автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Границы раздела в тонкопленочных структурах с сегнетоэлектрическими слоями

На правах рукописи

Афанасьев Петр Валентинович

ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА В ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУРАХ С СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛОЯМИ

Специальность: 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2006

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель -

кандидат физико-математических наук, доцент Петров А.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Козырев А.Б.

кандидат физико-математических наук, профессор Андронов А.Н.

Ведущая организация - ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН

Защита диссертации состоится » суусй^га?1 2006 г. в^ часов на заседании диссертационного совета Д 212.238.0^ Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан «ЧУ» 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Интерес к многослойным структурам с сегнетоэлекгрическими пленками обусловлен широкими перспективами их использования в приборах различного функционального назначения. Наличие двух и более устойчивых состояний поляризованное™ сегнетоэлектрика, которая может быть локально изменена под действием электрического поля, позволяет создавать не только перезаписываемые запоминающие устройства, сохраняющие информацию при отключенном питании, но также пироэлектрические и акустические преобразователи, оптические системы с адаптивными характеристиками. Использование совокупности свойств сегнето-электрических материалов в составе многослойных структур, например, при непосредственном контакте с полупроводниками, существенно расширяет их функциональные возможности, в реализации которых определяющую роль играют процессы на границах раздела сегнетоэлеюрической пленки с примыкающими слоями.

В то же время результаты большинства исследований свидетельствуют о значительных отличиях физических свойств тонких сегнетоэлектрических пленок особенно наноразмерной толщины, включенных в многослойную композицию, от свойств объемного аналога. Поэтому, при исследовании тонкопленочных структур с сегнетоэлекгрическими пленками необходимо принимать во внимание как технологические особенности формирования сегнетоэлектрических пленок (методы и режимы осаждения пленок, термообработку), так и влияние материалов подложки, электродов и слоев различного назначения (адгезионных, структурообразующих, буферных и т.п.), которые приводят к образованию гетерофазных границ раздела.

Среди сегнетоэлектрических материалов, используемых в микроэлектронике, наибольший интерес представляют тонкие поликристаллические пленки на основе твердых растворов цирконата-титаната свинца (ЦТС). Это обусловлено уникальностью сегнетоэлектрических, пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств системы ЦТС. Однако на пути широкого практического использования микроэлектронных структур на основе тонких пленок ЦТС стоит ряд нерешенных проблем, связанных с получением пленок необходимого состава без гетерогенных включений на интерфейсах кристаллитов, а также с обеспечением временной стабильности параметров структур. Кроме того, недостаточно изучены процессы то-копереноса в конденсаторных структурах и влияние на них оптического излучения. Это сдерживает применение пленок ЦТС в элементах памяти разных типов, датчиках излучения, устройствах акустоэлекгроники и микромеханики, эмиссионных приборах и т.п.

Таким образом, установление взаимосвязи между условиями формирования структур с тонкими поликристаллическими пленками ЦТС и их электрофизическими характеристиками, а также развитие на этой основе модельных представлений о процессах, протекающих в тонкопленочных структурах, представляют не только научный, но и практический интерес.

Целью работы является комплексное исследование влияния границ раздела на характеристики многослойных структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС на различных этапах их формирования и эксплуатации, а также оценка возможности их применения в функциональной электронике.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

• разработка вариативной технологии конденсаторных структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС;

• проведение комплекса физических и электрофизических исследований с целью определения „влияния технологических параметров на свойства полученных структур; ..

• изучение свойств гетерофазных межзеренных границ раздела в тонких поликристаллических, пленках ЦТС и оценка их возможного влияния на процессы долговременной релаксации (старения) и возникновения самополяризованного состояния;

• исследование оптических свойств тонкопленочных структур на основе ЦТС и определение возможности создания на их основе адаптивных приемников излучения. .

Научная новизна работы

1. Показано, что оксид титана на поверхности нижних платиновых или иридиевых электродов выступает в качестве центров кристаллизации перовскитовой фазы пленок цирконата-титаната свинца, в результате чего снижается температура формирования перовскитовой фазы, растет размер кристаллитов, степень тек-стурированности пленок ЦТС, значения их относительной диэлектрической проницаемости и остаточной поляризованности.

2. Экспериментально установлено, что процесс старения сопровождается значительным увеличением концентрации кислорода в пленках ЦТС, а также модификацией элементного и фазового состава границ раздела.

3. Показано, что процесс старения интенсифицируется для конденсаторных структур, технология которых предусматривает избыточное содержание оксида свинца в пленках ЦТС.

4. Экспериментально подтверждено, что уменьшение переключающегося заряда под действием электрического поля в состаренных поликристаллических пленках ЦТС обусловлено сорбцией кислорода на гетерофазных границах кристаллитов с оксидом свинца и закреплением поляризации в областях, прилегающих

К ЭТИМ ГрДНИЦаМг.,-;;

5. Показано, ;что самополяризованная пленка ЦТС может быть получена путем последовательного нанесения пленки оксида свинца и стехиометрической пленки ЦТС с и* последующим отжигом в кислородосодержащей среде.

6. Экспериментально .установлено, что низкотемпературный вакуумный отжиг приводит к исчезновению самополяризации в пленках ЦТС с избытком свинца. Это может быть-связано с десорбцией кислорода с гетерофазных межзеренных границ, содержащих оксид свинца.

7. Показано, что вольт-амперные характеристики в конденсаторных структурах с пленками ■Щ'С. описываются в рамках механизма токов, ограниченных пространственным зарядом, по межзеренному оксиду свинца с неравномерным распределением ловушек по энергиям. Приведены оценки концентрации лову-шечных центров.

8. Экспериментально исследована фоточувствительность конденсаторных струк- . тур с пленками ЦТС в видимом диапазоне оптического излучения и установле-

на ее природа, обусловленная фотогенерацией носителей в гетерофазных границах раздела, содержащих оксид свинца.

9. Впервые экспериментально обнаружено, что в режиме короткого замыкания конденсаторной структуры величина и направление стационарного фототока определяются величиной и направлением остаточной поляризованности сегне-тоэлектрической пленки.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Отработана технология формирования тонкопленочных конденсаторных структур на основе ЦТС различного состава; предложены технологические приемы, позволяющие повысить воспроизводимость параметров конденсаторных структур со стабильными во времени характеристиками.

2. Предложен новый метод получения самополяризованных пленок ЦТС путем последовательного нанесения слоев оксида свинца и ЦТС толщиной 20 нм и 300 нм, соответственно, при температуре подложки 150°С и отжигом тонкопленочной структуры в кислородосодержащей среде при температуре 600"С в течение 30 мин. Метод может быть использован для создания пироэлектрических матриц высокого разрешения.

3. Предложен новый способ оптического считывания информации в тонкопленочной конденсаторной ячейке памяти на основе пленок ЦТС с избытком свинца по направлению фототока в режиме короткого замыкания.

4. Разработан эффективный метод гашения остаточной фотопроводимости в структурах сегнетоэлектрик-полупроводник путем приложения переменного электрического поля к управляющему электроду относительно электродов полупроводникового резистора. Разработанная фоточувствительная структура и методика ее использования в системе контроля оптического излучения защищена патентом на изобретение Российской Федерации (Пат. РФ № 2281585 /Афанасьев П.В., Афанасьев В.П., Панкрашкин A.B. Датчик оптического излучения и система контроля оптического излучения с его использованием. Опубл. 10.08.2006. Бюл. №22.).

5. Результаты работы использованы при выполнении: гранта Санкт-Петербурга в сфере научной и научно-технической деятельности (2003 г.), проектов Федерального агентства по образованию в рамках программ «Развитие научного потенциала высшей школы (2005 г.)» проекты №75112 и №75433, «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 пг.)» проект РНП.2.1.2.7083, а также хоздоговорной работы «Развитие спектроскопических методик исследования границ раздела сегнетоэлектрик-металл» (2004-2005 гг.).

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Процесс старения конденсаторных структур на основе пленок ЦТС характеризуется значительным увеличением концентрации кислорода в пленках ЦТС, модификацией элементного и фазового состава границ раздала, и интенсифицируется в пленках, содержащих избыток оксида свинца.

2. Уменьшение переключающегося под действием электрического поля заряда в поликристаллических пленках ЦТС, прошедших процедуру искусственного старения, связано с уменьшением переключающегося объема кристаллитов, ко-

торое обусловлено закреплением поляризации на заряженной межзеренной гра-' нице вследствие сорбции на нее кислорода.

3. Вольт-амперные характеристики в конденсаторных структурах с пленками ЦТС удовлетворительно описываются в рамках механизма токов, ограниченных пространственным зарядом, протекающих по межзеренному оксиду свинца с неравномерным распределением ловушек по энергиям.

4. Фотопроводимость структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС в видимом диапазоне оптического излучения обусловлена фотогенерацией носителей в гетерофазных границах раздела, содержащих оксид свинца.

5. Величина и направление стационарного фототока в режиме короткого замыкания конденсаторной структуры определяются величиной и направлением остаточной поляризованности сегнетоэлектрической пленки.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах, семинарах и школах:

• на . конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ", Санкт-Петербург, 2000 - 2006 гг.;

• на, rorroît ..Санкт-Петербургской Ассамблеи молодых ученых и специалистов, Санкт-Петербург, 2000 г.; .

• на региональных научных молодежных школах: "Физико-химические аспекты современного электронного материаловедения", Санкт-Петербург, 2000 г.; "На-номатериаы, нанотехнологии, наноструктуры и методы их анализа", Санкт-Петербург, 2001 г.; "Микро- и наносистемная техника" (материалы, технологии, структуры и приборы), Санкт-Петербург, 2002 г.; "Микро- и нанотехнологии", Санкт-Петербург, 2003 г.; "Технология и дизайн микросхем", Санкт-Петербург, 2005 г.; ,

• на региональных научно-технических конференциях, посвященных Дню. радио, Санкт-Петербург, 2003 г., 2005 г.;

• на всероссийской школе-семинаре "Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения", Дубна, 2001 г.;

• на всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов: Микроэлектроника и информатика-2001, Зеленоград, 2001 г.; Микроэлектроника и йнформатика-2003, Зеленоград, 2003 г.; Микроэлектроника и информатика-2004, Зеленоград, 2004 г.;

• на международной научно-технической конференции "Тонкие пленки и слоистые структуры", Москва, 2002 г.;

• 7-th European Conference on Applications of Polar Dielectrics (ECAPD7), Liberec, Czech Republic, 2004;

• на XVII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлекгриков (ВКС- XVII-2005), Пенза, 2005 г.;

• Fall Meeting of the Materials Research Society (MRS-2005, MRS-2006), Boston,

? МЛ, USA, 2005, 2006;

• 8-tK Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF-8), Tsukuba, Japan, 2006.

