автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Медленная релаксация емкости многослойных СВЧ-структур на основе пленок BaxSr1-xTiO3 в параэлектрической фазе

На правах рукописи

Алтынников Андрей Геннадиевич

МЕДЛЕННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ ЕМКОСТИ МНОГОСЛОЙНЫХ СВЧ-СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК Вах8г,.хТЮ3 В ПАРАЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ФАЗЕ

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные

компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

485

5174

Санкт-Петербург - 2010

4856174

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете (ЛЭ'ГИ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Козырев А.Б. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Соколов А.И. кандидат технических наук Федотов А.Н.

Ведущая организация: - ОАО «НИИ «Гириконд»».

Защита диссертации состоится " деш^и. 2010 г. на_заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238.04. Санкт-Петербургского государственного

электротехнического университета (ЛЭТИ) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "26 " кол^я. 2010 г.

Ученый секретарь

Совета по защите докторских

и кандидатских диссертаций / Мошников В.А.

Введение

Актуальность темы.

Развитие СВЧ микроэлектроники делает актуальным использование пленочных сегнетоэлектриков (СЭ) в параэлектрическом состоянии для создания устройств управления амплитудой и фазой СВЧ сигнала. По ряду параметров такие устройства являются конкурентными традиционным устройствам на основе полупроводниковых и ферритовых материалов. Использование сегнетоэлектриков в СВЧ устройствах (фазовращатели, фильтры, линии задержки, фазированные антенные решетки) ведет к снижению мощности управления, увеличению рабочей СВЧ мощности, улучшению радиационной стойкости, упрощению технологии и радикальному снижению цены устройств. Однако широкому использованию и реализации всех возможностей сегнетоэлекгрических структур в СВЧ технике препятствует ряд проблем.

Для эффективной работы устройств управления амплитудой и фазой СВЧ сигнала необходим быстрый отклик диэлектрической проницаемости сегнето-электрической пленки на воздействие электрического поля. Однако наряду с процессами быстрого (< 1 не) нелинейного отклика ёмкости структур ме-талл/СЭ/металл (М/СЭ/М), существуют медленные релаксационные процессы, постоянные времени которых составляют десятки и даже сотни секунд. Процессы медленной релаксации емкости связаны с изменением ~(5^10)% от общего её изменения под действием управляющего напряжения. Однако, для создания СВЧ-устройств с высоким разрешением по перестройке частоты (фильтры) или фазы (фазовращатели, линии задержки) наличие таких явлений недопустимо. До настоящего времени не существует ясного анализа причин и динамики наблюдаемых процессов, отсутствуют данные о способах подавления медленных релаксационных явлений. Проведение исследований по данному направлению позволит получить новые научные данные в области динамики неравновесных процессов в

тонкопленочных сегнетоэлектрических структурах, и, с точки зрения технических приложений, повысить быстродействие сегнетоэлектрических СВЧ устройств.

Еще одним фактором, сдерживающим использование тонкопленочных сегнетоэлектрических материалов, является сильная зависимость их диэлектрической проницаемости от температуры. В настоящее время существует ряд схемотехнических методов улучшения термостабилизации параметров сегнетоэлектрических элементов, однако все они связаны с уменьшением их управляемости или усложнением конструкции. Одним из перспективных методов подавления температурной зависимости диэлектрической проницаемости СЭ является использование многослойных структур с изменением состава СЭ по слоям. Исследованиям в этой области посвящено значительное число публикаций, однако отсутствует аналитический подход, позволяющий определить компонентный состав слоев необходимый для термостабилизации в заданном температурном диапазоне, отсутствуют также данные о свойствах подобных многослойных структур в СВЧ диапазоне. Таким образом, проведение исследований в данной области является актуальным как с точки зрения изучения физических свойств многослойных СЭ структур, так и технических приложений их технологии и конструирования.

Цель диссертационной работы - подавление медленной релаксации и температурной зависимости ёмкости в пленочных структурах на основе Ва^г^ТЮз для увеличения быстродействия и термостабильности СВЧ сегнетоэлектрических элементов.

Основные задачи исследования:

• определение влияния технологии получения пленочных сегнетоэлектрических элементов (Вах8г1.хТЮз) на процессы медленной релаксации их емкости;

• анализ электрофизических свойств тонких пленок Ва^ГьхТЮз в широком диапазоне температур для идентификации структурных дефектов сегнетоэлектрических пленок;

» построение физической и математической моделей для описания природы и динамики медленных релаксационных процессов в тонкопленочных структурах М/СЭ/М;

• определение эффективности воздействия излучения УФ диапазона на электрофизические свойства тонких сегнетоэлектрических пленок Ва^п-ДЮз;

• определение степени подавления процесса медленной релаксации емкости тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов технологическими методами и за счет воздействия излучения УФ диапазона;

• повышение термостабильности сегнетоэлектрических структур для СВЧ применений за счет использования многослойных сегнетоэлектрических пленок с различным составом слоев.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что в объеме пленок Вах8г1.хТЮ3 в структуре М/СЭ/М присутствуют две группы ловушечных уровней с глубинами залегания ~0.7эВ и ~0.4эВ;

2. Установлено, что медленные релаксационные явления (КМ 00 с), наблюдаемые в сегнетоэлектрических элементах в параэлектрической фазе, обусловлены наличием кислородных вакансий в объеме пленки, которые следует рассматривать и как центры захвата носителей заряда, и как заряженные дефекты способные мигрировать под действием поля;

3. Обнаружено, что формирование границ Р1(Аи)/Вах8г1.хТЮз в кислородной атмосфере позволяет подавить процессы медленной релаксации диэлектрической проницаемости;

4. Показано, что нанесение металлических электродов при пониженной температуре и высокотемпературный отжиг в кислородосодержащей атмосфере емкостных структур М/СЭ/М на основе сегнетоэлектрических пленок Вах5г,.хТ:Оз ведет к существенному уменьшению величин остаточной емкости;

5. Показано, что генерация неравновесных носителей в объёме ВБТО плёнки за счет воздействия УФ облучении ведёт к уменьшению времен медленной релаксации емкости более чем на три порядка;

6. Показано, что эффективная термостабилизация параметров сегнетоэлектрических емкостных структур плоскопараллельной конструкции может быть достигнута за счет использования двухслойной сегнетоэлектрической пленки при определенных значениях толщин слоёв и постоянных Кюри-Вейса материала слоёв.

Практическая значимость работы:

1. Предложено использование УФ излучения как способа снижения времени релаксации емкости СЭ элементов;

2. Разработаны рекомендации по технологии получения тонкопленочных емкостных элементов типа М/СЭ/М с подавленным медленным релаксационным откликом на воздействие управляющего напряжения;

3. Предложен способ увеличения термостабильности свойств сегнетоэлектрических конденсаторов за счет использования двухслойных сегнетоэлектрических пленок с определенным соотношением толщин слоев и температур фазового перехода.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) Возникновение и релаксация остаточной емкости после воздействия управляющего напряжения в тонкопленочных конденсаторах на основе Вах5г1.хТЮз обусловлены наличием двух групп заряженных дефектов в объеме сегнетоэлектрической пленки с глубинами залегания ~0.7эВ (кислородные вакансии) и ~0.4эВ.

2) Воздействие излучения ультрафиолетового диапазона ведет к радикальному уменьшению времен (на несколько порядков) медленной релаксации остаточной емкости в конденсаторных структурах на основе тонких пленок ВахБгьхТЮз.

3) Экстремумы на спектральных зависимостях времени релаксации остаточной емкости и величин токов утечки в структурах М/СЭ/М жестко коррелированны и их положение определяется неоднородностью процессов фотогенерации и рекомбинации по толщине пленки.

4) СВЧ нелинейный конденсатор плоскопараллельной конструкции на основе структуры содержащей два сегнетоэлектрических слоя различного состава (различные температуры Кюри Тс1 и Тс2) демонстрирует эффективное подавление температурной зависимости емкости в интервале температур (ТС]^-ТС2) при определенной комбинации значений толщин и постоянных Кюри-Вейса материала, удовлетворяющих соотношению:

¿=2

С

02

Реализация результатов работы:

• в проекте Министерства Образования и Науки Российской Федерации «Исследование нелинейных диэлектрических свойств и динамики неравновесных процессов в наноструктурированных сегнетоэлектриках кислородно-октаэдрического типа» (код проекта: РНП 2.1.2.2838);

• в государственном контракте № П1233 «Технология субмикронных кристаллических сегнетоэлектрических плёнок для сверхвысокочастотных устройств систем телекоммуникаций и радиолокации»;

• в государственном контракте № П689 «Микроэлектронные интегральные устройства на основе сегнетоэлектрических пленок для сверхширокополосных коммуникационных систем»;

• в государственном контракте № 02.740.11.0231 «Исследование линейных и нелинейных сверхвысокочастотных волновых и резонансных явлений (СВЧ) в микро- и наноструктурах, направленное на разработку принципиально новых управляемых пассивных и активных СВЧ элементов и устройств на их основе»;

• в государственном контракте № 02.740.11.0465 «Новые СВЧ приборы на основе явлений нелинейной электродинамики сегнетоэлектрических и ферромагнитных пленочных структур».

