Гетероструктуры, многослойники и сверхрешетки нелинейных диэлектриков – новая континуальная среда для микроэлектроники нового поколения.

азработать высокотехнологическое оборудование и современные подходы (теоре-тические и экспериментальные) для создания гетероструктур с наноразмерными нелинейными диэлектриками, обеспечивающее параметры, существенно превосходящие аналоги за рубежом. Современный этап развития информационных технологий требует перехода на ка-чественно новую ступень развития принципов построения информационно-управляющих систем, которые содержат в себе объект управления: (1) сенсорную подсистему; (2) подсистему анализа и принятия решений; (3) активаторную подсистему. Бурное развитие микроэлектроники обеспечило решение проблем создания анализирующей подсистемы при существенном отставании двух других подсистем. Микроэлектромеханические системы в значительной мере снимают эту диспропорцию, так как становится возможным использовать единые технологические методы для формирования сенсорных структур различного назначения. Использование сегнетоэлектрических материалов позволит внести в микроэлектромеханические системы новые физические принципы. Создать новую среду для электрически перестраиваемых (с малым потреблением энергии в цепях управления) устройств гигагерцового и терагерцового диапазонов (фази-рованных антенных решеток, перестраиваемых резонаторов, фильтров, линий задержки) для сверхскоростных оптических модуляторов. Гетероструктуры, многослойники и сверхрешетки на основе нелинейных диэлектрических материалов (сегнетоэлектриков, мультиферроиков, полупроводников) со структурой типа перовскита, калий-вольфрамовой бронзы и фаз Ауривиллиуса являются на настоящий момент наиболее перспективными функциональными средами для микро- и наноэлектроники, СВЧ техники, сенсорики, спинтроники и ряда других направлений. В частности, одной из важнейших концепций использования сегнетоэлектрических гетероструктур в микроэлектронике является энергонезависимая память (FeRAM), где в качестве подзатворного диэлектрика в полевом транзисторе используется сегнетоэлектрическая пленка. Вторым важным применением сегнетоэлектрических пленок является перспективы использования их при создании принципиально новых микроэлектромеханических устройств (МЕМС). В этих применениях предполагается использование переключения поляризации и создание после переключения устойчивого поляризованного состояния до следующего полевого воздействия. Однако, экспериментальные данные оказались далеки от возможности практического применения. Основным ограничением для использования указанного класса структур в микроэлектронике оказалось отсутствие технологии получения тонкопленочных сегнетоэлектрических материалов высокого структурного совершен-ства, а также обеспечение контролируемого качества границы раздела сегнетоэлектриче-ская пленка - подложка. Эта задача до сих пор не получила теоретического и эксперимен-тального решений, приводящих к практическому использованию эффекта переключения поляризации, особенно в наноразмерных пленках, несмотря на то, что основные концеп-туальные положения были изложены еще в пионерских работах. В последние годы вопросам стабильности поляризованного состояния и динамики переключения придается большое значение, поскольку интерес к энергонезависимой FeRAM памяти, МЕМС и СВЧ-элементам только возрастает. Для создания многослойных гетероэпитаксиальных структур будет использоваться разработанный нами способ осаждения. Принципиальное отличие способа от известных аналогов состоит в том, что рост монокристаллических пленок происходит из дисперсной фазы оксида, образующейся в плазме сильноточного высокочастотного разряда при рас-пылении керамической мишени при высоких давлениях кислорода на кластерном уровне с последующим ростом их до пылевого состояния. Отличие от широко исследованных конденсатов в плазме проявляется в структуре пылевых частиц, а именно в наличии “ядра” и оболочки из легко летучих компонент оксида. Механизмами роста, степенью структурного совершенства, а тем самым и свойствами пленок можно широко варьировать, находясь в рамках трехмерного фазового пространства b(энергетика пучковых электронов), p (давление кислорода) и q (степень структурного совершенства пленки). Таким образом, впервые многопараметрическую задачу условий получения пленок удалось свести к одной фазовой диаграмме, что существенно упрощает создание гетероструктур многокомпонентных веществ по механизму Франка-Ван дер Мерве. В настоящем проекте предусматривается следующая парадигма исследований: наноуровень (параметры ячейки) – деформация - мезоуровень (динамика решетки – изменение симметрии) – микроуровень (доменное строение) – макроуровень (диэлектрические характеристики). Управление свойствами объемных сегнетоэлектрических материалов обычно осуществляется вариациями состава. В гетероструктурах на основе сегнетоэлектрических пленок открывается новая возможность управления свойствами путем создания контролируемой деформации элементарной ячейки, определяемой внутренними напряжениями, величина которых зависит от параметров решётки пленки и подложки, коэффициентов их теплового расширения, плотности дислокаций несоответствия и возникновения спонтанной поляризации при фазовом переходе из парафазы в сегнетоэлектрическую при охлаждении от температуры осаждения до комнатной. Эти напряжения могут приводить к образованию в плёнках новых фазовых состояний, которые не реализуются в объёмных материалах, и, как следствие, к появлению новых свойств.