Публикации. По теме диссертации опубликованы б научных работ, из них 3 статьи, 2 работы в материалах Международных научно-технических конференций, и 1 патент на изобретение РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 123 наименования. Основная часть работы изложена на 115 страницах машинописного текста. Работа содержит 37 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обоснована актуальность работы, определены цели и задачи исследования, сформулированы научная новизна, практическая значимость полученных результатов и научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер. В главе обобщены и систематизированы литературные данные об основных свойствах тонких сегнетоэлектрических пленок, и структур на их основе. Обоснован выбор цирконата-титаната свинца как основного материала для синтеза тонкопленочных структур, являющихся объектами изучения. Приведен обзор экспериментальных работ, посвященных проблемам технологии, исследованию физических и электрофизических свойств тонкопленочных структур на основе ЦТС.

Проанализировано современное состояние представлений о деградационных процессах, о природе возникновения самополяризованного состояния, механизмах проводимости, об оптических свойствах структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС. Особое внимание уделено литературным данным о границах раздела и их влиянии на характеристики тонкопленочных структур. Отмечается, что в большинстве работ не уделяется должного внимания роли межзеренных и интерфейсных границ раздела при интерпретации электрофизических характеристик структур и их взаимосвязи с технологическими режимами и условиями эксплуатации.

На основании проведенного анализа литературы формулируется цель и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена описанию технологических приемов и оборудования для создания тонкопленочных структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС и методам их характеризации.

Рассмотрены вопросы, связанные с технологической и физико-химической совместимостью материалов подложки, электродов и сегнетоэлектрической пленки ЦТС. Обосновывается выбор использованных в работе подложек (монокристаллический кремний, ситалл СТ50-1) и нижних электродов (платина, иридий) из широкого круга материалов, применяемых при создании многослойных структур с сег-нетоэлектрическими пленками.

Описана технология нанесения платиновых и иридиевых электродов методом ионно-плазменного распыления. Представлены результаты оптимизации технологического процесса формирования нижних платиновых электродов. Показано, что возникающие при использовании платины проблемы, связанные с развитым мик-

рорельефом поверхности, удается решить при комплексном подборе мате.™ я,

ГГГ П°Г0Я' Раб0Ч6Й а™°сФеРы ос^Дения и режимоГпТследаМ теп" мообработки. Пленки платины толщиной 80 нм осаждались на по™жТи ИТ1гЯГ

да, »фемния и сапфира методом ионно-гшазменног^аспыленГГуст™ ™

электродного тана, при температуре 450°С в газовой смеси (95% % + 5 % о^ ^

таГСйГ* НМ/МШ- В КаЧеСТВ6 адге™°™ подслоя исполыовадись пленш ти 1ШКСЛЯ Т0ЛЩИН0Й 50 Наиболее качественные „и"элек троды были получены после термообработки в кислороде при темпега^е 45П*г

m

15М

"»AWHR. Л "Щ:

а)

б)

Рис.1 Микротопографические изображения "поверхности пленок Pt тот™

n^W ' °СадДе1ШЫХ Н3 «л™*» подложку с^одГоем ™ (а) Пе-"

(бХ после —*в ~-

шается по сравнению с пленкой без -планового подслоя (риГГб) ^

пусканием не менее 30% в ультрафиолетовой и видимой областГшеьГа 07°~ дающих удельным сопротивлением не более 0,5 мкОм-м ^

6ЫТКОМ СВИНЦа РЬ(2Гл^Т1л^П,4-1 ПО/ РЦГ> „ ,. F ГО^Г0.54 i 10.4б)О3 и с из-

ний (MOCVD). Формирование перовскитовой фазы пленок ЦТС производилось путем отжига в кислородосодержащей среде при температурах 550 - 650°С.

На всех этапах технологии формирования конденсаторных структур при различных параметрах синтеза и внешних воздействий привлекался широкий спектр методов исследования элементного и фазового состава, структуры и морфологии поверхности, как отдельных слоев, так и тонкопленочных структур: электронная Ожс-спектроскопия, рентгеновский фазовый анализ, растровая электронная микроскопия, дифракция быстрых электронов, методы атомно-силовой микроскопии. В главе приведены параметры аппаратуры и даются оценки локальности и чувствительности измерений применительно к исследованию сложных гетерофазных систем. Для метода электронной Оже-спектроскопии осуществлен выбор аналитических линий, используемых в дальнейшем для регистрации профилей распределения элементов по глубине исследуемых поликристаллических структур, а также анализа элементного и фазового состава.

Рассмотрены методики измерения электрофизических и фотоэлектрических характеристик тонкопленочных структур (исследование вольт-фарадных и вольт-амперных характеристик, петель гистерезиса по методу Сойера-Тауэра, пирооткли-ка). Приведено описание экспериментальных установок.

В третьей главе приводятся экспериментальные данные исследований физико-химических и электрофизических свойств тонких поликристаллических пленок цирконата-титаната свинца и структур на его основе, в обсуждении которых основное внимание уделяется роли гетерофазных межзеренных и интерфейсных границ.

Проведенные исследования показали, что пленки ЦТС различной толщины, полученные при вариации технологических режимов нанесения и отжига, представляют собой поликристаллические слои, кристаллизующиеся в структуре пе-ровскита с выраженной текстурой в направлении <111>, однородным распределением компонент по толщине и интерфейсами малой протяженности. Средний размер кристаллитов в зависимости от толщины пленки ЦТС варьируется от 30 до 200 им. Переходная область границы раздела электрод-пленка ЦТС для образцов после их формирования не превышает 20 нм. Микроструктурный анализ пленок ЦТС с избытком свинца показал, что в процессе формирования перовскитовой фазы происходит выделение избыточного оксида свинца на границах кристаллитов.

Очевидно, что параметры конденсаторных структур в значительной степени определяются материалом и свойствами электродов, а с учетом их формирования, главным образом свойствами нижнего электрода, который, в определенной степени, является структурообразующей поверхностью при осаждении сегнетоэлектри-ческой пленки. Поиски оптимальных условий для формирования сегнетоэлектри-ческой фазы пленок ЦТС на платине привели к использованию платинового электрода с подслоем титана, несколько изменив технологию его формирования. Экспериментальные исследования методом электронной Оже-спектроскопии структур Pt-Ti-подложка, в которых слой титана толщиной не более 50 нм выполнял функцию адгезионного подслоя, убедительно показали, что при высокотемпературной обработке в кислородосодержащей среде инициируются процессы диффузии титана из подслоя и его окисление на поверхности платиновой пленки. Кластеры оксида титана являются центрами зародышеобразования перовскитовой фазы, снижают

температуру ее формирования и приводят к улучшению структуры и электрофизических свойств пленок ЦТС.

В качестве альтернативы широко используемым платиновым электродам в работе был выбран иридий. Это связано с существенно меньшим микрорельефом иридиевых пленок, позволяющим формировать на их поверхности пленки ЦТС толщиной 100 нм и менее, а также с их более низким удельным сопротивлением. Кроме того, проведенные нами исследования структур с иридиевыми электродами показали его хорошие буферные свойства, предотвращающие взаимную диффузию атомов из адгезионного подслоя, подложки и пленки ЦТС (рис.2). Однако особенности режимов формирования сегнето-электрической фазы и долговременная эксплуатация приводят к заметному окислению иридия, и как следствие, к увеличению сопротивления нижнего электрода, уширению границы раздела ЦТС-1г.

Повысить структурное совершенство пленок на иридиевом электроде можно путем формирования на его поверхности структурообразующего слоя (например, тонкого слоя РЬТЮ3), что относительно легко реализуется при использовании метода МОСУЕ). Проведенные эксперименты показали, что использование подслоя действительно повышает структурное совершенство пленок ЦТС (увеличивается размер кристаллитов, растет степень текстурированно-сти). Однако в процессе старения такого рода структур наблюдалось существенное перераспределение компонентов по толщине, связанное с диффузией титана и свинца в пленку ЦТС, приводящее к ухудшению их электрофизических свойств.

Наряду с влиянием электродов на параметры сегнетоэлектрических конденсаторов, "необходимо учитывать изменение характеристик тонких поликристаллических пленок ЦТС, в том числе, возможную модификацию межзеренных границ. Одной из широко обсуждаемых в литературе последних лет проблем, возникающих в процессе эксплуатации подобного рода структур, является усиление дегра-дационных эффектов с уменьшением толщины сегнетоэлектрических пленок, что проявляется в уменьшении переключаемого заряда, искажении формы петель гистерезиса и С-У характеристик, увеличении токов утечки и т.п.

Анализ механизмов деградационных явлений (процессов старения) в тонкопленочных образцах проводился путем сопоставления экспериментальных результатов исследования физико-химических и электрофизических свойств конденсаторных; струюур сразу после изготовления и после процедуры искусственного старения (выдержка образцов при температуре 120°С в течение 1000 часов, эквивалентная 10 годам хранения при комнатной температуре).

В таблице 1 приведены типичные значения электрофизических параметров, полученных при исследовании серии образцов, различающихся технологическими режимами' нанесения слоев, влияющими на избыточную концентрацию оксида свинца в пленке ЦТС. Видно, что процедура старения приводит к ухудшению па-

—РЬ (1) <2) <2)Ш<1)

—л—гя

щ .14

ЖМИ1 —1—т»

о ю го эо 4о 50 во

Вр|Ы1 Р1СП1Я1ИШ.ШН

Рис.2. Профиль распределения элементов по толщине образца с иридиевыми электродами (метод ЭОС)

раметров исследуемых структур. Особо выделим тот факт, что наличие избыточного свинца в пленке интенсифицирует деградационные процессы.

Табл. 1. Параметры конденсаторных структур до и после старения

Структура РЬ Толщина пленки ЦТС, нм. Начальное 2 Рл, мкКл/см С, нФ (/■= 1 МГц, С/=0В) 1в8, (/= 1 МГц, £/=0В) I, пА (и= 0,5 В)

гт+п

РЩТСЛг (после изготовления) 0,6 100 29,9 8,53 0,35 0,5

РЩТСДг (после старения) 0,53 100 9,1 8,26 0,40 0,8

1г/ЦТСЛг (после изготовления) 0,66 100 36,8 6,99 .. 0,25 : . 29,0

1г/ЦТС/1г (после старения) 0,61 100 8,2 6,17 0,35 30,0

Профили распределения элементов по глубине образцов, представленные на рисунке 3, а и б (до и после процедуры искусственного старения, соответственно), показывают значительное увеличение концентрации кислорода в пленках прошедших процедуру искусственного старения при неизменности концентраций свинца, циркония и титана, а также заметное изменение ширины и фазового состава интерфейсов. Полученные данные позволяют сделать предположение об определяющей роли концентрации кислорода в изменении электрофизических свойств структур в процессе старения. Следует отметить, что для пленок, синтезированных с заведомо повышенным содержанием свинца, наблюдается более значительное увеличение концентрации кислорода после процедуры старения.

3,5 | 3

г 2,5

г 2

| 1>5

I 1

Е 0,5

= о

а) 1 *РЬ ■ 1г 71 Т1 «0|

V—

« • ..... •

20 40 60

Время риспылемм, н»

0 20 10 60 Время растлен«, ин

20 40 60 80

Время расгылтт, им

Рис.3. Профили распределения элементов по толщине образцов 1г-ЦТС-1г (метод ЭОС): а — до процедуры искусственного старения,

б - после процедуры искусственного старения,

в - после процедуры искусственного старения и отжига в вакууме при 120°С в течение 30 мин.

Это позволяет предположить, что в процессе формирования перовскитовой фазы ЦТС происходит вытеснение избыточного свинца на границы кристаллитов и образование фазы оксида свинца, обуславливающее частичное увеличение концентрации кислорода. Этот вывод подтверждается результатами микроструктурного анализа. На основании совокупности полученных результатов можно заключить, что значительная часть избыточного кислорода обусловлена его сорбцией на формируемых гетерофазных межзеренных границах. Для проверки этого предположения был проведен низкотемпературный вакуумный прогрев состаренных образцов, который продемонстрировал снижение концентрации кислорода в пленке (рис.3, в), сопровождавшееся частичным восстановлением электрофизических характеристик структур.

На основе анализа полученных результатов был предложен следующий механизм старения, связанный с формированием гетерофазной межзеренной границы

и последующей сорбцией на нее кислорода. Схематическое представление этого процесса приведено на рисунке 4. Механизм старения сводится к закреплению направления поляризации в областях зерен, прилегающих к заряженной межзеренной границе. Это приводит к уменьшению переключающегося объема в образцах. Методом атомно-силовой микроскопии удалось независимым способом подтвердить уменьшение переключающегося объема пленки ЦТС в процессе старения. В электростатическом режиме АСМ проводилось сканирование по строке, когда регистрируемый сигнал пропорционален емкости, и, следовательно, диэлектрической проницаемости. Полученные экспериментальные результаты однозначно демонстрировали спад диэлектрической проницаемости на межзеренной границе и ее заметное уменьшение в приграничной области.

Дополнительным подтверждением предлагаемой модели старения являются результаты исследования сквозной проводимости конденсаторных структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС. Исходными данными для анализа являлись, как величина такой проводимости в пленках ЦТС после их формирования, так и ее увеличение в образцах, прошедших процедуру старения. Как и следовало ожидать, величина токов утечки увеличивается с ростом избытка оксида свинца в пленках ЦТС, т.е. зависит от соотношения компонент металлорганиче-ских предшественников при их синтезе.

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) образцов, полученных различными способами с разным содержанием избыточного оксида свинца, до и после процедуры старения демонстрирует идентичный характер. В двойном логарифмическом масштабе ВАХ спрямляются с двумя характерными областями линейной и степенной зависимости тока от напряжения (рис.5). Подобный вид ВАХ позволил сделать предположение, что механизм транспорта в исследуемых образцах обусловлен токами, ограниченными пространственным зарядом (ТОПЗ), связанным с наличием в

кислород

Рис.4. Модель процесса старения в пленках ЦТС

материале ловушек с экспоненциальным распределением по энергиям. ВАХ в этом случае может быть описана выражением:

__г_

/+г /+1 н с/2'*1'

где / = Э(1п/)/с>(1пР) - 1, Н - концентрация ловушечных центров; а напряжение, соответствующее переходу от омической проводимости к ТОПЗ:

д^Н р [ / + 1 1 + 1 ?

п~ е. V/1 1*21 + 1} '

—♦—до старения 1 ^ -«—посте старения! л

/ / ~ V*

■

Г~ V 1.6 В

Нжпряж»ни«, В

Рис.5. ВАХ структуры Р1-ЦТС-1г (толщина пленки ЦТС - 100 нм)

Оценки, выполненные с использованием приведенных выше выражений, показывают удовлетворительное согласие экспериментальных ВАХ с расчетами в предположении, что транспорт носителей осуществляется по гетерофазным межзеренным границам, содержащим оксид свинца с концентрацией ловушечных центров порядка 10'6 см-3.

В рамках развиваемых в работе модельных представлений была предпринята попытка объяснения широко обсуждаемого в литературе эффекта самополяризации, возникающего в тонких поликристаллических пленках ЦТС при определенных технологических условиях их синтеза. Использованный в работе способ получения самополяризованных пленок ЦТС основан на распылении керамической мишени с избытком свинца. Самополяризация в этом случае проявляется в асимметрии петель диэлектрического гистерезиса и С-У характеристик. Однако эффект самополяризации наблюдаются на фоне заметного ухудшения электрофизических свойств конденсаторных структур, которое выражено в уменьшении диэлектрической проницаемости и остаточной поляризованности, в возрастании тангенса угла диэлектрических потерь и токов утечки. Приведенные результаты экспериментальных исследований кажутся вполне закономерными, если учитывать, что сама технология подразумевает избыток свинца и, как следствие, наличие его оксидов на границах раздела. Исследование профилей распределения элементов по глубине образцов методом электронной Оже-спектроскопии (рис.6, а) показывает заметное

а)

Рис.6. Профили распределения элементов по толщине пленки ЦТС (метод ЭОС): а - после получения, б - после отжига в вакууме при 120°С в течение 30 мин

увеличение содержания свинца и кислорода на нижнем интерфейсе структуры, обусловленное образованием тонкого слоя оксида свинца в приэлектродной области. Относительно низкотемпературный вакуумный отжиг приводит к заметной трансформации профиля распределения вблизи нижнего электрода, проявляющейся в снижении концентрации кислорода и исчезновении самополяризованного состояния, что приводит к увеличению переключающегося заряда, при практически неизменных значениях токов утечки. Указанные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о существенной роли сорбции кислорода в формировании заряженного слоя на нижнем интерфейсе и, в конечном счете, в возникновении самополяризованного состояния.

На основании анализа полученных результатов был предложен новый способ формирования самополяризованного состояния в пленках ЦТС, суть которого сводится к последовательному нанесению пленок оксида свинца толщиной 20 нм на платинированную подложку и стехиометрической пленки ЦТС при температуре 150°С. После высокотемпературного отжига, обеспечивающего формирование пе-ровскитовой фазы, в пленках ЦТС проявляется эффект самополяризации, причем величина встроенного поля сравнима с полями для пленок, полученных по ранее описанной технологии. Исследования изготовленных новым способом конденсаторных структур с самополяризованными пленками ЦТС свидетельствуют о значительном улучшении их электрофизических параметров.

Четвертая глава посвящена исследованию оптических свойств тонкопленочных структур на основе пленок ЦТС. Облучение образцов проводилось ртутной лампой и галогенной лампой накаливания с использованием фильтров. Выбор области спектра диктовался предположениями о возможном влиянии как УФ облучения, так и облучения в видимой области спектра на свойства кристаллитов и гетерофаз-ных границ раздела, содержащих оксиды свинца, которое в свою очередь может повлечь определенные изменения электрофизических параметров конденсаторных структур.

Проведенные исследования показали наличие фотоотклика в тонкопленочных структурах на основе пленок ЦТС с избытком РЬО в видимом диапазоне оптического излучения. Типичные экспериментальные результаты приведены на рисунке 7. Видно, что при подаче напряжения 1В на фоне тока поляризации наблюдаются импульсы фототока, направление которого определяется полярностью приложенного напряжения. После снятия напряжения в режиме короткого замыкания конденсатора на фоне тока деполяризации наблюдаются импульсы фототока обратного направления (рис.7). Эксперименты, выполненные после воздействия различного по величине и полярности поляризующего напряжения, демонстрируют зависимость фототока короткого замыкания от величины и направления остаточной по-ляризованности пленки ЦТС (рис.8).

Рис.7. Фотоотклик в структуре Р1-ЦТС-1г при и = 1В и и = 0В

Изменение направления и величины фототока К.З. в зависимости от направления и степени поляризованное™ пленки ЦТС можно объяснить падевым воздействием поверхностного заряда остаточной поляризованное™ пленки ЦТС на концентрацию носителей

заряда в РЬО на интерфейсах >р>ия с

структуры. В качестве тех- Рис.8. Зависимость фототока от освещения

нического приложения рас- в ме к 3 Р1-ЦТС-1г после

смотренных выше экспери- поляризации напряжением+2 В и-2 В.

ментальных результатов

можно предложить метод считывания информации с сегнетоэлекгрической ячейки памяти по величине и направлению фототока.