Апробацпя работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• 16-я Международная Крымская конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии». 10-14 сентября 2001, Севастополь, Украина.

• 19th International Symposium on Integrated Ferroelectrics. May 8-11,2007. Bordeaux, France.

• XI Electroceramics. September 1-4,2008. Manchester, UK.

• XVIII Всероссийская конференция по физике сегнетоэлектриков. 9-14 июня, 2008. Санкт-Петербург, Россия.

• 21th International Symposium on Integrated Ferroelectrics. September 27-October 1,2009, Colorado Springs, USA.

• 6th Microwave Materials and Their Applications Conference. 1-3 September, 2010 Warsaw, Poland.

• 40th European Microwave Conference. September 26-October 1 2010, Paris, France.

• Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского Государственного Электротехнического Университета (ЛЭТИ). 2006-2010 гг. Санкт-Петербург, Россия.

• научно-технические семинары «Современные проблемы техники и электроники СВЧ» 2009,2010гг. Санкт-Петербург, Россия.

Публикации.

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 20 статьях и докладах, из них по теме диссертации 20, среди которых 6

публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Доклады доложены и получили одобрение на 9 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем работ.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 109 наименований, и одного приложения. Основная часть работы изложена на 103 страницах машинописного текста. Работа содержит 64 рисунка и 4 таблицы.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена научная новизна полученных результатов, их практическая значимость, перечислены научные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 посвящена обзору литературы по теме работы.

Описаны основные свойства сегнетоэлектрических материалов и представлены результаты исследований свойств тонких сегнетоэлектрических пленок, имеющиеся в литературных источниках. Отмечается необходимость учета ряда особенностей диэлектрических свойств сегнетоэлектрических пленок в структурах М/СЭ/М (напряженность кристаллической решетки, наличие «мертвых» слоев, проявление размерного эффекта), которые необходимо учитывать при создании физических и математических моделей для описания свойств многослойных структур.

Рассмотрены электрически перестраиваемые СВЧ устройства (перестраиваемые резонаторы, фильтры, фазовращатели, ФАР) разработанные на основе сегнетоэлектрических пленок. Выделены основные преимущества и недостатки сегнетоэлектрических устройств по сравнению с полупроводниковыми и ферри-товыми аналогами.

Приведено сравнение наиболее распространенных технологических методов получения тонких сегнетоэлектрических пленок. Обоснован выбор ионно-плазменного высокочастотного магнетронного распыления, как способа получения СВЧ сегнетоэлектрических структур, исследованию которых посвящена данная работа. Приведены имеющиеся в литературных источниках результаты исследований структурных и электрофизических свойств тонких пленок ВБТО в зависимости от ряда технологических параметров.

Рассмотрена проблема температурной нестабильности параметров сегнетоэлектрических элементов. Приводится ряд наиболее перспективных методов подавления температурной зависимости [1-3], одним из которых является использование сегнетоэлектрических пленок с переменным по толщине составом (многослойные пленки). Из приведенного анализа следует, что в литературе практически отсутствуют данные об СВЧ свойствах подобных структур и простые модельные представления, позволяющие устанавливать связь между стехиометрическим составом слоев, их толщиной и требуемым диапазоном температурной стабилизации. ■

Рассмотрено явление медленной релаксации емкости тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов после воздействия управляющего напряжения. На основании анализа экспериментальных результатов и теоретических представлений, имеющихся в литературных источниках, выделены возможные причины рассматриваемого явления, а именно: наличие остаточных доменных областей, образование объемного заряда, миграция заряженных дефектов[4-7]. Из приведенного анализа следует, что, несмотря на актуальность проблемы и большого количества работ, посвященных данной тематике, до настоящего времени не существует единой физической модели, а также способов подавления медленной релаксации емкости тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов.

Глава 2 посвящена характеризации тонкопленочных сегнетоэлектрических СВЧ конденсаторов различных конструкций и исследованию особенностей их свойств.

Описаны конструкции исследуемых в работе тонкопленочных сегнетоэлектрических СВЧ конденсаторов. Приведены зависимости изменения их емкости от напряжения управления и частотные (НЗОГТц) зависимости СВЧ потерь.

Приведены данные основных параметров технологического процесса получения тонкопленочных сегнетоэлектрических СВЧ конденсаторов. Обоснован выбор материала подложки и электродов..

Часть главы посвяхцена проблеме низкой температурной стабильности параметров сегнетоэлектрических элементов. Подавление температурной зависимости осуществлялось за счет использования сегнетоэлектрических пленок с переменным по толщине составом. Приведены данные по аппроксимации экспериментальной температурной зависимости ёмкости (С(Т)) о днослойных сегнетоэлектрических конденсаторов с помощью функции:

Т -Г 1 2———+—, Т <ТС

с„ а'

С(Т)

Т-Т 1

С, Сз > (1)

где Г с - т емпература Кю ри, Со - параметр, определяемый постоянной Кюри-Вейса, Ся - ёмкость «мертвого» слоя на границе М/СЭ.

На основании анализа зависимостей е мкости конденсаторов от толщины сегнетоэлектрической пленки и данных ВИМС проведена оценка параметров мертвого слоя на границе М/СЭ: С8~(30±10) фФ/мкм2, толщина -20 нм и е-100 (соответствует ТЮг). На основании экспериментальных данных и соотношения (1) проведено моделирование температурнбй зависимости емкости многослойных сегнетоэлектрических конденсаторов плоскопараллельной и планарной конструкции. Теоретически показано, что в случае двухслойного конденсатора

плоскопараллельной конструкции может быть достигнута абсолютная температурная стабильность (ТКС=0) (Рис.1), если значения толщины слоев (di и с^) и параметров пленок, определяемых постоянными Кюри-Вейса материала (Coi и С02) удовлетворяют соотношению:

d. = 2- — ■ d2

С

02

Корректность приведенного теоретического подхода экспериментально подтверждена исследованиями в диапазоне температур (250^350)К плоскопараллельных конденсаторов на основе двухслойной плёнки BaxSri.xTi03'. d]=0.54 мкм, х = 0.5 и d2=0.3 мкм, х = 0.9. Температурный коэффициент емкости полученной структуры составил ТКС~2 10"4К''(Рис.2).

С,рг

х=0.9/

. BaxSr,.xTi03

'------ _2-_слоя__

100

200 300

т,к

400 500

С, пФ

0,5

0,3 0,2 0,1 0,0

Е=0 В/мкм

Е-80 В/мкм

- Однослойная пленка • Двухслойная пленка

240 260 280 300 320 340 360 380 400

т,к

Рисунок 1 - Расчетные температурные зависимости ёмкости для конденсаторов с одним и двумя сегнетоэлектрическими слоями разного состава.

Рисунок 2 - Экспериментальные температурные зависимости ёмкости при различных напряженностях электрического поля для конденсаторов с одним и двумя сегнетоэлектрическими слоями.

Главе 3 посвящена определению природы и поиску способов подавления процесса медленной релаксации ёмкости тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов.

Как схематически показано на дс рис.3 СЭ конденсатор демонстрирует медленные процессы релаксации емкости после окончания воздействия управляющего импульса напряжения. Это ведет к снижению управляемости СЭ конденсаторов и неоднозначности номинала их емкости при различной ' ! скважности и амплитуде импульсов

Рисунок 3 - Схематическая иллюстрация из- управления. д^, определения природы менения ёмкости СЭ конденсатора под воздействием периодических импульсов управ- наблюдаемого явления были проведе-

ляющего напряжения.

г ны комплексные исследования по

влиянию технологии изготовления сегнетоэлектрических элементов, влиянию интерфейсов сегнетоэлектрических пленок и конструкции конденсаторов на степень проявления процессов медленной релаксации.

Приведены результаты исследований быстродействия сегнетоэлектрических конденсаторов различных конструкций в широком диапазоне температур. Установлено, что время полной релаксации емкости (ДС=0) существенно уменьшается при увеличении температуры. В ходе исследования было также обнаружено, что формирование контактов М/СЭ в кислородосодержащей среде позволяет подавить процессы медленной релаксации емкости сегнетоэлектрических конденсаторов до пороговых величин напряженности электрического поля Е~40В/мкм. Установлено, что экспериментальные зависимости ДС(0 с высокой точностью описываются суммой двух экспонент с двумя постоянными времени:

АС(0 = Ае-"т> +Ве"т>

На основании проведенных экспериментальных исследований и анализа литературных данных было показано, что основной причиной медленной релаксации емкости является объемный заряд в СЭ пленке, образующийся при воздействии управляющего напряжения. Его формирование обусловлено наличием лову-шечных уровней в объеме СЭ, глубины залегания которых составляют Ец=0.4эВ и Е(2=0.7эВ, что подтверждено результатами измерений по двум методикам (метод изотермической релаксации емкости и анализ механизмов токопереноса). Глубины залегания 0.7эВ характерны для кислородных вакансий, которые следует рассматривать не только как ловушечные уровни, но и как заряженные дефекты способные мигрировать по объему СЭ пленки при воздействии Е-поля. Оценена напряженность Е-поля, при которой начинается процесс миграции кислородных вакансий, она достаточно велика по сравнению с вышеприведенными пороговыми уровнями поля и составляет 80В/мкм.

Приведен ряд технологических способов подавления медленных релаксационных процессов в сегнетоэлектрических элементах, предложенный на основании результатов проведенных исследований:

- Нанесение металлических электродов на сегнетоэлектрическую пленку при пониженных температурах (Рис. 4а). Минимальная температура нанесения меди,

и, в

б) при которой наблюдалась хорошая адгезия

Рисунок 4 - Подавление явления оста- _ ___

точной релаксации за счет а) понижение к пленкам ВБТО, составляла 400К;

10 15 20 25 30 35 и, В

1,0 0,8 0,6 "0,4 0,2 0,0

—■— до отжига —•— после отжига

0,4 и О <1

0,2

20 40 60

100 120 140

температуры нанесения металлических электродов б) высокотемпературного

- Высокотемпературный отжиг в ки-отжига в кислороде. слородосодержащей среде сегнетоэлектри-

ческих структур после их изготовления (Рис. 46).

Представлена математическая модель релаксации емкости сегнетоэлектри-ческого конденсатора, основанная на аналитическом решении задачи о релаксации заряда, инжектированного в диэлектрическую пленку, с учетом проводимости материала и влиянии ловушек [8].

Четвертая глава посвящена исследованию влияния воздействия ультрафиолетового излучения (УФ) на б ыстродействие т онкопленочных сегнетоэлек-трических элементов. Объектами исследований являлись планарные СЭ конденсаторы. Длина волны излучения подбиралась таким образом, чтобы энергия кванта излучения была больше, чем ширина запрещенной зоны исследуемых пленок. В качестве источников УФ излучения использовались светодиоды.

Приведены результаты исследований воздействия УФ излучения одинакового уровня мощности в диапазоне длин волн )*=(31(Н400)нм на времена медленной релаксации ёмкости и величины токов сквозной проводимости СЭ элементов. Установлено, что УФ излучение способствует радикальному (более чем на три порядка) ускорению медленной релаксации емкости СЭ элементов (Рис.5).

Обнаружено, что спектральные зависимости времен полной релаксации емкости и величины фототока имеют экстремумы, положение которых жестко коррелированны (Рис.5). В ходе исследований установлено, что длина волны, соответствующая наблюдаемым экстремумам, зависит от толщины пленки. Объяснения данной зависимости даны в рамках разработанной физико-математической модели, основанной на предположении о неоднородности процессов фотогенерации и рекомбинации носителей по толщине СЭ пленки. Получено соотношение для фототока в структуре при различных значениях длины волны УФ излучения:

где -ах~ коэффициент поглощения для излучения с длиной волны X; с^ - толщина приэлектродных слоев.

500

400

1 300

200

100

0

............:/гД •

Показано хорошее соответствие экспериментальных и теоретических результатов, что обеспечивает возможность выбора источника УФ излучения, соответствующего по длине волны максимальному подавлению медленных релаксационных явлений для СЭ пленок определенной толщины и дефектности. Обнаружено, что зависимость постоянной времени релаксации

300 320

340 360 А, им

380 400 емкости сегнетоэлектрических конден-

саторов при воздействии УФ от мощ-Рисунок 5 - Сопоставление спектральных зависимостей времени релаксации и величины фо- НОСТИ излучения НОСИТ гиперболиче-тотока тонкопленочного сегнетоэлектрического „ _

конденсатора. скии характер. Произведена оценка

предельного времени медленной релаксации ёмкости, которого можно достигнуть за счет воздействия УФ излучения.

Приложение. На основе модельных представлений работы [8] представлено аналитическое решение задачи о релаксации заряда, инжектированного в диэлектрическую пленку с учетом проводимости материала и влиянии ловушек.

Основные результаты работы:

1) Установлено, что причиной возникновения явления медленной релаксации емкости тонкопленочных сегнетоэлектрических конденсаторов после воздействия управляющего напряжения являются ловушечные уровни в объеме сегнето-электрической пленки.

2) Разработан ряд технологических рекомендаций для подавления процессов медленной релаксации емкости в тонкопленочных сегнетоэлектрических конденсаторах.

3) Доказано, что воздействие УФ излучения существенно (на три порядка) ускоряет протекание процессов медленной релаксации в тонкопленочных сегне-тоэлектрических конденсаторов.

4) Показано, что применение двухслойных сегнетоэлектрических плёнок BaxSri.xTi03, слои которых отличаются составом х, позволяет уменьшить температурный коэффициент ёмкости до величин, сравнимых с полупроводниковыми аналогами, без потери управляемости структуры по сравнению с однослойными элементами.

Цитируемая литература:

[1] O.G. Vendik. Layered planar capacitor based on BaxSri-xTi03 with variable parameter x / O.G. Vendik, S.P. Zubko, S.F. Karmanenko et al. // Journal of applied physics. -2002. -V.91, n.l.-P.331-335.

[2] A.M. Прудан. Индуцированные состояния сегнетоэлектрика с одинаковой диэлектрической проницаемостью / А.М.Прудан, А.Б.Козырев, А.В.Земцов // Журнал Технической Физики. - 2004. - Т.74, вып.З. - С.87-90

[3] О.Ю. Буслов. Интегральные сегнетоэлеетрические фазовращатели миллиметрового диапазона длин волн на основе периодических структур / О.Ю.Буслов, В.Н.Кейс, А.Б. Козырев и др. // Журнал Технической Физики. - 2005. - Т.75, вып.9. - С.89-94.

[4] О.Г. Вендик О.Г. Гистерезис диэлектрической проницаемости титаната стронция при 4.2К / О.Г.Вендик, А.И.Дедык, Р.В. Дмитриева и др.//Физика Твердого Тела. -1984.-Т.26.-В.З.-С.684-689.

[5] М. Dawber. Physics of thin-film ferroelectric oxides / M. Dawber, K.M. Rabe, J.F. Scott // Reviews of Modern Physics.- 2005.- V.77.-P.1083-1130.

[6] А.И. Дедык. Избыточный заряд в титанате стронция / А.И. Дедык, JI.T. Тер-Мартиросян // Физика Твердого Тела. -1998. -Т.4 -В.2 -С. 245.

[7] Boikov. Slow capacitance relaxation in (Ba,Sr)Ti03 thin films due to the oxygen vacancy redistribution/ Yu. A. Boikov., B.M. Goltsman., V.K. Yarmarkin, V.V. Lemanov// Applied Physics Letters-2001.- V.78.- Is.24.-P.3866-3868.

[8] Барыбин A.A. Релаксация заряда в проводящих диэлектрических пленках с мелкими и глубокими ловушками/ А.А. Барыбин, В.И. Шаповалов// Физика Твердого Тела.-2008.-Т.50-В.5-С.781-793.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1) А.Г. Алтынников. СВЧ-потери в конденсаторе на основе тонкопленочной структуры металл-сегнетоэлектрик-металл/ А.Г. Алтынников, М.М. Гайдуков, А.Г. Гагарин [и др.] //Письма в Журнал Технической Физики.-2007.- Т.34, В.13.-С.50-55.

2) А.Г. Алтынников. Влияние температуры осаждения на структурные и электрофизические свойства тонких пленок титаната бария-стронция/ А.Г.Алтынников, А.В. Тумар-кин, А.К. Михайлов // Письма в Журнал Технической Физики. -2008.-Т.34, В.18.-С.14-19.

3) А.Г. Алтынников. Распределение неравновесных носителей заряда в нелинейном тонкопленочном конденсаторе/ А.Г. Алтынников, В.А. Волыио, А.Г. Гагарин, А.Б. Козырев // Письма в Журнал Технической Физики.-2007. -Т.ЗЗ, В.19.-С.80-86.

4) А.Г. Алтынников. Влияние контактов металл-сегнетоэлектрик на формирование объемного заряда в сегнетоэлетрических тонкопленочных конденсаторах/ А.Г. Алтынников, А.Б. Козырев, М.М. Гайдуков [и др.] // Письма в Журнал Технической Физики,- 2009.-Т.35.В.13.-С.1-7.

5) A. Altynnikov. Evaluation of the space charge trap energy levels in the ferroelectric films (Определение глубины залегания ловушечных уровней в сегнетоэлектрических пленках)/ A. Altynnikov, A. Kozyrev, М. Gaidukov et al. // Journal of Applied Physics -2009,-V.106.-P.014108.

6) A. Altynnikov. Effect of ultraviolet radiation on slow-relaxation processes in ferroelectric capacitance structures (Эффект воздействия УФ излучения на процессы медленной релаксации в сегнетоэлектрических емкостных структурах)/ A. Altynnikov, A. Kozyrev, М. Gaidukov et al. // Journal of Applied Physics -2010.-V.107.-P.084102.

Другие наиболее важные статьи и материалы конференций:

7) А.Г. Алтынников. Исследование релаксационных процессов в тонких сегнетоэлектрических пленках/ А.Г. Алтынников, М.М. Гайдуков, А.Г. Гагарин, А.В. Тумаркин// Известия Высших Учебных Заведений России. Радиоэлектроника. -2008. -В.З. -С.67-70.

8) А.Г. Алтынников. СВЧ МДМ конденсаторы на основе сегнетоэлектрических тонких пленок/ Алтынников А.Г., Козырев А.Б., Гайдуков М.М., [и др.] // 1б-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Труды конференции. 2006. - 598-599.

9) A. Altynnikov. Effect of the ultraviolet irradiation on the electrophysical properties of varac-tors based on BSTO films in paraelectric state (Воздействие ультрафиолетового излучения на электрофизические свойства тонкопленочных варакторов на основе пленок BSTO в параэлектрической фазе)/ N. Alfordl, A. Altynnikov, A. Gagarin et al. //Electroceramics XI. 2008. Manchester, UK September 2008. D3-033-P.

10) А.Г. Алтынников. Структурные и электрофизические свойства наноразмерных пленок титаната бария-стронция/ А.Г. Алтынников, А.В. Тумаркин, С.В. Разумов [и др.] // XVIII Всероссийская конференция по физике сегнетоэлектриков. Тезисы конферен-ции9-14 июня 2008. г. Санкт-Петербург. - С.223-224..

11) А.Г. Алтынников. Влияние контактов металл-сегнетоэлектрик на формирование объемного заряда в сегнетоэлектрических тонкопленочных конденсаторах/ А.Г. Алтынников, А.В. Тумаркин, А.Г. Гагарин, М.М. Гайдуков, А.Б. Козырев.// XVIII Всероссийская конференция по физике сегнетоэлектриков. Тезисы конференции 9-14 июня 2008. г. Санкт-Петербург. - С.221-222.

12) A. Altynnikov. Procedure and results of measurements of time tuning time of ferroelectric va-ractors (Методика и результаты измерения быстродействия сегнетоэлектрических варакторов)/ A.Kozyrev, A.Kanareykin, A. Altynnikov// ISIF2009 Рб-217.

13) A. Altynnikov. Tunable microwave capacitor structures based on the multilayer bariumstrontium titanate film with reduced thermal instability (Перестраиваемые СВЧ конденсаторные структуры, выполненные на основе многослойных пленок титаната бария-стронция, с подавленной температурной нестабильностью)/ A. Altynnikov, A. Tumarkin, A. Gagarin et al.// European Microwave Week, Paris, 28-30 September 2010. - P. 898-901.

Подписано в печать 24.11.2010. Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис». Печать ризографическая. Заказ № 4/1124. П. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз.

ЗЛО «КопиСервис» Адрес: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д. 3. тел.: (812) 327 5098

Введение.

Глава 1. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЛЕНКИ И СТРУКТУРЫ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ СВЧ ПРИМЕНЕНИЙ.

1.1 Свойства сегнетоэлектрических пленок.

1.2 Перестраиваемые СВЧ-устройства и требования к их элементам и материалам.

1.3 Структурные и электрофизические параметры сегнетоэлектрических пленок Вах8г1.хТЮ3 полученных методом ВЧ магнетронного распыления.

1.4 Быстродействие тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов.

1.5 Температурная стабильность параметров сегнетоэлектрических элементов.

Глава 2. ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИХ СВОЙСТВ.

2.1 Тонкопленочные сегнетоэлектрические конденсаторы.

2.2 Технология создания тонкопленочных сегнетоэлектрических конденсаторов.

2.3 Методики измерения параметров тонкопленочных СЭ конденсаторов.

2.5 Особенности вольт-фарадных характеристик тонкопленочных конденсаторов плоскопараллельной конструкции.

2.6 Тонкопленочные сегнетоэлектрические конденсаторы с высокой термостабильностью параметров.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ МЕДЛЕННЫХ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ОСТАТОЧНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В СЭ ПЛЕНКАХ В ПАРАЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ФАЗЕ.

3.1 Анализ процессов медленной релаксации емкости сегнетоэлектрических конденсаторов различной конструкции.

3.2 Исследование электрофизических свойств сегнетоэлектрических элементов в широком диапазоне температур.

3.3 Физическая модель механизма релаксации остаточной емкости в структурах М/СЭ/М на основе пленок Вах8г1хТЮ3 в параэлектрическом состоянии.

3.4 Математическая модель релаксации объемного заряда в тонко пленочных сегнетоэлектрических конденсаторах.

3.5 Технология изготовления тонкопленочных СЭ структур с подавленным медленным релаксационным откликом.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В СЭ ПЛЕНКАХ В ПАРАЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ФАЗЕ.

4.1 Оптические характеристики тонких сегнетоэлектрических пленок ВБТО.

4.2 Динамика медленной релаксации остаточной емкости в сегнетоэлектрических конденсаторах при воздействии УФ излучения.

4.3 Быстродействие сегнетоэлектрических конденсаторов под воздействием УФ излучения различной мощности.

Актуальность темы.

Развитие СВЧ микроэлектроники делает актуальным использование пленочных сегнетоэлектриков (СЭ) в параэлектричееком состоянии для создания устройств управления амплитудой и фазой СВЧ сигнала. По ряду параметров такие устройства являются конкурентными традиционным устройствам на основе полупроводниковых и ферритовых материалов. Использование сегнетоэлектриков в СВЧ устройствах (фазовращатели, фильтры, линии задержки, фазированные антенные решетки) ведет к снижению мощности управления, увеличению рабочей СВЧ мощности, улучшению радиационной стойкости, упрощению технологии и радикальному снижению цены устройств. Однако широкому использованию и реализации всех возможностей сегнетоэлектрических структур в СВЧ технике препятствует ряд проблем.

Для эффективной работы устройств управления амплитудой и фазой СВЧ сигнала необходим быстрый отклик диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрической пленки на воздействие электрического поля. Однако наряду с процессами быстрого (< 1 не) нелинейного отклика ёмкости структур металл/СЭ/металл (М/СЭ/М), существуют медленные релаксационные процессы, постоянные времени которых составляют десятки и даже сотни секунд. Процессы медленной релаксации емкости связаны с изменением ~(5-И0)% от общего её изменения под действием управляющего напряжения. Однако, для создания СВЧ-устройств с высоким разрешением по перестройке частоты (фильтры) или фазы (фазовращатели, линии задержки) наличие таких явлений недопустимо. До настоящего времени не существует ясного анализа причин и динамики наблюдаемых процессов, отсутствуют данные о способах подавления медленных релаксационных явлений. Проведение исследований по данному направлению позволит получить новые научные данные в области динамики неравновесных процессов в тонкопленочных сегнетоэлектрических структурах, и, с точки зрения технических приложений, повысить быстродействие сегнетоэлектрических СВЧ устройств.

Еще одним фактором, сдерживающим использование тонкопленочных сегнетоэлектрических материалов, является сильная зависимость их диэлектрической проницаемости от температуры. В настоящее время существует ряд схемотехнических методов улучшения термостабилизации параметров сегнетоэлектрических элементов, однако все они связаны с уменьшением их управляемости или усложнением конструкции. Одним из перспективных методов подавления температурной зависимости диэлектрической проницаемости СЭ является использование многослойных структур с изменением состава СЭ по слоям. Исследованиям в этой области посвящено значительное число публикаций, однако отсутствует аналитический подход, позволяющий определить компонентный состав слоев необходимый для термостабилизации в заданном температурном диапазоне, отсутствуют также данные о свойствах подобных многослойных структур в СВЧ диапазоне. Таким образом, проведение исследований в данной области является актуальным как с точки зрения изучения физических свойств многослойных СЭ структур, так и технических приложений их технологии и конструирования.

Цель диссертационной работы - подавление медленной релаксации и температурной зависимости ёмкости в пленочных структурах на основе Вах8г1хТЮ3 для увеличения быстродействия и термостабильности СВЧ сегнетоэлектрических элементов.

Основные задачи исследования:

• определение влияния технологии получения пленочных сегнетоэлектрических элементов (Вах8г]хТЮз) на процессы медленной релаксации их емкости;

• анализ электрофизических свойств тонких пленок Вах8г1хТЮ3 в широком диапазоне температур для идентификации структурных дефектов сегнетоэлектрических пленок;

• построение физической и математической моделей для описания природы и динамики медленных релаксационных процессов в тонкопленочных структурах М/СЭ/М;

• определение эффективности воздействия излучения УФ диапазона на электрофизические свойства тонких сегнетоэлектрических пленок Вах8г1хТЮ3;

• определение степени подавления процесса медленной релаксации емкости тонкопленочных сегнетоэлектрических элементов технологическими методами и за счет воздействия излучения УФ диапазона;

• повышение термостабильности сегнетоэлектрических структур для СВЧ применений за счет использования многослойных сегнетоэлектрических пленок с различным составом слоев.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что в объеме пленок Вах8г|хТЮ3 в структуре М/СЭ/М присутствуют две группы ловушечных уровней с глубинами залегания ~0.7эВ и ~0.4эВ;

2. Установлено, что медленные релаксационные явления (10^-100 с), наблюдаемые в сегнетоэлектрических элементах в параэлектрической фазе, обусловлены наличием кислородных вакансий в объеме пленки, которые следует рассматривать и как центры захвата носителей заряда, и как заряженные дефекты способные мигрировать под действием поля;

3. Обнаружено, что формирование границ Р1;(Аи)/Вах8г1хТЮз в кислородной атмосфере позволяет подавить процессы медленной релаксации диэлектрической проницаемости;

4. Показано, что нанесение металлических электродов при пониженной температуре и высокотемпературный отжиг в кислородосодержащей атмосфере емкостных структур М/СЭ/М на основе сегнетоэлектрических пленок Вах8г1.хТЮ3 ведет к существенному уменьшению величин остаточной емкости;

5. Показано, что генерация неравновесных носителей в объёме ВБТО плёнки за счет воздействия УФ облучении ведёт к уменьшению времен медленной релаксации емкости более чем на три порядка;

6. Показано, что эффективная термостабилизация параметров сегнетоэлектрических емкостных структур плоскопараллельной конструкции может быть достигнута за счет использования двухслойной сегнетоэлектрической пленки при определенных значениях толщин слоев и постоянных Кюри-Вейса материала слоев.

Практическая значимость работы:

1. Предложено использование УФ излучения как способа снижения времени релаксации емкости СЭ элементов;

2. Разработаны рекомендации по технологии получения тонкопленочных емкостных элементов типа М/СЭ/М с подавленным медленным релаксационным откликом на воздействие управляющего напряжения;

3. Предложен способ увеличения термостабильности свойств сегнетоэлектрических конденсаторов за счет использования двухслойных сегнетоэлектрических пленок с определенным соотношением толщин слоев и температур фазового перехода.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) Возникновение и релаксация остаточной емкости после воздействия управляющего напряжения в тонкопленочных конденсаторах на основе Вах8г]„хТЮ3 обусловлены наличием двух групп заряженных дефектов в объеме сегнетоэлектрической пленки с глубинами залегания ~0.7эВ (кислородные вакансии) и ~0.4эВ.

2) Воздействие излучения ультрафиолетового диапазона ведет к радикальному уменьшению времен (на несколько порядков) медленной релаксации остаточной емкости в конденсаторных структурах на основе тонких пленок Вах8г1хгП03.

3) Экстремумы на спектральных зависимостях времени релаксации остаточной емкости и величин токов утечки в структурах М/СЭ/М жестко коррелированны и их положение определяется неоднородностью процессов фотогенерации и рекомбинации по толщине пленки.

4) СВЧ нелинейный конденсатор плоскопараллельной конструкции на основе структуры содержащей два сегнетоэлектрических слоя различного состава (различные температуры Кюри Тс] и Тс2) демонстрирует эффективное подавление температурной зависимости емкости в интервале температур (ТС1-^ТС2) при определенной комбинации значений толщин и постоянных Кюри-Вейса материала, удовлетворяющих соотношению: С

02

Выводы:

1) Экспериментальные исследования релаксационных характеристик емкости конденсаторов на основе пленок В Б ТО при облучении УФ излучением с длиной волны 310.340 нм показали, что время медленной релаксации существенно (на 1-2 порядка) уменьшается при воздействии УФ излучения.

2) Обнаружена корреляция между увеличением тока проводимости конденсатора и уменьшением времени релаксации емкости.

3) Результаты моделирования спектральной зависимости фототока 1рь(А,) указывают на то, что характер зависимости 1рь(А.) обусловлен изменением доли поглощенного излучения при изменении длины волны излучения либо толщины пленки, а также пространственной неоднородностью процессов фотогенерации и рекомбинации в объеме пленки.

4) Установлено, что при сколь угодно высоком уровне мощности излучения (Р—юо) времена релаксации т не будут менее величины То, которая по результатам аппроксимации экспериментальных данных составляет порядка 1с.

Заключение

Работа посвящена исследованию электрофизических свойств тонких сегнетоэлектрических пленок в структурах М/СЭ/М с целью реализации на их основе электрически управляемых СВЧ устройств. Приведены результаты исследований вольт-фарадных характеристик СЭ конденсаторов и механизмов токопереноса в СЭ структурах. Установлены причины, вызывающие медленную релаксацию ёмкости сегнетоэлектрических конденсаторов при импульсном управлении, и предложено их модельное описание. Показано, что определяющее влияние на эти процессы оказывают «глубокие» ловушечные уровни, локализованные в приэлектродных слоях. Проведён анализ температурных зависимостей параметров сегнетоэлектрических плёнок с различным содержанием бария. Теоретически показано, что для 2х-слойного конденсатора плоскопараллельной конструкции М/СЭ1/СЭ2/М возможно получение абсолютной температурной стабильности в широком диапазоне температур.

Разработана методика измерения быстродействия СЭ конденсаторов при Е -полевом импульсном воздействии. Исследованы СЭ конденсаторы, в которых технологическими методами были обеспечены различные условия формирования контакта металл-сегнетоэлектрик.

Основные новые результаты работы:

1. Установлено, что в объеме пленок Вах8г]хТЮз в структуре М/СЭ/М присутствуют две группы ловушечных уровней с энергиями залегания ~-0.7эВ и ~0.4эВ;

2. Установлено, что медленные релаксационные явления емкости (10-4 00 с), наблюдаемые в сегнетоэлектрических элементах в параэлектрической фазе, обусловлены наличием кислородных вакансий в объеме пленки, которые следует рассматривать и как центры захвата носителей заряда и как заряженные дефекты способные мигрировать под действием поля;

3. Обнаружено, что формирование границ Р1(Аи)/Вах8г1.хТ103 в кислородной атмосфере позволяет подавить процессы медленной релаксации диэлектрической проницаемости;

4. Показано, что нанесение металлических электродов при пониженной температуре и высокотемпературный отжиг в кислородосодержащей атмосфере емкостных структур М/ Ва^г^ТЮз/М на основе сегнетоэлектрических пленок ведет к существенному уменьшению величин остаточной емкости;

5. Показано, что генерация неравновесных носителей в объёме В8ТО плёнки за счет воздействия УФ облучении ведёт к уменьшению времен медленной релаксации емкости более чем на три порядка. Предложено использование УФ излучения как способа снижение времени релаксации остаточной емкости СЭ элементов;

6. Показано, что эффективная термостабилизация параметров сегнетоэлектрических емкостных структур плоскопараллельной конструкции может быть достигнута за счет использования двухслойной сегнетоэлектрической пленки при определенных значениях толщин слоев и постоянных Кюри-Вейса материала слоев.

