный способ реализован в виде опытного образца технологической установки Плазма-50СЭ в НИИ полупроводникового машиностроения (г. Воронеж).

Получение тонких пленок

Дмитрий Станиславович Ким Сегнетоэлектрические тонкие пленки

Разработан новый способ создания пленок сложных оксидов, принципиальное отличие которого от известных аналогов состоит в том, что рост монокристаллических пленок с атомарно-гладкой поверхностью происходит из наночастиц сложного оксида, образующихся в плазме высокочастотного разряда за счет нестандартной конструкции распылительного узла и режимов создания плазмы. Теоретический анализ показал, что для пленок толщиной меньше 35нм (при плотности винтовых дислокаций меньше 107см-2) роль механических деформаций в формировании сегнетоэлектрического состояния становится определяющей ввиду развития в системе пленка-подложка механической неустойчивости.

Применение сегнетоэлектрических тонких пленок

Дмитрий Станиславович Ким Сегнетоэлектрические тонкие пленки

Основные результаты

Дмитрий Станиславович Ким Сегнетоэлектрические тонкие пленки

Основные результаты

  • На основе данных рентгеноструктурных исследований, микроскопии высокого разрешения, динамики переключения, генерации второй гармоники, исследования фазовых переходов доказано наличие сегнетоэлектрического состояния в наноразмерных объектах с характерным размером меньше 7 нм.
  • В наноразмерных сегнетоэлектриках обнаружено аномально высокое значение диэлектрической проницаемости и поляризации и их слабая зависимость от температуры.
  • Впервые установлено, что в пленках BST отсутствуют гистерезисные явления при времени переключения спонтанной поляризации меньше 1 нс.
  • В гетероэпитаксиальных пленках с атомарногладким поверхностным рельефом оптические потери в волноводном режиме меньше 1 dB/cm.
  • Обнаруженные свойства гетероструктур открывают возможность создания электронноуправляемых устройств микроэлектроники нового поколения.

Иллюстрация управления морфологией поверхности

Иллюстрация управления размерами доменов

Влияние толщины пленки: на параметр решетки, рамановской частоты ТО2 и диэлектрической проницаемости

Влияние толщины пленки и внешнего электрического поля на диэлектрическую проницаемость

Влияние толщины на доменное строение монокристаллических пленок BST

Влияние толщины пленки на доменное строение; 1 – 3.5 мкм, 2 – 1.1 мкм, 3 – 0.9 мкм, 4 – 0.7 мкм, 5 – 0.5 мкм, 6 – 0.3 мкм, 7 – 0.1 мкм, 8 – 0.06 мкм.

Иллюстрация смещения фазового перехода при изменении толщины сегнетоэлектрической пленки Ba0.8Sr0.2TiO3