Оставаясь в рамках развиваемых нами представлений, когда темновая проводимость обусловлена ТОПЗ по межзеренным границам, следует ожидать подобного механизма при воздействии оптического излучения. На рисунке 9 приведены типичные ВАХ, характеризующие темновую и фотопроводимость для исследуемых структур. Вид темновой вольт-амперной характеристики обсуждался выше и удовлетворительно согласуется с представлениями о ТОПЗ (рис.5). ВАХ при воздействии облучения характеризуется заметным возрастанием тока в диапазоне напряжений 0 - 1,5 В. При дальнейшем увеличении напряжения темновой и фототок практически совпадают. В двойном логарифмическом масштабе зависимость тока от напряжения спрямляется с тремя характерными участками: I ~ II, I ~ I/2,1 ~ и (рис.9). Зависимость I ~ и1 - типична для фото-ТОПЗ, а ее переход в 1 ~ V обусловлен превышением концентрации инжектируемых из электродов носителей над фотогенерируемыми.

При исследовании оптических свойств ряда конденсаторных структур наблюдалась длинновременная релаксация фототока, в частносга наблюдался временной гистерезис при измерении вольт-амперных характеристик. Рассчитанные времена нарастания и спада фотопроводимости в этом случае составляют величины порядка 100 и 1000 секунд, соответственно. Очевидно, что столь большие времена обусловлены высокой плотностью глубоких ловушек. Оценки, с учетом температурной зависимое™ фотопроводимости показывают, что концентрация таких центров находится в пределах 1016-1017 см"3, а глубина залегания - порядка 0,5 эВ. Следует особо отметить, что перевод сегнетоэлектрической пленки в парафазу (на-1рев выше точки Кюри) кардинально меняет фотоэлектрические свойства структур,

£ 1*10'"

/7

7

ОС В. • 1-V

ТВ4Н. • V

Напряжение. I

Рис.9. Темновая и ВАХ при освещении в видимой области спектра

полностью устраняя наблюдаемые эффекты долговременной релаксации. Очевидно, что это связано с изменением свойств полупроводниковых каналов (границ кристаллитов) при устранении влияния сегнетоэлеюрической матрицы.

Проведенный цикл исследований фотоэлектрических свойств конденсаторных структур на основе тонких пленок ЦТС намечает пути возможного использования таких структур в качестве энергонезависимых датчиков излучения в видимом диапазоне спектра.

Расширение функциональных возможностей приемников излучения для УФ диапазона возможно при использовании структур сегнетоэлектрик - широкозонный полупроводник. Дозиметрический датчик УФ излучения был реализован на структуре ЦТС- БпО^ (рис.10). Высокая фоточувствительность и остаточная фотопроводимость датчика имели место только в состоянии обеднения полупроводника носителями, которое обеспечивалось подачей отрицательного потенциала на нижний платиновый электрод (рис.10). Принцип работы структуры основан на том, что ультрафиолетовое излучение поглощается в пленке 8п02.х, в ней генерируются носители заряда, которые разделяются полем, обусловленным поверхностным поляризационным зарядом ЦТС. По мере возрастания дозы облучения концентрация дырок вблизи границы раздела СЭ-ПП увеличивается, а высота рекомбинационного барьера уменьшается, сопротивление падает. Очевидно, что эффект остаточной фотопроводимости наблюдается при ограничении дозы облучения, до значения, при котором сохраняется рекомбинационный барьер, обеспечивающий разделение неравновесных носителей заряда и аномально большое время их жизни. Выходным сигналом датчика является изменение сопротивления тонкопленочного резистора на основе диоксида олова, зависящее от поглощенной дозы облучения.

На рисунке 10 приведена зависимость изменения сопротивления тонкопленочного резистора при воздействии трех импульсов света длительностью 5 секунд, которые создают суммарную дозу облучения 30 Дж/м2. Исследования структуры показали, что кратность изменения сопротивления при переключении электрическим полем пленки ЦТС достигала 20, причем установленные уровни сопротивления были стабильны во времени

Обязательным условием работоспособности дозиметра является возможность многократного измерения дозы облучения, т.е. возможность эффективного гашения остаточной фотопроводимости после освещения структур сегнетоэлек-трик-полупроводник. В исследованных тонкопленочных структурах погасить остаточную фотопроводимость переключением поляризации сегнетоэлектрической пленки полностью не удавалось. Для решения указанной проблемы было предложено гасить остаточную фотопроводимость путем приложения переменного напряжения к фоторезистивному слою, за счет которого происходит разогрев струк-

Рис.Ю. Изменение сопротивления полупроводникового канала струюуры сегне-тоэлектрик-полупроводник (на врезке), при воздействии трех импульсов света длительностью 5 секунд.

туры и возвращение в исходное высокоомное состояние. Разработанная конструкция и использованные научно-технические решения защищены патентом РФ на изобретение «Датчик оптического излучения и система контроля оптического излучения с его использованием».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Отработана технология формирования тонкопленочных конденсаторных структур на основе ЦТС различного состава.

2. Проведено комплексное исследование влияния границ раздела на свойства сформированных тонкопленочных конденсаторных структур на основе пленок ЦТС. '

3. Показано, что оксид титана на поверхности нижних платиновых или иридиевых электродов выступает в качестве центров кристаллизации перовскитовой фазы пленок цирконата-титаната свинца, в результате чего снижается температура формирования перовскитовой фазы, растет размер кристаллитов, степень тек-стурированности пленок ЦТС, значения их относительной диэлектрической проницаемости и остаточной поляризованности.

4. Впервые экспериментально установлено, что процесс старения приводит к значительному увеличению концентрации кислорода в пленках ЦТС, который интенсифицируются в пленках ЦТС с избыточным содержанием оксида свинца.

5. Экспериментально подтверждено, что уменьшение переключающегося заряда в пленках ЦТС под действием электрического поля в результате старения обусловлено сорбцией кислорода на гетерофазных границах кристаллитов и закреплением поляризации в областях, прилегающих к этим границам. '

6. Показано, что вольт-амперные характеристики в конденсаторных , структурах описываются в рамках механизма ТОГО по межзеренному оксиду свинца с неравномерным распределением ловушек по энергиям. ь

7. Фотопроводимость структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС в видимом диапазоне оптического излучения обусловлена фотогенерацией носителей в гетерофазных границах раздела, содержащих оксид свинца.

8. Величина и направление стационарного фототека в режиме короткого замыка- ■ ния конденсаторной структуры определяются величиной и направлением остаточной поляризованности сегнетоэлекгрической пленки.' Предложен новый способ оптического считывания информации в тонкопленочной конденсатор-, ной ячейке памяти на основе пленок ЦТС по направлению фототока в режиме короткого замыкания.

9. Экспериментально показано, что низкотемпературный вакуумный прогрев приводит к исчезновению эффекта самополяризации, что обусловлено десорбцией кислорода с межзеренной гетерофазной 1раницы.

Ю.Самополяризованая пленка цирконата-титаната свинца может быть получена путем последовательного нанесения слоев РЬО и ЦТС с последующим их отжигом в кислородосодержащей атмосфере. 11. На основании полученных результатов предложены технологические приемы, позволяющие повысить воспроизводимость параметров тонкопленочных конденсаторных структур, стабилизировать их характеристики во времени. Предложен новый метод получения самополяризованных пленок ЦТС. Получен па-

тент РФ на изобретение «Датчик оптического излучения и система контроля оптического излучения с его использованием», которой основан на тонкопленочной структуре с сегнетоэлектрическим слоем.

12. Научно-технические решения, полученные при выполнении работы используются в разработках ООО «Научно-техническое предприятие «ТКА», что подтверждено актом о практическом использовании.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Афанасьев П.В., Панкрашкин А.В. Свойства тонких пленок хщрконата-титаната свинца, полученных распылением мишеней разного состава // Пленки - 2002. Материалы Международной научно-технической конференции "Тонкие пленки и слоистые структуры", 26 - 30 ноября 2002 г., г. Москва. - М.: МИРЭА, 2002, часть 1.-С. 222-224.

2. Afanasiev P.V., Afanasjev V.P., Bulat D.Yu., Pankrashkin A.V., Pronin I.P., Suchaneck G., Gerlach G. Storage and erasure of optical information in Pt-PZT-Sn02 thin film structures (Хранение и стирание оптической информации в тонкопленочной структуре Pt-PZT-Sn02) //Ferroelectrics, 2005. V.318. Р.35-40.

3. L. Delimova, I. Grekhov, D. Mashovets, V. P. Afanasjev, P. V. Afanasjev, A. A. Pet-rov, S. Shin, J-M Koo, S-P Kim, Y. Park. Trap Charge Density at Interfaces of MOCVD Pt(Ir)/PZT/Ir(Ti/Si02/Si) Structure (Плотность состояний на интерфейсах структуры Pt(Ir)/PZT/Ir(Ti/Si02/Si)) И Proc. of MRS2005 Fall Meeting, V. 902E, T-10-27.

4. Афанасьев В.П., Афанасьев П.В., Грехов И.В., Делимова JI.A., Ким С.-П., Коо Ю.-М., Машовец Д.В., Панкрашкин А.В., Парк И., Петров А.А., Шин С. Оже-спектроскопия и свойства наноразмерных тонкопленочных структур Ir(Pt)/PZT (РгТ/РТ)Лг//ФТТ.2006. Т.48, №6. С.1130-1134

5. Афанасьев П.В., Коровкина Н.М. Технология формирования платиновых электродов для субмикронных конденсаторных структур с сегнетоэлектрическими пленками ЦТС // Вакуумная техника и технология, 2006. Т.16, вып.З. С.215-219.

6. Пат. РФ № 2281585 / Афанасьев П.В., Афанасьев В.П., Панкрашкин А.В. Датчик оптического излучения и система контроля оптического излучения с его использованием. Опубл. 10.08.2006. Бюл. №22.

Подписано в печать 17.11.2006. Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ № 3/1711. П. л. 1.0. Уч.-иэд.л. 1.0. Тираж 100 экз,

ЗАО «КопиСервис» Адрес юр.: 194017, Санкт-Петербург, Скобелевский пр., д. 16. Адрес факт.: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 3. тел.: (812) 327 5098

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ 01ЮЗНАЧЕ11ИЙ И СОКРАЩЕ11ИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТОНКИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЛЕНКИ И СТРУКТУРЫ НА

ИХ ОСНОВЕ

1.1. Свойства тонких сегнетоэлектрических пленок

1.2. Технология и свойства многослойных структур с сегнетоэлектрическими пленками

Выводы и постановка задач работы

2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУР

2.1. Выбор материалов для тонкопленочных структур с сегнетоэлектрическими слоями

2.2. Формирование электродов для структур с пленками ЦТС

2.3. Технология тонких поликристаллических пленок ЦТС

2.4. Методы исследования тонких пленок и структур на их основе

3. ВЛИЯНИЕ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА НА СВОЙСТВА СТРУКТУР С СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПЛЕНКАМИ

3.1. Интерфейсные границы раздела в многослойных структурах с 70 пленками ЦТС

3.2. Межзеренная граница раздела. Механизм старения

3.3. Механизм токопереноса в конденсаторных структурах с пленками

3.4. Вклад границ раздела в формирование самополяризованного состояния пленок ЦТС

4. ВЛИЯНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА

СТРУКТУР С СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПЛЕНКАМИ ЦТС

4.1. Влияние УФ излучения на свойства конденсаторных структур

4.2. Влияние оптического излучения на свойства структур с пленками

ЦТС с избытком свинца

4.3. Воздействие оптического излучения на свойства структур с пленками

4.4. Запись и гашение остаточной фотопроводимости в тонкопленочных структурах сегнетоэлектрик-полупроводиик

Создание устройств функциональной электроники па принципах физической интеграции, в которых носителями информации выступают динамические неоднородности в континуальной среде, открывает новые перспективы развития микроэлектроники [1,2]. Существенную роль в становлении этого направления играют сегнетоэлектрики, уникальные свойства которых, обусловленные диэлектрическими, пироэлектрическими, оптическими и пьезоэлектрическими эффектами в одной континуальной среде, делают реальным создание электронных элементов и устройств различного назначения [3-6]. Устойчивая поляризо-ваиность сегнетоэлектрика, которая может быть изменена под действием электрического поля, позволяет создавать не только репрограммируемые запоминающие устройства, сохраняющие информацию при отключении питания, но и многоуровневые запоминающие и адаптивные устройства [4-7]. В поляризованном состоянии сегнетоэлектрики широко используются для создания пироэлектрических [8,9] и пьезоэлектрических преобразователей [10,11], а электрооптические, фоторефрактивные эффекты в сегнетоэлектрических кристаллах и электрооптической керамике находят применение в оптоэлектронных устройствах [4-6,12].

Однако элементы и устройства электронной техники на объемных монокристаллических или керамических сегнетоэлектриках не могут удовлетворить требованиям микроминиатюризации, снижению энергоемкости, повышению чувствительности и быстродействия, при одновременном уменьшении управляющих напряжений. Поэтому естественным направлением дальнейшего развития явилось использование тонких сегнетоэлектрпческих пленок [1,13-15] в составе многослойных композиций.

Современные исследования многослойных структур и границ раздела в качестве одной из основных задач ставят обнаружение явлений и эффектов, которые могут быть использованы для создания новых элементов и устройствэлектронной техники [1]. Например, использование совокупности свойств сег-нетоэлектрика при непосредственном контакте с полупроводником в многослойной структуре существенно расширяет его функциональные возможности [7,16-18], в реализации которых определяющую роль играют процессы на границах раздела сегнетоэлектрика и полупроводника. Другим фактором, стимулирующим интенсивные исследования структур с сегнетоэлектрическими слоями, является общая тенденция к миниатюризации микроэлектронных приборов, которая связана с переходом к использованию пленок субмикронной толщины.

В то же время результаты большинства исследований свидетельствуют о значительных отличиях физических свойств топких сегнетоэлектрических пленок, особенно наноразмерной толщины, включенных в многослойную композицию, от свойств объемного аналога. Поэтому, при исследовании тонкопленочных структур с сегнетоэлектрическими пленками необходимо принимать во внимание как технологические особенности формирования сегнетоэлектрических пленок (методы и режимы осаждения пленок, термообработку), так и влияние материалов подложки, электродов и слоев различного назначения (адгезионных, структурообразующих, буферных и т.п.), наличие которых приводит к образованию гетерофазных границ раздела.

Среди сегнетоэлектрических материалов, используемых в микроэлектронике, наибольший интерес представляют тонкие поликристаллические пленки на основе твердых растворов цирконата-гитаиата свинца (ЦТС). Это обусловлено уникальностью сегнетоэлектрических, пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств системы ЦТС. Однако на пути широкого практического использования микроэлектронных структур на основе тонких пленок ЦТС стоит ряд нерешенных проблем, связанных с получением пленок необходимого состава, а также с обеспечением временной стабильности характеристик структур на их основе [19,20]. Кроме того, недостаточно изучены процессы токопереноса в конденсаторных структурах [14], влияние на них оптического излучения [2123] и природа самополяризации [24-26]. Это сдерживает применение пленок ЦТС в элементах памяти разных типов, датчиках излучения, устройствах аку-стоэлектроники и микромеханики, эмиссионных приборах и т.п.

Таким образом, установление взаимосвязи между условиями формирования структур с тонкими поликристаллическими пленками ЦТС и их электрофизическими характеристиками, а также развитие на этой основе модельных представлений о процессах, протекающих в тонкопленочных структурах, представляют не только научный, но и практический интерес.

Цел mo работы является комплексное исследование влияния границ раздела на характеристики многослойных структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС на различных этапах формирования и эксплуатации, а также оценка возможности их применения в функциональной электронике.

В соответствии с целыо в работе решались следующие задачи:• разработка вариативной технологии конденсаторных структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС;• проведение комплекса физических и электрофизических исследований с целыо определения влияния технологических параметров на свойства полученных структур;• изучение свойств гетерофазных межзеренных границ раздела в тонких поликристаллических пленках ЦТС и оценка их возможного влияния на процессы долговременной релаксации (старения) и возникновения самополяризованного состояния;• исследование оптических свойств тонкопленочных структур на основе ЦТС и определение возможности создания на их основе адаптивных приемников излучения.

Научная новизна работы 1. Показано, что оксид титана на поверхности нижних платиновых или иридиевых электродов выступает в качестве центров кристаллизации перовски-товой фазы пленок цирконата-титаната свинца, в результате чего снижаетсятемпература формирования перовскитовой фазы, растет размер кристаллитов, степень текстурированности пленок ЦТС, значения их относительной диэлектрической проницаемости и остаточной поляризованности.

2. Экспериментально установлено, что процесс старения сопровождается значительным увеличением концентрации кислорода в пленках ЦТС, а также модификацией элементного и фазового состава границ раздела.

3. Показано, что процесс старения интенсифицируется для конденсаторных структур, технология которых предусматривает избыточное содержание оксида свинца в пленках ЦТС.

4. Экспериментально подтверждено, что уменьшение переключающегося заряда под действием электрического поля в состаренных поликристаллических пленках ЦТС обусловлено сорбцией кислорода на гетерофазных границах кристаллитов с оксидом свинца и закреплением поляризации в областях, прилегающих к этим границам.

5. Показано, что самополяризованная пленка ЦТС может быть получена путем последовательного нанесения пленки оксида свинца и стехиометрической пленки ЦТС с их последующим отжигом в кислородосодержащей среде.

6. Экспериментально установлено, что низкотемпературный вакуумный отжиг приводит к исчезновению самополяризации в пленках ЦТС с избытком свинца. Это может быть связано с десорбцией кислорода с гетерофазных межзеренных границ, содержащих оксид свинца.

7. Показано, что вольт-амперные характеристики в конденсаторных структурах с пленками ЦТС описываются в рамках механизма токов, ограниченных пространственным зарядом, по межзеренному оксиду свинца с неравномерным распределением ловушек по энергиям. Приведены оценки концентрации ловушечных центров.

8. Экспериментально исследована фоточувствительность конденсаторных структур с пленками ЦТС в видимом диапазоне оптического излучения и установлена ее природа, обусловленная фотогенерацией носителей в гетеро-фазных границах раздела, содержащих оксид свинца.

9. Впервые экспериментально обнаружено, что в режиме короткого замыкания конденсаторной структуры величина и направление стационарного фототока определяются величиной и направлением остаточной поляризованности сег-11 етоэл е ктр и ч ее ко i'i пленки.

Практическая значимость работы состоит в следующем:1. Отработана технология формирования тоикопленочных конденсаторных структур на основе ЦТС различного состава; предложены технологические приемы, позволяющие повысить воспроизводимость параметров конденсаторных структур со стабильными во времени характеристиками.

3. Предложен новый способ оптического считывания информации в тонкопленочной конденсаторной ячейке памяти на основе пленок Ц'ГС с избытком свинца по направлению фототока в режиме короткого замыкания.

4. Разработан эффективный метод гашения остаточной фотопроводимости в структурах сегнетоэлектрик-полупроводник путем приложения переменного электрического поля к управляющему электроду относительно электродов полупроводникового резистора. Разработанная фоточувствительная структура и методика ее использования в системе контроля оптического излучения защищена патентом на изобретение Российской Федерации (Пат. РФ № 2281585 /Афанасьев П.В., Афанасьев В.П., Панкрашкин А.В. Датчик оптического излучения и система контроля оптического излучения с его использованием. Опубл. 10.08.2006. Кюл. №22.).

5. Результаты работы использованы при выполнении: гранта Санкт-Петербурга в сфере научной и научно-технической деятельности (2003 г.), проектов Федерального агентства по образованию в рамках программ «Развитие научного потенциала высшей школы (2005 г.)» проекты №75112 и №75433, «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 гг.)» проект РНП.2.1.2.7083, а также хоздоговорной работы «Развитие спектроскопических методик исследования границ раздела сегнетоэлектрик-металл» (20042005 гг.).

Основные научные положения, выносимые на защиту1. Процесс старения конденсаторных структур на основе пленок ЦТС характеризуется значительным увеличением концентрации кислорода в пленках ЦТС, модификацией элементного и фазового состава границ раздела, и интенсифицируется в пленках, содержащих избыток оксида свинца.