7. Разработаны рекомендации по технологии получения тонкопленочных емкостных элементов типа М/СЭ/М с подавленным медленным релаксационным откликом на воздействие управляющего напряжения;

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

2. G. Gerlach. Propertyes 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. Sukhaneck et al.// Frroelectrics. -1999 -V.230. -P. 109-114.

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

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

5. A.Kozyrev. Nonlinear response and power handling capability of ferroelectric BSTO film capacitors and tunable microwave devices./ A. Kozyrev, A. Ivanov, T. Samoilova et al. // J. of Appl. Phys.- 2001. -V.88.- Is.9.- P. 5334-5342.

6. Noren B. Thin film barium strontium titanate (BST) for a new class of tunable RF components/Noren B. // Microwava Journal.- 2004.- V.- 47.- N.5 -P. 210-220.

7. Сегнетоэлектрики в технике СВЧ. Под ред. О.Г. Вендика.- М.: Советское радиоб 1979.-272 с.

8. Vendik O.G. Modeling the dielectric response of incipient ferroelectrics./ Vendik O.G, Zubko S.P.// Journal of Applied Physics. -1997.-Vol.82,- Is.9. P.4475-4483.

9. Komatsu S. Measurement and thermodynamic analyses of the dielectric constant of epitaxially grown SrTi03 films./ Vendik O.G., Zubko S.P // Jpn. J. Appl. Phys.-1993.- V. 33.-P.L1157-L1159.

10. Прудан A.M. Диэлектрическая проницаемость плёночного титаната стронция в составе структуры 8гТЮ3/А1203 / Прудан A.M., Е.К. Гольман, А.Б. Козырев и др.// Письма в ЖТФ- 1998.-Т. 24.- В.9.- С.8-12.

11. Kozyrev А.В. Preparation of SrTi03 films on sapphire substrate by RF magnetron sputtering./ Kozyrev A.B., Hollmann E.K., Loginov V.E. and Prudan A.M. // Vacuum.- 1998.- M.5.-№ 2.- P. 141-143.

12. Леманов В.В. Фазовые переходы в твердых растворах на основе SrTi03./ Леманов В.В.// Физика Твердого Тела- 1997.- Т.39-В.9.-С.365-369.

13. McAneney J. Temperature and frequency characteristics of the interfacial capacitance in thin-film barium-strontium-titanate capacitors / J. McAneney, L.J. Sinnamon, R.M. Bowman, J.M. Gregg // J. of App. Phys. -2003. -Vol.94, Is.7. -P.4566-4570.

14. Chen B. Thickness and dielectric constant of dead layer in Pt/(Bao.7Sro.3)Ti03/YBa2Cu307x capacitor / B. Chen, H. Yang, L. Zhao et al // App. Phys. Lett. -2004. -Vol.84, Is.4. -P.583-585.

15. Shaw T.M. The effect of stress on the dielectric properties of barium strontium titanate thin films / T.M. Shaw, M. Huang, Z. Suo, E. Liniger, R.B. Laibowitz, J.D. Baniecki // App. Phys. Lett. -1999. -Vol.75. -Is.14. -P.2129-2131.

16. Keane S. P. Phase transitions in textured SrTi03 thin films on epitaxial Pt electrodes / S.P. Keane, S. Schmidt, J. Lu, A.E. Romanov, S. Stemmer // J. Appl. Phys. -2006. -V.99. -P.033521.

17. Вендик О.Г. Феноменологическое описание зависимости диэлектрической проницаемости титаната стронция от приложенного электрического поля и температуры / О.Г. Вендик, С.П. Зубко // ЖТФ. -1997. -Т.67. -В.З. -С.29-33.

18. Вендик О.Г. Размерный эффект в слоистых структурах: сегнетоэлектрик-нормальный металл и сегнетоэлектрик-ВТСП / О.Г. Вендик, JI.T. Тер-Мартиросян//ФТТ. -1994. -Т.36, вып.11. -С.3343-3351.

19. Зубко С.П. Влияние размерного эффекта на диэлектрическую проницаемость танталата калия, входящего в состав пленочного конденсатора / С.П. Зубко // Письма в ЖТФ. -1998. -Т.24, вып.21. -С.23-29.

20. Vendik O.G. Experimental evidence of the size effect in thin ferroelectric films / O.G. Vendik, S.P. Zubko, L.T. Ter-Martirosyan // App. Phys. Lett. -1998. -Vol.73. -Is.l. -P.37-39.

21. Вендик О.Г. Размерный эффект в наноструктурированных сегнетоэлектрических пленках/ О.Г. Вендик, С.П. Зубко, Н. Ю. Медведева// ПЖТФ 2007.-Т.ЗЗ. - В. 6.-С.8.

22. Howson D.P. UHF double dielectric resonator filter with linearised tuning range / D.P. Howson, B.M. Sani //Elect. Lett. -1995. Vol.31, n.19. -P.1652.

23. Poplavko Y. Frequency tunable microwave dielectric resonator / Y.Poplavko, Y.Prokopenko, V.Molchanov, A.Dogan // IEEE Trans on MTT. -2001. -V.49, N6. -P.1020-1026.

24. Kozyrev A.B. Procedure of microwave investigations of ferroelectric films and tunable microwave devices based on ferroelectric films / A. B. Kozyrev, V. N. Keys, G. Koepf et al. // Microelectronic Engineering. -1995. -Vol.29. -P.257-260.

25. Galt D. Ferroelectric thin film characterization using superconducting microstrip resonators / D.Galt, J.C.Price, J.A.Beail, R.H.Ono // IEEE Trans. Appl. Supercond. -1995. -V.5. -P.2575.

26. Galt D. Ferroelectric thin film characterization using superconducting microstrip resonators / D.Galt, J.C.Price, J.A.Beail, R.H.Ono //. IEEE Trans. Appl. Supercond. -1995.-V.5. -P.2575.

27. Козырев А.Б. 60 GHz фазовращатель на основе (Ва, Sr)Ti03 сегнетоэлектрической пленки/ Козырев А.Б., Иванов А.В., Солдатенков О.И.//. Письма вЖурнал Технической Физики.- 2001.-Тт. 27.- В.24- С.16-21.

28. Acikel В. A New High Performance Phase Shifter using BaxSrixTi03 Thin Films./ Acikel В., Taylor T. R., Hansen P. J.// IEEE Microwave and Wireless Components Lett-2002.- V.12.- Is. 7.

29. Прудан A.M. Влияние отжига иа диэлектрическую проницаемость пленочного титаната стронция в структуре SrTi03 /А1203. / А. М. Прудан, Е.К. Гольман, • А.Б. Козырев и др. // Физика Твердого Тела. -1998. -Т.40 -Вып.8 С.66.

30. Kai-Huang-Chen. The Influence of Annealing Process on Physical and Electrical Characteristics of (Ba0 8Sr0.2)(Ti0.9Zr0.i)O3 Thin Films. / Kai-Huang-Chen, Cheng-Fu-Yang// Ferroelectric -2009,- V.381.- P.59-66.

31. Jomni F. Effect of Annealing on the Electrical Properties of SrTi03 Thin Films Produced by Ion Beam Sputtering/ F. Jomni, FI. Ouajji, A. Sylvestre etc.// Integrated Ferroelectrics 2008.- V.100.- P.228-237.

32. Baumert B. A. Characterization of sputtered barium strontium titanate and strontium titanate-thin films./ B. A. Baumert L.-H. Chang, A. T. Matsuda etc. // J. Appl. Phys.- 1997.-V.82.-P.2558.

33. A.B. Гориш. Пьезоэлектрическое приборостроение / A.B. Гориш, В.П. Дудкевич, М.Ф. Куприянов и др. / Под ред. А.В. Гориша. Т. 1. Физика сегнетоэлектрической керамики. -М.: ИПРЖР, 1999.-368 с.

34. J.K. Lee. Metal-organic chemical vapor deposition of РЬ^гЛ^.^Оз thin films for high-density ferroelectric random access memory application / J.K. Lee. J.- M. Ku, C. -R. Cho et al. // J. of Semiconductor Technology and Scince. 2002. V.2, N3. P. 205-212.

