автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Плёнки BaxSr1-xTiO3 и структуры на их основе для перестраиваемых устройств СВЧ диапазона

На правах рукописи

Гагарин Александр Геннадиевич

ПЛЁНКИ Ва^ГьДЮз И СТРУКТУРЫ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ ДИАПАЗОНА

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003066629 I

Санкт-Петербург - 2007

003066629

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

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор Козырев А.Б.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мироненко И.Г кандидат физико-математических наук, Ненашева Б А.

Ведущая организация — Физико-технический институт

им. А.Ф. Иоффе, РАН.

Защита диссертации состоится " 2007 г в & часов на

заседании диссертационного совета Д 212.238 04 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 "¿5" " се/ся-еря 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Мошников В.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

В настоящее время, наряду с широко распространёнными полупроводниковыми и ферритовыми СВЧ устройствами, внимание специалистов привлекают устройства на основе сегнетоэлектрических (СЭ) материалов Использование СЭ тонких пленок позволяет улучшить такие характеристики приборов как быстродействие, рабочая мощность, СВЧ потери и мощность управления. Немаловажным фактором является простота конструкции и возможность использования интегральной технологии СЭ устройств, что определяет их низкую стоимость и делает СВЧ электронику с использованием СЭ перспективным направлением прикладных исследований

Исследования, проведённые ранее, показали принципиальную возможность создания СЭ элементов, обеспечивающих частотную и фазовую перестройку радиоэлектронных устройств (фазовращателей, фильтров, линий задержки), используемых в системах связи и локации Однако на сегодня СВЧ приборы на базе СЭ пленок существуют только в качестве лабораторных образцов, которые по ряду параметров уступают существующим традиционным аналогам Для широкого использования СЭ в технике СВЧ необходимо решить ряд важных научно-технических задач, рассмотренных йиже.

Поиск оптимального состава СЭ пленок и исследование их СВЧ свойств в широком диапазоне частот Наиболее перспективным СЭ материалом для использования в устройствах СВЧ являются твёрдые растворы Вах8г1.хТЮз, В литературе встречается ряд публикаций, посвященный свойствам данного композита для различных соотношений Ва и Бг Как правило, приводятся данные по СВЧ свойствам рассматриваемых материалов в нижней части СВЧ диапазона (до частот (10-15) ГГц) Однако перспективность устройств беспроводной локальной и спутниковой связи, работающих в сверхширокополосном режиме, делают необходимым проведение исследований свойств СЭ вплоть до частот 100 ГГц Приведенные в литературе сведения носят отрывочный характер также и по выбору состава Вах8г1. ХТЮ3, соответствующего наилучшим СВЧ свойствам Отсутствие сведений по оптимальности состава СЭ для СВЧ применений и данных о свойствах СЭ пленок в широком диапазоне частот не позволяет эффективно проводить моделирование и реализацию СВЧ устройств. Поэтому одной из задач настоящей работы является поиск оптимального состава Ва^г^ТЮз пленок, полученных по технологии ионно-плазменного (магнетронного) распыления, и получение данных об их свойствах в широком диапазоне частот

Разработка перестраиваемых элементов на основе сегнетоэлектрических пленок с управляющими напряжениями до ЗОВ В настоящее время

традиционными для СВЧ диапазона являются структуры планарной конструкции на основе СЭ плёнок (планарные конденсаторы, щелевые и копла-нарные линии) Применение таких структур целесообразно для устройств высокой СВЧ мощности, где повышенное постоянное или импульсное напряжение управления (сотни вольт) не является препятствием для их использования Однако для применения в малосигнальных устройствах необходимо радикальное снижение управляющих напряжений до уровня, обычно используемого в полупроводниковой электронике (десятки вольт) В рамках планарной конструкции это ведёт к технологическим и конструктивным проблемам получения характерных топологических размеров менее 1 мкм. Таким образом, разработка технологичных СЭ структур с пониженным управляющим напряжением становится одной из ключевых задач использования СЭ элементов в малосигнальной СВЧ технике.

Одним из путей решения этой задачи является реализация плоскопа-раллельвых структур типа «металл-диэлектрик-металл» (МДМ) на основе тонкой СЭ пленки, в которых уменьшение толщины СЭ плёнки (менее О 5 мкм) дозволяет получить необходимый коэффициент управления (Сщах / Сюш > 2) при напряжениях менее 30 В Разработка таких структур для СВЧ диапазона требует оптимизации конструкции с точки зрения уменьшения влияния «паразитных» параметров и снижения СВЧ потерь в металлических электродах.

Исследование быстродействия сегнетоэлектрических тонкоппеноч-ных элементов Для конкурентоспособной работы электрически перестраиваемых устройств СВЧ диапазона необходимы высокие скорости их переключения (< 1 мкс). Существует общепринятое мнение, что в пароэлектрической фазе (Т> Тс) отсутствие доменной структуры позволяет достигать быстродействия, соизмеримого с временами осцилляции «мягкой» СЭ моды, то есть 1(Г11 с. Ряд опубликованных работ, посвященных исследованию нелинейных свойств СЭ при повышенном уровне гармонического СВЧ сигнала (интермодуляционные искажения, параметрические явления), на первый взгляд, полностью подтверждает эту точку зрения. Однако необходимо заметить, что все эксперименты, практически демонстрирующие безынерционный СВЧ отклик, проводились в условиях воздействия гармонических сигналов и не соответствовали режиму работы устройств при управлении униполярными импульсными сигналами. Именно такие режимы используются для кодирования и передачи информации в современных СВЧ устройствах Поэтому исследование поведения СЭ элементов при импульсном режиме управления является актуальной задачей