2. Уменьшение переключающегося под действием электрического поля заряда в поликристаллических пленках ЦТС, прошедших процедуру искусственного старения, связано с уменьшением переключающегося объема кристаллитов, которое обусловлено закреплением поляризации на заряженной межзе-ренной границе вследствие сорбции на нее кислорода.

3. Вольт-амперные характеристики в конденсаторных структурах с пленками ЦТС удовлетворительно описываются в рамках механизма токов, ограниченных пространственным зарядом, протекающих по межзеренному оксиду свинца с неравномерным распределением ловушек по энергиям.

4. Фотопроводимость структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС в видимом диапазоне оптического излучения обусловлена фотогенерацией носителей в гетерофазных границах раздела, содержащих оксид свинца.

5. Величина и направление стационарного фототока в режиме короткого замыкания конденсаторной структуры определяются величиной и направлением остаточной поляризованности сегнетоэлектрической пленки.

Апробация результатов работыОсновные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах, семинарах и школах:• на конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭ-ТИ", Санкт-Петербург, 2000 - 2006 гг.;• на пятой Санкт-Петербургской Ассамблее молодых ученых и специалистов, Санкт-Петербург, 2000 г.;• на региональных научных молодежных школах: "Физико-химические аспекты современного электронного материаловедения", Санкт-Петербург, 2000 г.; "Наноматериаы, нанотехнологии, наноструктуры и методы их анализа", Санкт-Петербург, 2001 г.; "Микро- и наносистемная техника" (материалы, технологии, структуры и приборы), Санкт-Петербург, 2002 г.; "Микро- и нанотехнологии", Санкт-Петербург, 2003 г.; " Технология и дизайн микросхем", Санкт-Петербург, 2005 г.;• на региональных научно-технических конференциях, посвященных Дню радио, Санкт-Петербург, 2003 г., 2005 г.;• на всероссийской школе-семинаре "Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения", Дубна, 2001 г.;• на всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов: Микроэлектроника и информагика-2001, Зеленоград, 2001 г.; Микроэлектроника и информатика-2003, Зеленоград, 2003 г.; Микроэлектроника и информатика-2004, Зеленоград, 2004 г.;• на международной научно-технической конференции "Тонкие пленки и слоистые структуры", Москва, 2002 г.;• 7-th European Conference on Applications of Polar Dielectrics (ECAPD7), Liberec, Czech Republic, 2004;• на XVII Всероссийской конференции по физике сегпетоэлектриков (ВКС-XVII-2005), Пенза, 2005 г.;• Fall Meeting of the Materials Research Society (MRS-2005, MRS-2006), Boston, MA, USA, 2005, 2006;• 8-th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF-8), Tsu-kuba, Japan, 2006.

Основные результаты представленной диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Отработана технология формирования тонкопленочных конденсаторных структур на основе ЦТС различного состава.

2. Проведено комплексное исследование влияния границ раздела на свойства сформированных тонкопленочных конденсаторных структур на основе пленок ЦТС.

3. Показано, что оксид титана на поверхности нижних платиновых или иридиевых электродов выступает в качестве центров кристаллизации перовскитовой фазы пленок цирконата-титаната свинца, в результате чего снижается температура формирования перовскитовой фазы, растет размер кристаллитов, степень текстурированности пленок ЦТС, значения их относительной диэлектрической проницаемости и остаточной поляризованности.

4. Впервые экспериментально установлено, что процесс старения приводит к значительному увеличению концентрации кислорода в пленках ЦТС, который интенсифицируются в пленках ЦТС с избыточным содержанием оксида свинца.

5. Экспериментально подтверждено, что уменьшение переключающегося заряда в пленках ЦТС под действием электрического поля в результате старения обусловлено сорбцией кислорода на гетерофазных границах кристаллитов и закреплением поляризации в областях, прилегающих к этим границам.

6. Показано, что вольт-амперные характеристики в конденсаторных структурах описываются в рамках механизма ТОПЗ по межзеренному оксиду свинца с неравномерным распределен нем ловушек по энергиям.

7. Фотопроводимость структур на основе тонких поликристаллических пленок ЦТС в видимом диапазоне оптического излучения обусловлена фотогенерацией носителей в гетерофазных границах раздела, содержащих оксид свинца.

8. Величина и направление стационарного фототока в режиме короткого замыкания конденсаторной структуры определяются величиной и направлением остаточной поляризованности сегнетоэлектрической пленки. Предложен новый способ оптического считывания информации в тонкопленочной конденсаторной ячейке памяти па основе пленок ЦТС по направлению фототока в режиме короткого замыкания.

9. Экспериментально показано, что низкотемпературный вакуумный прогрев приводит к исчезновению эффекта самополяризации, что обусловлено десорбцией кислорода с межзеренной гетерофазной границы.

Ю.Самополяризованная пленка цирконата-титаната свинца может быть получена путем последовательного нанесения слоев РЬО и ЦТС с последующим их отжигом в кислородосодержащей атмосфере.

11.На основании полученных результатов предложены технологические приемы, позволяющие повысить воспроизводимость параметров тонкопленочных конденсаторных структур, стабилизировать их характеристики во времени. Предложен новый метод получения самополяризованных пленок ЦТС. Получен патент РФ на изобретение «Датчик оптического излучения и система контроля оптического излучения с его использованием», которой основан на тонкопленочной структуре с сегнетоэлектрическим слоем.

12.Научно-технические решения, полученные при выполнении работы, используются в разработках ООО «Научно-техническое предприятие «ТКА», что подтверждено актом о практическом использовании.

120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Сигов А.С. Сегиетоэлектрические тонкие пленки в микроэлектронике // Соросовский образовательный журнал. 1996. №10. С.83-91.

2. Кравченко А.Ф. Физические основы функциональной электроники: Учебное пособие. Новосибирск: Изд. Иовосиб.уи-та, 2000.444 с.

3. Физика сегнетоэлектрических явлений / Г.А.Смоленский, В.А.Боков, В.А.Исупов, Н.Н.Крайник, Р.Е.Пасынков, А.И.Соколов, Н.К.Юшин. Л.: Наука, 1985. 396 с.

4. Барфут Дж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применение. М.: Мир, 1981.526 с.

5. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М.: Мир, 1981. 736 с.

6. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства и применения в электронике. М.: Радио и связь, 1989. 288 с.

7. Afanasjev V.P., Kramar G.P. Multilayer ferroelectric semiconductor structures for controlled sensors with memory // Ferroelectrics. 1993. V.143. P.299-304.

8. Кременчугский Л.С., Ройцина O.B. Пироэлектрические приемники излучения. Киев: Наукова думка, 1979. 383 с.

9. Новик В.К., Гаврилова Н.Д., Фельдман Н.Б. Пироэлектрические преобразователи. М.: Советское Радио, 1979. 176 с.

10. Пьезоэлектрическое приборостроение / А.В.Гориш, В.П.Дудкевич, М.Ф.Куприянов и др.; Под ред. А.В.Гориша. Т. 1. Физика сегнетоэлектри-ческой керамики. М.-.ИПРЖР, 1999. 368 с.

11. Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А. Пьезокерамические элементы в приборостроении и автоматике. М.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1986. 256 с.

12. Пространственные модуляторы света / А.А.Васильев, Д.А.Касасент, И.Н.Компанеец, А.В.Парфенов. М.: Радио и связь, 1987. 320 с.

13. Scott J.F. The physics of ferroelectric ceramic thin films for memoryapplications // Ferroelectric Review. 1998. V.l,№ 1. P. 1-129.

14. Dawber M., Rabe K.M., Scott J.F. Physics of thin-film ferroelectric oxides // Review of modem physics. 2005. V.77. P. 1083-1130.

15. Xu Yu. Ferroelectric materials and their applications. N.Holland-Amsterdam-London-New York-Tokyo. 1991. 391 p.

16. Интегрированные сегнстоэлектрические устройства /А.С.Валеев, Б.Н.Дягилев, А.А.Львович и др. // Электронная промышленность. 1994. № 6. С.75-79.

17. Afanasjev V.P., Kramar G.P., Minina E.V. The functional possibilities of ferroelectric-semiconductor structure // Ferroelectrics. 1988. V.87. P. 197-204.

18. Storage and erasure of optical information in Pt-PZT-SnC^ thin film structures / P.V.Afanasjcv, V.P.Afanasjev, D.Yu.Bulat, A.V.Pankrashkin, I.P.Pronin, G.Suchaneck, G.Gcrlach // Ferroelectrics. 2005. V.318. P.35-40.

19. Nature of non-linear imprint in ferroelectric films and long-term prediction of polarization loss in ferroelectric memories / A.K.Tagantsev, I.Stolichnov, N.Setter, J.S.Cross // J.Appl.Phys. 2004. V.96. P.6616-6623.

20. Kholkin A.L., Iakovlev S.O., Baptista J.L. Polarization control and domain manipulation in ferroelectric films with UV light. // Integrated Ferroelectrics. 2001. V.37. P. 195-204.

21. Nanoscale observation of photoinduced domain pinning and investigation of imprint behavior in ferroelectric thin films / A.Gruverman, B.J.Rodriguez, R.J.Nemanich, and A.I.Kingon //J.Appl.Phys. 2002. V.92, №5. P.2734-2739.

22. Барьерные фотовольтаические эффекты в сегнетоэлектрических тонких пленках PZT / В.К.Ярмаркин, Б.М.Гольцман, М.М.Казанин, В.В.Леманов // ФТТ. 2000. Т.42, вып.З. С.511-516.

23. Polarization and self-polarization in PZT thin films / V.P.Afanasjev, A.A.Petrov, I.P.Pronin, E.A.Tarakanov, A.V.Pankrashkin, E.Yu.Kaptelov and J. Graul // J.Phys.: Condensed Matter. 2001. V. 13. P.8755-8763.

24. Self-polarization effect in Pb(Zr,Ti)03 thin films / A.L.Kholkin, K.G.Brooks, D.V.Taylor, S.Hiboux, N.Setter // Integrated Ferroelectrics. 1998. V.22. P.525-533.