35. Xu. Yu. Ferroelectric materials and their preparation. N.Holand-Amsterdam-London-New York-Tokyo. -1991. -P.391.

36. B.H. Hoerman. Dielectric properties of Ba0.7Sr0.3TiO3 thin film/ B.H. Hoerman, G.M. Ford, L.D. Kaufman, B.W. Wessels // Appl. Phys. Lett. -1998. -V.73.- P.2248-2250.

37. J.D. Baniecki. Dielectric relaxation of the Bao.7Sro.3Ti03 thin films from 1 mPIZ to 20 GHz/ J.D. Baniecki, R.B. Liabowitz, T.M. Shaw et al. // Appl. Phys. Lett. -1998. -V.72. -P.498-500.

38. Halder S. Microstructural and Electrical Characterization of (Ba,Sr)Ti03 Thin Films Prepared by a New Carboxylate Free Chemical Solution Deposition (CSD) Route./ Haider S., Schneller Т., Waser R// Mat. Res. Soc. Symp. Proc.-2003.- Vol.762.-C8.17.1.

39. Krupanidhi S.B. Recent advances in deposition of ferroelectric thin films/ Krupanidhi S.B.// Integrated ferroelectrics.- 1992.- V. 1.- P. 161-180.

40. Томашпольский Ю.Я. Пленочные сегнетоэлектрикию -M.: Радио и связь 1984. С.193.

41. Т. Nakagawa. Ferroelectric properties of RF-sputtered PLZT thin film / T. Nakagawa, J.Yamaguchi, T. Usuki et al.// Jap. J. Appl. Phys.- 1979.- V. 18.- N5.- P. 897-902.

42. В.П. Афанасьев. Влияние условий формирования цирконата-титаната свинца на диэлектрических подложках с подслоем платины / В.П. Афанасьев, Е.Ю. Каптелов, Г.П. Крамар и др. // Физика Твердого Тела. -1994.-Т.36.- С. 16751665.

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

44. E.K. Гольман. Свойства пленок BaxSrj.xTi03 выращенных методом ВЧ магнетронного распыления на сапфире с подслоем SrTi03 / Е.К. Гольман, В.И. Гольдрин, В.Е. Логинов и др. // Письма в Журнал Технической Физики. 1999-Т.25. №14 - С. 1-5.

45. Mitsuaki Izuha Electrical properties and microstructures of Pt/Bao.sSro.sTiCVSrRuC^ capacitor./ Mitsuaki Izuha, Kazuhide Abe, Mitsuo Koike et al.//Appl. Phys. Lett.-1997-V.70.-N.il.-P. 1406.

46. Tae Song Kim. Structural and electrical properties of rf magnetron-sputtered (Ba,Sr)Ti03 thin films on indium-tin-oxide-coated glass substrate/ Tae Song Kim, Chong Нее Kim, Myung Iiwan Oh//J. Appl. Phys. 1994-V.75-P.12

47. Yi Wang Fabrication and electrical properties of (111) textured (Ba0.6Sr0.4)TiO3 film on platinazed Si substrate/ Yi Wang, Baoting Liu, Feng Wei et al.// Appl.Phys .Lett.-2007.-V.90-P.042905.

48. E.A. Fardin. Enhanced tenability of magnetron sputtered Ba0.5Sr0.5TiO3 thin films on c-plane sapphire substrates/ E.A. Fardin, A.S. Holland, K. Ghorbani// Appl.Phys.Lett.-2006-V.89.-P.022901.

49. J.H. Ma Optical properties of SrTi03 thin films deposited by radio-frequency magnetron sputtering at various substrate temperatures/ J.H. Ma, Z.M. Huang, X.J. Meng et al.// J. Appl. Phys.-2006.-V.99-P.033515.

50. А.В.Тумаркин. Влияние температуры осаждения на структурные и электрофизические свойства тонких пленок титаната бария-стронция/ А.В.Тумаркин, А.К.Михайлов, А.Г.Алтынников // Письма в Журнал Технической Физики,- 2008- т.34- в. 18

51. B. Panda. Thickness and temperature dependent electrical characteristics of crystalline Ва^г^ДЮз thin films/ B. Panda, A. Roy, A. Dhar, and S. K. Rayb//J.Appl. Phys. -2007-V.101-P.101.

52. Jin Wook Jang. Thickness dependence of room temperature permittivity of polycrystalline./ Jin Wook Jang, Su Jin Chung, Jin Wook Jang and Su Jin Chung// J. Appl. Phys.-1997.-V.81.-P.6322

53. Hong Shen. Effect of oxygen to argon ratio on properties of (Ba,Sr)Ti03 thin films prepared on LaNi03/Si substrates./ Hong Shen, Yanhong Gao, Peng Zhou et al.//J.Appl.Phys.-1999-V.105-P.061637.

54. K. Tao. Ferroelectric properties of (Ba,Sr)Ti03 thin films grown on YBa2Cu307 Layers/ K. Tao, Z. Мао, B. Xu et. al.//J.Appl.Phys. -2003.-V.94-P.4042.

55. Kun Ho Ahn. Thickness dependence of leakage current behavior in epitaxial (Ba,Sr)Ti03 film capacitors/ Kun Ho Ahn, Sang Sub Kim, Sunggi Bailc// J.Appl. Phys.-2003.-V.93-P. 1725.

56. Zafar S. Resistance degradation in barium strontium titanate thin films/ Zafar S., FIradsky В., Gentile D., Chu P., Jones R. E., Gillespie S.// J. of App. Phys.-1999.-V.8610- Is.7.-3.3890-3894.

57. Chan N.-II. Defect Chemistry of Donor-Doped ВаТЮ3/ Chan N.-FI., Smyth DM.// J. Am. Cer. Soc.-1984.- V.67.- Is.4.- P.285.

58. Scott J.F. Quantitative measurement of space-charge effects in lead zirconate-titanate memories/ Scott J.F., Araujo C.A., Melnick B.M., McMillan L.D., Zuleeg R.//J. of App. Phys.-1991.- V.70.- Is.l.-P. 382-388.

59. M. Dawber. Models of Electrode-Dielectric Interfaces in Ferroelectric Thin-Film Devices /М. Dawber and J.F. Scott.// Jpn. J. Appl. Phys.-2002.- V.41.- P.6848-6851.

60. Robertson J. Schottky barrier heights of tantalum oxide, barium strontium titanate, lead titanate, and strontium bismuth tantalite/ Robertson J., Chen C. W.// App. Phys. Lett.- 1999.- V.74.- Is.8.- P. 1168-1170.

61. Zheng L. Current-voltage characteristic of asymmetric ferroelectric capacitors./ Zheng L., Lin С., Ma T.-P.// J. Phys. D: Appl. Phys.-1996. -V.29.- P.457-461.

62. Seon Yong Cha. Effects of Ir Electrodes on the Dielectric Constants of Ba0.5Sr0.5TiO3 Films./ Seon Yong Cha, Byung-Tak Jang, Нее Chul Lee.// Jpn. J. Appl. Phys.-1999.- V.38. P.49-51.

63. Lee К. H. Variation of Electrical Conduction Phenomena of Pt/ (Ba, Sr)Ti03/Pt Capacitors by Different Top Electrode Formation Processes./ Lee К. H., Hwang C. S., Lee В. Т., Kim W. D. et al.// Jpn. J. Appl. Phys.-1997.- V.36.- P.5860-5865.

64. Brovvning N. D. The influence of atomic structure on the formation of electrical barriers at grain boundaries in SrTi03./ Browning N. D., Buban J. P., Moltaj H. О.// App. Phys. Lett.-1999.- V.74.-1.18.- P.2638-2640.

65. Tsai M. S. Effect of bottom electrode materials on the electrical and reliability characteristics of (Ba, Sr)Ti03 capacitors./ Tsai M. S., Sun S.C., Tseng T.-Y. et al.// IEEE Trans, on Electron Devices.- V.46.- Is.9.- P. 1829-1838.

66. Lu J. Contributions to the dielectric losses of textured SrTi03 thin films with Pt electrodes./ Lu J., Schmidt S., Ok Y.-W., Keane S., Stemmer S.// J. Appl. Phys.-2005.-V.98.-P. 054101.

67. Knauss L.A. The effect of annealing on the structure and dielectric properties ofBaxSr!.xTi03 ferroelectric thin films L.A. Knauss, J.M. Pond, J.S. Horwitz etc. // Appl. Phys. Lett. -1996. -V.69 -P.124-127.

