Создание принципиально новых элементов микроэлектроники на гетероструктурах с наноразмерными сегнетоэлектрическими пленками как новой электрически-управляемой среды

Разработка высокотехнологического оборудования и современных подходов (теоретических и экспериментальных) для создания гетероструктур с наноразмерными пленками нелинейных диэлектриков, обеспечивающих реализацию параметров, существенно превосходящих аналоги за рубежом. Создание новой среды для электрически перестраиваемых (с малым потреблением энергии в цепях управления) устройств гигагерцового и терагерцового диапазонов (фазированных антенных решеток, перестраиваемых резонаторов, фильтров, линий задержки) для сверхскоростных оптических модуляторов. Современный этап развития информационных технологий требует перехода на качественно 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. Актуальность тематики обусловлена тем, что исторически сложилось, что обработка и хранение данных, например, происходят в разных устройствах компьютера. Объединить вычислительные элементы и ячейки памяти в один элемент означает нечто большее, чем увеличение плотности. Создание транзистора с многобитовой памятью - это заявка на имитацию структуры головного мозга. Сегнетоэлектрический полевой транзистор (FeFET) - наиболее перспективный для реализации данной идеи, но без существенного продвижения в реализации. Здесь требуются новые подходы. Наши исследования направлены не столько на создание монокристаллических сегнетоэлектрических пленок на Si (современный подход), сколько на переход к формированию сложной доменной структуре, реализуемой только в наноразмерных структурах, c угловым распределением элементарных нанодоменов (линейный размер 2-5 нм) с набором устойчивых Ps, m (m = 1, 2….) состояний. Индекс m отражает состояния “супердомена”, локально устойчивое состояния которого зависит не только от внешнего электрического поля, но и от предыстории переходов сегнетоэлектрического слоя в это состояние. Такой подход позволит более целенаправленно подойти к решению задачи многобитовой памяти и возможности реализации механизмов обучения при исследованиях, направленных на создание систем искусственного интеллекта. Привлекательность идеи интеграции сегнетоэлектриков с микроэлектронными технологиями, которая ярко отражена в появлении нового междисциплинарного направления «integrated ferroelectric») позволит решить проблему создания полностью интегрированных неохлаждаемых приемников высокого разрешения ИК-излучения на основе пироэлектрического эффекта в тонких пленках. Для улучшения характеристик пироэлектрических детекторов с целью их выигрыша в соревновании с охлаждаемыми квантовыми приемниками требуется создать гетероструктуры сегнетоэлектриков с большим пирокоэффицентом. Кроме отмеченного выше, современные телекоммуникационные системы оптического диапазона перемещаются в область сложных оптических систем интегрального исполнения (электрооптические модуляторы, мультиплексоры, переключатели и т.д.). Поэтому в последние годы идет интенсивный поиск полифункциональной среды для таких устройств. Предлагаемое решение состоит в использовании интерферометра Маха-Цендера в электронно-перестраиваемых устройствах. Для этого необходимо уменьшить его размеры до 1-2 мм, понизить рабочие напряжения, повысить функциональность, добиться синфазного распространения сигналов оптического и СВЧ диапазонов. Формируя фотонные кристаллы в микрополосковых оптических линиях приводит к уменьшению групповой скорости и длины устройства до 1.5 мм. Монокристаллические сегнетоэлектрические пленки, осажденные по слоевому механизму на MgO, являются континуальной средой для реализации поставленной цели.