25. Self-polarization in PZT films / K.W.Kwok, B.Wang, I I.L.W.Chan, C.LChoy // Ferroelectrics. 2002. V.271. P.69-74.

26. Paz de Araujo C.A., Taylor G.W. Integrated ferroelectrics //Ferroelectrics. 1991. V.116. P.215-228.

27. Properties of sputter and sol-gel deposited PZT thin films for sensor and actuator applications: preparation, stress and space charge distribution, self poling / G.Gerlach, G.Suchaneck, et al. // Ferroelectrics. 1999. V.230. P. 109-114.

28. Косцов Э.Г. Тонкопленочные пироэлектрические приемники излучения // Микроэлектроника и полупроводниковые приборы: Сб. статей. Вып. 10. М.: Радио и связь, 1989. С.51-66.

29. Petrovsky V.I., Sigov A.S., Vorotilov К.А. Microelectronic applications of ferroelectric films. // Integrated Ferroelectrics, 1993. V.3. P.59-68.

30. Ferroelectric thin films in integrated microelectronic devices / J.F.Scott, C.A.Paz de Araujo, L.D.Mc.Millan, H.Yoshimori, H.Watanabe, T.Minara, M.Azuma, T.Ueda, D.Ueda, G.Kano // Ferroelectrics. 1992. V.133. P.47-61.

31. Wu S.Y. A new ferroelectric memory device, metall-ferroelectric-semiconductor transistor // IEEE Trans. Electron Devices, 1974. V.ED-21, №8. P.499-504.

32. Rabson T.A., Rost T.A., He Lin. Ferroelectric gate transistors // Integrated Ferroelectrics. 1995. V.6. P. 15-22.

33. Sinharoy S., Buhay H., Francombe M.H., Lampe D.R. BaMgF4 thin film development and processing for ferroelectric FETS // Integrated Ferroelectrics. 1993. V.3. P.217-223.

34. Krupanidhi S.B. Recent advances in the deposition of ferroelectric thin films // Integrated Ferroelectrics. 1992. V.l. P. 161-180.

35. Jijima K., Ueda I., Kugimiya K. Preparation and properties of lead zirconate titanate thin films//Jap. J. Appl. Phys. 1991. V.30. P.2149-2154.

36. Формирование и исследование свойств пленок цирконата титаната свинца на диэлектрических подложках с подслоем платины / В.П.Афанасьев, Е.Ю.Каптелов, Г.П.Крамар и др. //ФТТ. 1994. Т.36, Вып.6. С. 1657-1665.

37. Watanabe П., Minara Т., Paz de Araujo С.A. Device effects of various Zr/Ti ratios of PZT thin films prepared by sol-gel method // Integrated Ferroelectrics. 1992. V.l. P.293-304.

38. Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. М.: Энергия, 1976. 336 с.

39. Imprint testing of ferroelectric capacitors used for non-volatile memories / R.Dat, D.J.Lichtenwalner, O.Auciello, A.I.Kingon // Integrated Ferroelectrics. 1994. V.5. P.275-286.

40. Lee J., Ramesh R. Imprint of (Pb,La)(Zr,Ti)03 thin films with various crystalline qualities // Appl.Phys.Lett. 1996.V.68. P.484-486.

41. Imprint in ferroelectric capacitors / W.L.Warren, B.A.Tuttle, D.Dimos, G.E.Pike, H.N.Al-Shareef, R.Ramesh, J.T.Evans // Jpn.J.Appl.Phys. 1996. V.35. P. 1521-1524.

42. Imprint in ferroelectric Pb(Zr,Ti)03 thin films with thin SrRuOi layers at the electrodes / M.Grossmann, O.Lohse, T.Scheller, D.Bolten, U.Boettger, J.R.Contreras, H.Kohlstedt, R.Waser // Integrated Ferroelectrics. 2001. V.37. P.205-214.

43. Maiwa I I., Ishinose N., Okazaki K. Fatigue and refreshment of (Pb,La)Ti03 thin films by multiple cathode sputtering. //Jpn.J.Appl.Phys. 1994. V.33, part I, №9B. P.5240-5243.

44. Relationships among ferroelectric fatigue, electronic charge trapping, defect-dipoles, and oxygen vacancies in perovskite oxides / W.L.Warren, D.Dimos, B.A.Tuttle, G.E.Pike, and H.N.Al-Shareefs // Integrated Fen-oelectrics. 1997. V.16. P.77-86

45. Electrical characteristics of 25 nm Pb(Zr,Ti)03 thin films grown on Si by metalorganic chemical vapor deposition / C.ll.Lin, P.A.Friddle, X.Lu, H.Chen, Y.Kim, T.B.Wu // J.Appl.Phys. 2000. V.88, №4. P.2157-2159.

46. Asymmetrical leakage currents as a possible origin of the polarization offsets observed in compositionally graded ferroelectric films / R.Bouregba, G.Poullain, B.Vilquin, G.Le Rhun //J.Appl.Phys. 2003. V.93, №9. P.5583-5591.

47. Structural, ferroelectric and optical properties of PZT thin films /S.K.Pandeya, A.R.Jamesa, R.Ramana, S.N.Chatterjeea, Anshu Goyala, Chandra Prakasha, T.C.Goelb //Physica B. 2005. V.369. P. 135-142.

48. Characteristics of Pt/SrTiO3/Pb(Zr0 52,Tio i^Oi/SrTiCVSi ferroelectric gate oxide structure / D.S.Shin, S.T.Park, H.S.Choi, I.H.Choi, J.Y.Lee // Thin solid films. 1999. V.354. P.251-255.

49. Фридкин B.M. Сегнетоэлектрики полупроводники. M.: Наука, 1976. 408 с.

50. Al-Shareef I I.N., Dimos D., Warren W.L. and Tuttle B.A. A model for optical and electrical polarization fatigue in SrBi2Ta209 and Pb(Zr,Ti)03 // Integrated Ferroelectrics. 1997. V.15. P.53-67.

51. Klein J.D., Clauson S.L. Optical band gap implications for ferroelectric memory applications//Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1995. V.361. P. 147-152.

52. Brody P.S., Rod B.J. Photovoltages in ferroelectric films // Integrated Ferroelectrics. 1992. V.2. P.235-245.

53. MOCVD PbZrxTi|x03 thin films on platinized silicon wafers and SrTiO? crystals growth and optical properties / M.P.Moret, M.A.C.Devillers, A.R.A.Zauner, E.Aret, P.R.I lageman, P.K.Larsen // Integrated Ferroelectrics. 2001. V.36. P.265-274.

54. Peterson C.R., Mansour S.A. and Bement A. Effects of optical illumination on fatigued lead zirconate titanate capacitors // Integrated Ferroelectrics. 1995. V.7. P. 139-147.

55. Photoinduced hysteresis changes and optical storage in (Pb,La)(Zr,Ti)03 thin films and ceramics / D.Dimos, W.L.Warren, M.B.Sinclair, B.A.Tuttle, and R.W.Schwartz //J.Appl.Phys. 1994. V.76,№7. P.4305-4315.

56. Piezoelectric properties of self-polarized Pb(ZrxTii-x)03 thin Films probed by Scanning Force Microscopy / V.V.Shvartsman, A.V.Pankrashkin, V.P.Afanasjev, E.Yu.Kaptelov, I.P.Pronin, and A.L.Kholkin // Integrated Ferroelectrics. 2005. V.69. P. 103-111.

57. Photovoltaic effect in thin ferroelectric films / P.S.Brody, B.J.Rod, L.P.Cook, P.K.Schienck // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1992. V.243.

58. Reversible photo-induced currents in epitaxial Pb(Zr0.52Tio.48)03. thin films / J.Lee, S.Esayan, J.Prohaska, and A.Safary // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1993. V.310. P. 107-112.

59. Пиро- и фотоотклик в конденсаторных структурах на основе тонких пленок ЦТС / А.А.Богомолов, О.Н.Сергеева, Д.А.Киселев, И.П.Пронин, В.П.Афанасьев //ФТТ, 2006. Т.48, №6. - С. 1123-1126.

60. Sputter-deposition of lll.-axis oriented rhombohedral PZT films and their dielectric, ferroelectric and pyroelectric properties / M.Adachi, T.Matsuzaki, N.Yamada, T.Shiosaki, A.Kawabata //Jpn.J.Appl.Phys. 1987. V.26. P.550-553.

61. Ferroelectric film self-polarization / E.Sviridov, I.Sem, V.Alyoshin, S.Biryukov, V.Dudkevich // Mater.Res.Soc.Symp. Proc. 1995. V.361. P.141-146.

62. Stresses in Pt/Pb(Zr,Ti)03/Pt thin-film stacks for integrated ferroelectric capacitors / G.A.C.M.Spierings, G.J.M.Dormans, W.G.J.Moors, M.J.E.Ulenaers, P.K.Larsen // J.Appl.Phys. 1995. V.78. P.926-933.

63. Self-polarization effect in Pb(Zr,Ti)03 thin films / A.L.Kholkin, K.G.Brooks, D.V.Taylor, S.Hiboux, N.Setter //Integrated Ferroelectrics. 1998. V.22. P.525-533.

64. Self-polarization in PZT films / K.W.Kwok, B.Wang, H.L.W.Chan, C.L.Choy // Ferroelectrics. 2002. V.271. P.69-74.

65. Jimenez R., Alemany C., Mendiola J. Top electrode induced self-polarization in CSD processed SBT thin films. // Ferroelectrics. 2002. V.268. P. 131-136.

66. Самополяризация и миграционная поляризация в тонких пленках цирконата-титаната свинца / И.П.Пронин, Е.Ю.Каптелов, Е.А.Тараканов, Т.А.Шаплыгина, В.П. Афанасьев // ФТТ. 2002. Т.44. С.739-744.

67. Hiboux S., Muralt P. Origin of voltage offset and built-in polarization in in-situ sputter deposited PZT thin films // Integrated Ferroelectrics. 2001. V.36. P.83-92.

68. Glinchuk M.D., Morosovska A.N. Ferroelectric thin film self-polarization indused by mismatch effect // Ferroelectrics. 2005. V.317. P. 125-133.

69. Polla D.L. Microelectromechanical systems based ferroelectric thin films // Microelectronic Engineering. 1995. V.29. P.51-58.