68. S.V. Razumov. Characterization of quality of BaxSrixTi03 thin film by the commutation quality factor measured at microwawes./ S.V. Razumov, A.V. Tumarkin, M. M. Gaidukov et al. // Appl. Phys. Lett 2002. V.81. -N.9. - P. 1675.

69. Z. Yuan. Large dielectric tenability and microwave properties of Mn-doped (Ba, Sr)Ti03 thin films/ Z. Yuan, Y. Lin, J. Weawer et al. // Appl. Phus. Lett. 2005.-V.87.- P.152901.

70. M. Jain. Improvement in electrical characteristics of graded manganese doped barium strontium titanate thin films./ M. Jain, S.B. Majumbder, R. S. Katiyar et al. //Appl. Phys. Lett. -2003. -V.82. -N.12.- P.1911.

71. W.J. Leng. Structural and optical properties of BaxSrl-xTi03 thin films of indium tin oxide/quartz substrates prepared dy radio-frequency magnetron sputtering/ W. J. Leng, C.R. Yang, J.H.Zhang et al.// J. Appl.Phys. 2006.-V.9-P. 114904.

72. Y. P. Wang. Optical and structural properties of (Ba, Sr)Ti03 thin films grown by radio-frequency magnetron sputtering/ Y. P. Wang and T. Y. Tseng//J. Mater. Sci.-1999.-V.34-P.4573

73. A. Kozyrev. Time tuning of ferroelectric film varactors under pulse voltages/ A. Kozyrev, V. Osadchy et al. //Appl.Phys.Lett.-2007.-V.91.-P. 022905.

74. Boikov Yu. A. Slow capacitance relaxation in (BaSr)Ti03 thin films due to the oxygen vacancy redistribution/ Yu. A. Boikov, В. M. Goltsman, V. K. Yarmarkin etc. //Appl. Phys. Lett.- 2001.-V. 78.-P. 3866.

75. Вендик О.Г. Гистерезис диэлектрической проницаемости титаната стронция при 4.2 К/ О.Г. Вендик, А.И. Дедык, Р.В. Дмитриева и др. // ФТТ. -1984. -Т.26. -В.З.-С.684.

76. Kozyrev A. Nonlinear Response of BSTO Parallel-Plate Capacitors to Microwave Power / Kozyrev A., Gagarin A., Ivanov A. et al. // Proceedings, 18th International Symposium of Integrated Ferroelectrics ISIF 2006.

77. А.И.Дедык. Перераспределение избыточного объемного заряда в структурах на основе монокристаллического титаната стронция/ А.И.Дедык, JI.T.Tep-Мартиросян// Физика Твердого Тела,- 1997.- Т.39.- В.2.- С.349.

78. А.И.Дедык. Избыточный заряд в титанате стронция./ А.И.Дедык, JI.T.Tep-Мартиросян // Физика Твердого Тела. 1998,- Т.4.- В.2.- С. 245.

79. Boikov Yu. A. Slow capacitance relaxation in (BaSr)Ti03 thin films due to the oxygen vacancy redistribution./ Boikov Yu. A., Goltsman В. M., Yarmarkin V. K., // App. Phys. Lett.-2001- V.78.- Is.24.- P.3 866-3868.

80. Yang G. Y. Oxygen nonstoichiometry and dielectric evolution of BaTi03. Part II— insulation resistance degradation under applied dc bias./ Yang G. Y., Lian G. D., Dickey E. C. et al. // J. of App. Phys.-2004.- V.96.- Is. 12.- P.7500-7508.

81. Waser R. Electrical Degradation of Perovskite-Type Titanates: III, A Model of the Mechanism./ Waser R., Baiatu Т., Hardtl K.-H. dc// J. of the Am. Ceram. Soc.-1990.-V.73.-1.6. -P. 1663-1673.

82. A.B. Kozyrev. Enhanced electrical properties of ferroelectric thin films by ultraviolet radiation/ A. B. Kozyrev, A. G. Gagarin, A. I. Sokolov et. al.//Appl. Phys. Lett. 2005. -V.85. - P.222904.

83. V.O. Sherman. Reliability study of tunable ferroelectric capacitors/ V. O. Sherman, P. Czarnecki, Ingrid De Wolf et. al.// J. Appl. Phys.-2008.-V104.-P.064104.

84. Прудан A.M. Индуцированные состояния сегнетоэлектрика с одинаковой диэлектрической проницаемостью / А.М.Прудан, А.Б.Козырев, А.В.Земцов // Журнал Технической Физики. 2004. - Т.74.-В.З. - С.87-90.

85. Буслов О.Ю. Интегральные сегнетоэлектрические фазовращатели миллиметрового диапазона длин волн на основе периодических структур / О.Ю.Буслов, В.Н.Кейс, А.Б.Козырев и др. // Журнал Технической Физики.2005. Т.75.- В.9. - С.89-94.

86. Vendik O.G. Layered planar capacitor based on Ва^г^ТЮз with variable parameter x / O.G. Vendik, S.P. Zubko, S.F. Karmanenko et al. // Journal of applied physics. -2002. -V.91.- N.I.- P.331.

87. Sigman J., Clem P. G., Nordquist C. D. Compositional grading effects on permittivity temperature stability in (Ba,Sr)Ti03 films.// Applied physics letters.2006. -V.89.-P.132909.

88. Sigman J. Effect of microstructure on the dielectric properties of compositionally graded (Ba,Sr)Ti03 films / J. Sigman, P. G. Clem, C. D. Nordquist et al. // J. Appl. Phys. -2007. -V.102. -P.054106.

89. W6rdenweber R. Induced ferroelectricity in strained epitaxial SrTi03 films on various substrates / R. Wordenweber, E. Hollmann, R. Kutzner, and J. Schubert // J. Appl. Phys. 2007. -V.102. - P.044119.

90. Zhong Z. Highly tunable and temperature insensitive multilayer barium strontium titanate films.// Zhong S., Alpay S. P., Cole M.W. et al.// Applied physics letters.2007. -V.90.-P.092901.

91. Буслов О.Ю. Измерение характеристик сегнетоэлектрических варакторов, методом основанном на собственном резонансе варактора. / Буслов О.Ю.,

92. Котельников И.В., Кулик П.В. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», серия физика твердого тела.-2003.-№2.-С.30-33.

93. В.П.Афанасьев Механизмы возникновения и релаксации самопроизвольной поляризации в тонких сегнетоэлектрических пленках/ В.П.Афанасьев, И.П.Пронин, А.Л.Холкин // Физика Твердого Тела.-2006,- Т.48, В.6.- С.1143.

94. Технология, свойства и применение сегнетоэлектрических пленок и структур на их основе / Под ред. В.П.Афанасьева, А.Б.Козырева. -СПб.: Изд-во «Элмор», 2007. -248 с.

95. Б.М. Гольцман Влияние подвижных заряженных дефектов на диэлектрическую нелинейность сегнетоэлектрических тонких пленок PZT/ Б.М. Гольцман, В.К. Ярмаркин, В.В. Леманов // Физика Твердого Тела.-2000.-Т. 42, В.6.- С.1083

96. Vendik O.G. Ferroelectric phase transition and maxium dielectric permittivity of displacement type ferroelectrics (BaxSrixTi03)/ O.G. Vendik, S.P. Zubko// J. Appl. Phys. -2000.-V.88.-N.9.-P.5343.

97. O.G. Vendik. Ferroelectric Tuning of Planar and Bulk Microwave Devices/ O.G. Vendik, E.K. Hollmann, A.B Kozyrev, A.M. Prudan// Journal of Superconductivity.-1999.- Vol. 12- N. 2,- P. 325-338.

98. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники. -М.: «Советское радио», 1971 375 с.

99. Ламперт М. Инжекционные токи в твердых телах.-М.: «Мир», 1973 -416 с.

100. A. Altynnikov. Evaluation of the space charge trap energy levels in the ferroelectric films/ A. Altynnikov, A. Kozyrev, M. Gaidukov et al. // Journal of Applied Physics -2009.-V.106.-P.014108.

101. Дж.Джинс, Дж. Винйард. Радиационные эффекты в твердых телах.- ИЛ, М. (1960) 243с

102. Барыбин А.А. Релаксация заряда в проводящих диэлектрических пленках с мелкими и глубокими ловушками / А.А. Барыбин, В.И. Шаповалов // Физика Твердого Тела. 2008. -Т.50, В. 5. -С.781-793.

103. A. Altynnikov. Evaluation of the space charge trap energy levels in the ferroelectric films/ A. Altynnikov, A. Kozyrev, M. Gaidukov et al. // Journal of Applied Physics -2009.-V.106.-P.014108.