Создание и исследование высокоэффективных конденсаторных структур на основе сегнетоэлектрических материалов различных составов для перспективных энергонезависимых запоминающих устройств

На сегодняшний день рынок запоминающих устройств с произвольной выборкой (ЗУПВ) (DRAM) представляет собой большой и стремительно развивающийся сектор изделий микро- и наноэлектроники. Конкуренция на этом секторе рынка, сопровождающаяся постоянным увеличением степени интеграции и уменьшением стоимости бита информации, и определяет одно из лидирующих положений отрасли на рынке микроэлектронных устройств. Тенденция увеличения емкости ЗУВП обеспечивается следующими основными факторами: уменьшение топологического разрешения, увеличением размера кристалла, уменьшением площади ячейки. Дальнейшее увеличение размеров кристалла сдерживается экономическими причинами повышения стоимости на рынке, что делает данную технологию невостребованной, а уменьшение топологического разрешения ограничено физическими пределами существующего оборудования, как в России, так и за рубежом. В связи с этим микроэлектронная промышленность столкнулась с необходимостью внесения существенных изменений в технологические процессы создания ЗУПВ. Площадь, занимаемая ячейкой памяти, состоящая из транзистора и конденсатора, непрерывно уменьшается, в то время как емкость конденсатора должна оставаться неизменной для обеспечения необходимой чувствительности и помехозащищенности. Решение этой проблемы возможно двумя путями. Первый путь - увеличение площади конденсаторного элемента, т.е. увеличение ячейки, что снижает количество элементов на единицу площади, а, следовательно, конкурентоспособность устройства, и второй путь - применение материала диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью. Среди таких материалов наибольший интерес представляют активные диэлектрики, в частности сегнетоэлектрики. Одно из уникальных физических свойств сегнетоэлектрических материалов (высокая диэлектрическая проницаемость, изменяемая под действием внешнего поля) позволяет создать высокоэффективные конденсаторные элементы для ЗУПВ в которых активным элементом является тонкая сегнетоэлектрическая пленка. Разработка высокоэффективных и надежных конденсаторных элементов, в которых активным элементом является тонкая сегнетоэлектрическая пленка, является актуальным и может стать одним из основных направлений в области создания конкурентоспособных промышленных отечественных производств ЗУПВ. Научная новизна проекта состоит в использовании эффектов наноструктурирования для синтеза нового класса сегнетоэлектриков на основе тонких слоев и многослойных структур и комплексном исследовании морфологии и электрофизических свойств конденсаторных структур на основе пленок составов: титанат бария стронция с общей формулой BaxSr1-xTiO3 (BST); танталат-ниобат висмута-стронция с общей формулой SrXBiYNbZTa2-ZO9 (SBTN); танталат висмута-стронция с общей формулой SrXBiYTa2-ZO9 (SBT); оксид гафния с общей формулой HfОx (НfО2). Исследования электрофизических свойств сегнетоэлектрических пленок составов (BST, SBTN, SBT, HfO2) с учетом влияния различных внешних воздействий, таких как электрические и тепловые поля, позволят выявить максимальные значения диэлектрической проницаемости, а также изучить стабильность физических свойств, в частности частотных и емкостных зависимостей. Результаты будут представлять собой существенный шаг вперед в создании конденсаторных структур для высоконадежных энергонезависимых ячеек памяти на основе конденсаторных структур с пленками составов (BST, SBTN, SBT, HfO2).