70. Whatmore R.W. Ferroelectrics, microsystems and nanotechnology // Ferroelectrics. 1999. V.225. P. 179-192.

71. Яффе Б., Кук У., Яффе Г. Пьезоэлектрическая керамика. М.: Мир. 1974. 288 с.

72. Nano-phase SBT-family ferroelectric memories / J.F.Scott, M.Alexe, N.D.Zakharov, A.Pignolet, C.Curran, D.Hesse // Integrated ferroelectrics. 1998. V.21. P.l-14.

73. Non-volatile memories using SrB'bTaiCX; ferroelectrics / R.E.Jones et al. // Integrated ferroelectrics. 1997. V. 17. P.21-31.

74. C-V characteristics of Al/BaMgF4/Si(l 11) diodes fabricated by dry etching process / K.Aizawa, S.Ohtane, E.Tokumitsu // J.Phys.Society. 1998. V.32. P.l 192-1194.

75. Томашпольский Ю.Я. Пленочные сегнетоэлектрики. M.: Радио и связь. 1984. 193 с.

76. Vest R.W. Metallo-organic decomposition processing of ferroelectric and electrooptic films//Ferroelectrics. 1990. V.102. P.53-68.

77. Dielectric properties of epitaxial BaTi03 thin films / B.H.Hoerman, G.M.Ford, L.D.Kaufmann, B.W.Wessels. // Appl. Phys. Lett. 1998. V.73. P. 2248-2250.

78. Dielectric relaxation of Bao.ySiojTiO^ thin films from 1 mllz to 20 GHz / J.D.Baniecki, R.B.Liabowitz, T.M.Shaw, P.R.Duncombe et al. // Appl. Phys. Lett. 1998. V.72. P.498-500.

79. Shottky barrier effects in the electronic conduction of sol-gel derived lead zirconate titanate thin film capasitors / Y.S.Yang, S.J.Lee, S.H.Kim, B.G.Chae, M.S.Jang//J. Appl. Phys. 1998. V.84. P.5005-5011.

80. Heteroepitaxial growth of PZT thin films on LiF substrate by pulsed laser deposition / L.H.Hamedi, M.Guilloux-Viry, A.Perrin, G.Garry // Thin Solid Films. 1999. V.325. P.66-72.

81. Kim S., Kang T.S., Je J.H. Structural characterization of laser ablated epitaxial (Ba0 5Sr0.5)TiO3 thin films on MgO(OOl) by synchrotron x-ray scattering. // J. Mater. Res. 1999. V.l4. P.2905-2911.

82. Control and elimination of biaxial strain in laser-ablated epitaxial BaxSr|.xTi03 films / C.M.Carlson, P.A.Parilla, T.V.Rivkin, J.D.Perkins, D.S.Ginley // Appl. Phys. Lett. 2000. V.77. P.3278-3280.

83. Ogasawara M., Shimizu M., Shiosaki T. Preparation of oxide thin films by laser ablation //Jpn.J.Appl.Phys. 1992. V.31, N 9B. P.2971-2974.

84. Ferroelectric properties of RF-sputlered PLZT thin film /T.Nakagawa, J.Yamaguchi, T.Usuki et al. //Jap.J.Appl.Phys. 1979. V.l8, N 5. P.897-902.

85. RF planar magnetron sputtering and characterization of ferroelectric Pb(Zr,Ti)03 / S.B.Krupanidhi, N.Maffei, M.Sayer et al. // J.Appl.Phys. 1983. V.54, N 11. P.6601-6609.

86. Adachi H., Mitsuyu Т., Yamazaki O., Wasa K. Ferroelectric (Pb,La)(Zr,Ti)03 epitaxial thin films on sapphire grown by rf-planar magnetron sputtering // J.Appl.Phys. 1986. V.60, N 2. P.736-741.

87. Диэлектрические свойства тонких пленок РЬТЮз / А.С.Сидоркин,

88. A.М.Солодуха, Л.П.Иестеренко, С.В.Рябцев, И.А.Бочарова, Г.Л.Смирнов // ФТТ. 2004. Т.46, №10. С. 1841-1844.

89. Characterization of sputtered barium strontium titanate and strontium titanate-thin films / B.A.Baumert, L.-H.Chang, A.T.Matsuda, T.-L.Tsai et al. // J. Appl. Phys. 1997. V.85. P.2558-2566.

90. Свойства пленок BaxSrixTi03, выращенных методом ВЧ магнетронного распыления на сапфире с подслоем SrTi03 / Е.К.Гольман, В.И.Гольдрин,

91. B.Е.Логинов, А.М.Прудан, А.В.Земцов // ПЖТФ. 1999. Т.25, №14. С. 1-5.

92. Hong J., Song H.W., Hong S., No K. Fabrication and investigation of ultrathin, smooth Pb(Zr,Ti)03 films for miniaturization of microelectronic devices // J. Appl. Phys. 2002. V.92. P.7434-7441.

93. Особенности поведения конденсаторных структур на основе пленок цирконата-титаната свинца с избытком оксида свинца / В.П.Афанасьев, Г.Н.Мосина, А.А.Петров и др. // Письма в ЖТФ. 2001. Т.27, №11. С.56-63.

94. Афанасьев В.П., Пронин И.П., Соснин А.В. Сегнстоэлектрические пленки для многослойных структур на диэлектрических подложках. // Препринт Международного центра "Институт прикладной оптики" НАМ Украины. -Киев, 1996. 54 с.

95. Electrodes for ferroelectric thin films / H.N.Al-Shareef, K.D.Gifford, S.H.Rou et.al. // Integrated Ferroelectrics. 1993. V.3. P.321-332.

96. Maiwa H., Ishinose N., Okazaki K. Preparation and proper ties of Ru and Ru02 thin film electrodes for ferroelectric thin films // Jap. J. Appl. Phys. 1994. V.33, №9B. P.5223-5226.

97. Preparation of Pb(Zr,Ti)03 thin films on Ir and Ir02 electrodes / T.Nakamura, Y.Nakao, A.Kamisawa et al. // Jap. J. Appl. Phys. 1994. V.33, №9B. P.5207-5210.

98. Study of lowresistivity oxides on Pt/MgO / P.Tiwari, X.D.Wu, S.R.Foltyn et.al. // Philosophical Magazine B. 1994. V.69, №6. P. 1101-1110.

99. A review of composition-structure-property relationships for PZT-based heterostructure capacitors / O. Auciello, K.D.Gifford, D.J.Lichtenwalner et al. // Integrated Ferroelectrics. 1995. V.6. P. 173-187.

100. Effects of crystalline quality and electrode material on fatigue in Pb(Zr,Ti)03 thin film capacitors / J.Lee, L.Johnson, A. Safari et al. // Appl. Phys. Lett. 1993. V.63, N 1. P.2729.

101. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность. М.: Высш. шк., 1986. 464 с.

102. Коледенко Е.А. Технология лабораторного эксперимента: Справочник. СПб.: Политехника, 1994. 751 с.

103. Структура и морфология поверхности платиновых пленок на диэлектрических подложках при различных условиях формирования / В.П.Афанасьев, С.В.Богачев, А.3.Казак-Казакевич и др. // Письма в ЖТФ. 1995. Т.21, вып.6. С. 1-7.

104. Афанасьев П.В., Коровкина I1.M. Технология формирования платиновых электродов для субмикронных конденсаторных структур с сегнетоэлектрическими пленками ЦТС // Вакуумная техника и технология, 2006. Т.16, вып.З.С.215-219.

105. Афанасьев П.В., Иошт М.А. Агомно-силовая микроскопия топологических нанодефектов слоев платины // 6-я научная молодежная школа "Микро- и нанотехнологии", 17 18 мая 2003 г., г. Санкт-Петербург. Тезисы докладов - СПб.: СПбГЭТУ, 2003- С. 17.

106. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.: Мир, 1989. 344 с.

107. Оптический контроль однофазности тонких поликристалических сегнетоэлектрических пленок со структурой перовскита / И.П.Пронин, Н.В.Зайцева, ЕЛО.Каптелов, В.П.Афанасьев // Известия АН, сер.физ., 1997. Т.61, N 2. С.379-382.

108. Афанасьев П.В. Получение и исследование гетероструктур с сегнетоэлектрическими пленками // Пятая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов СПб.: СПбГУ, 2000-С. 71.

109. Афанасьев П.В. Получение тонких сегнетоэлектрических пленок и исследование их свойств // Школа-семинар "Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения", 1 -4 марта 2001 г., г. Дубна. Тезисы докладов М, 2001.- С. 5.

110. Trap Charge Density at Interfaces of MOCVD Pt(Ir)/PZT/Ir(Ti/Si02/Si) Structure / L.Delimova, l.Grekhov, D.Mashovets, V.P.Afanasjev, P.V.Afanasjev, A.A.Petrov, S.Shin, J-M Koo, S-P.Kim, Y.Park // Proc. of MRS2005 Fall Meeting, V. 902E, T-10-27.

111. Ageing of Thin-Film Capacitor Structures Based on PZT / Delimova L.A., Grekhov I.V., Mashovets D.V., Titkov I.E., Afanasjev V.P., Afanasjev P.V.,

112. Kramar G.P., Petrov A.A. // The 8lh Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF-8). Abstract book. May 15-19, 2006. Tsukuba. P.35.

113. Извозчиков В.А., Тимофеев О.А. Фотопроводящие окислы свинца в электронике. Л.:Энергия. 1979. 142 с.

114. Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. М.:Мир. 1973.416 с.

115. Peng С.Н., Chang J.-F., Desu S.B. Optical properties of PZT, PLZT and PNZT thin films// Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1992. V.243. P.21-26.

116. Афанасьев В.П., Крамар Г.П., Соснин А.В. Физические процессы в структурах сегнетоэлектрик-полупроводник при оптическом и тепловом воздействии. Препринт Международного центра «Институт прикладной оптики» НАНУ. Киев: МЦ ИПО ПАНУ, 1998. 74 с

117. Пат. РФ № 2281585 / Афанасьев П.В., Афанасьев В.П., Панкрашкин А.В. Датчик оптического излучения и система контроля оптического излучения с его использованием. Опубл. 10.08.2006. Бюл. №22.