Разработка СВЧ фазовращателей на основе СЭ пленок Решение задачи создания СВЧ устройств на основе СЭ пленок требует предварительной оценки параметров проектируемого устройства, исходя из электрофи-

зических свойств СЭ перестраиваемого элемента. Как правило, оценка применимости СЭ элементов с точки зрения их СВЧ свойств проводится на основе параметра качества, предложенного проф. О.Г Вендиком Однако для окончательной разработки СВЧ устройств (например, фазовращателей) целесообразно учитывать особенности конструкции, определяющие диссипа-тивные потери в ее металлических частях. Необходимо подчеркнуть, что использование СЭ элементов с одинаковыми значениями параметра качества, но различной управляемостью и потерями ведёт к различным конструктивным решениям, например, к различной длине фазовращателя Это, в свою очередь, приводит к изменению уровня СВЧ потерь в металлических элементах устройства Таким образом, для оптимизации устройств необходимо получить соотношения, позволяющие установить связь между параметрами СЭ элемента (СЭ плёнки) и общими параметрами устройства с учётом различных источников СВЧ потерь (в металле и диэлектрике).

Для реализации устройств на основе СЭ пленок для частот свыше 30 ГГц в ряде случаев целесообразно использование структур с распределенными параметрами (регулярных линий передачи) Простота, малые размеры и хорошая совместимость подобных конструкций с элементами фазированных антенных решеток делают необходимым исследование характеристик щелевых линий с СЭ плёнками и фазовращателей на их основе в миллиметровой части СВЧ диапазона

Целью работы явились исследование управляемости, диэлектрических потерь и быстродействия СЭ тонких пленок и элементов на их основе в широком диапазоне частот, разработка перестраиваемых сосредоточенных управляющих элементов с напряжениями управления до 30 В, перестраиваемых распределённых структур и фазовращателей на их основе, предназначенных для использования в приборах СВЧ диапазона

В связи с этим в данной работе решаются следующие задачи

• разработка методик измерений на частотах выше 30 ГГц, позволяющих определить диэлектрические потери и потери в металлических электродах в структурах на основе СЭ плёнок,

• оптимизация состава пленок Вах$Г1 лТЮз для обеспечения наибольшего параметра качества элементов и структур на их основе для СВЧ применений,

• исследования СВЧ свойств СЭ плёнок Ва^г^ТЮз в широком диапазоне частот (1-5-60) ГГц, позволяющие прогнозирование параметров и реализацию СВЧ устройств выбранного поддиапазона,

• анализ конструктивных и технологических факторов, влияющих на СВч параметры МДМ (1Ч/В8ТО/Си) конденсаторов, и разработка их

конструкции,

• создание методики измерения быстродействия СЭ элементов в диапазоне от единиц микросекунд до сотен секунд;

• определение быстродействия диэлектрического отклика пленочных ВЭхБгьхТЮз конденсаторов на импульсное напряжение и анализ факторов, влияющи^ на их быстродействие;

• установление связи параметра качества перестраиваемого элемента с характеристиками СВЧ устройств, и выработка рекомендаций по выбору параметров СЭ пленки и элементов на её основе, обеспечивающих требуемые характеристики СВЧ устройств;

• определение волновых параметров и потерь щелевых линий передачи на основе пленок ВБТО в зависимости от геометрических размеров и свойств плёнок; а также разработка волноводно-щелевого фазовращателя для рабочей частоты 60 ГГц

Для решения приведённых выше задач были разработаны новые методики для измерения.

• СВЧ параметров сегнетоэлектрических плёнок в диапазоне (30*70) ГГц с помощью распределённых структур без нанесения электродов (частично заполненный волноводный резонатор) и с нанесением электродов (резонатор на основе щелевой линии);

• времени релаксации ёмкости СЭ конденсаторов с помощью СВЧ резонатора под действием периодических управляющих импульсов напряжения

Научная новизна работы:

1 На основе исследования плёнок Ва^г^ДЮз различного состава (х = 0 - 0.8) показано, что плёнки ВаозЗ^ТЮз демонстрируют лучшие СВЧ свойства для практических применений

2 На основе разработанных электродных и безэлектродных методик показано, что для плёнок оптимального состава ВаозЭ^ТЮз с управляемостью К=1.5--2 тангенс угла диэлектрических потерь в диапазоне частот (1-60) ГГц лежит в интервале 5 = 0.015-0.06.

3 Для плёночных МДМ структур Р1/Вао 38г0 7ТЮ3/Сг/Си с управляемостью К = 2 при 30 В проведён СВЧ анализ, позволяющий разделить потери в пленке сегнетоэлектрика и в металле электродов

4. Предложена и разработана оригинальная резонансная СВЧ методика исследования быстродействия и остаточных поляризационных явлений СЭ конденсаторов при условии короткого замыкания и холостого хода

электродов, позволяющая измерять времена релаксации в пределах (Ю^-Ю2) с

5 Показано, что медленные релаксационные явления (10-100 с), наблюдаемые в сегнетоэлектрических элементах в параэлектрической фазе, обусловлены существованием объёмного заряда, локализованного в приэлектродных областях с повышенной дефектностью (1018-1019 см"3)

6 На основе измерения пороговых значений импульсного электрического поля, выше которого возникают медленные релаксационные процессы емкости СЭ конденсаторов, показано доминирующее влияние технологии формирования контакта металл/сегнетоэлектрик

7 Для электрически управляемых фильтров и фазовращателей установлена связь параметра качества СЭ перестраиваемого элемента с основными параметрами устройств, полученные выражения позволяют разделить вклад в параметры устройства потерь в элементе перестройки и в металлических элементах конструкции устройства.

8 Разработан метод определения предельно достижимого параметра качества фазовращателя на основе линии передачи с СