Разработка высокоэффективных пьезо- и пироэлектрических материалов для устройств микроэлектромеханики

В проекте предполагается разработать и реализовать подходы, с помощью которых можно изготавливать тонкопленочные материалы для микроэлектромеханических и ИК устройств кремниевой микроэлектроники, характеризующиеся не только экстремальными электромеханическими (или пироэлектрическими) параметрами, но и достаточно простыми (и значит, конкурентоспособными) технологиями их получения. Предполагается проведение исследований по двум группам материалов: - сегнетоэлектрические твердые растворы цирконата-титаната свинца, состав которых соответствует а) области морфотропной фазовой границы, где большинство электрофизических параметров (в том числе, электромеханических) достигают максимальных значений, б) области составов, предположительно в пределах существования тетрагональной модификации сегнетоэлектрическойфазы, где могут быть найдены оптимальные пироэлектрические характеристики. Для реализации поставленных задач будут выявлены и устранены причины, которые приводят к существенному снижению значимых электромеханических (пироэлектрических) характеристик в сравнении с их объемными аналогами, среди которых основными являются элементная неоднородность твердых растворов, как по толщине тонкого слоя, так и по площади, размерные эффекты, фазовая однородность (или неоднородность), физическое наличие (или отсутствие) промежуточной моноклинной модификации, с существованием которой многие связывают экстремальный характер физических параметров в области морфотропной фазовой границы (для ее идентификации будет развита методика микрофазового анализа на основе дифракции отраженных электронов), наличие той или иной ростовой текстуры (и связанные с ростовой текстурой механические напряжения), возможности формирования естественно-униполярного состояния, где величина макроскопической поляризации достигала бы значений, сравнимых с величиной спонтанной (остаточной) поляризации. Реализация этих задач связывается с использованием технологии ВЧ магнетронного распыления, разработке способов тонкого варьирования элементного состава, использованием различных подслоев для контроля той или иной ростовой текстуры, варьированием температуры отжига при формировании кристаллической (перовскитовой) фазы твердых растворов, изменением толщины получаемых слоев; - широкозонные полупроводники, в первую очередь, нитриды алюминия и галлия, которые предполагается выращивать на буферном нанослое карбида кремния, выращенного по новой технологии (твердофазного замещения) на монокристаллической подложке кремния. Предполагается вырастить кристаллически совершенные (эпитаксиальные) тонкие слои нитридов с полярной осью, ориентированной нормально к плоскости подложки, выявить условия, при которых возможно формирование тонких слоев нитридов с гладкой поверхностью (т.е., с минимальными механическими напряжениями, действующими со стороны подложки), характеризующихся экстремальными электромеханическими (пироэлектрическими) параметрами. Для этого в работе предполагается исследовать структурные и электрические свойства нитридов в зависимости от ориентации используемой подложки, технологических условий осаждения тонких слоев (температуры подложки, давления рабочего газа, скорости осаждения и т.д.). Все предполагаемые работы будут оригинальными, а полученные результаты – новыми. Результаты исследования позволят определить наиболее эффективные направления использования сформированных тонкопленочных структур для нового поколения устройств микроэлектромеханики и ИК техники.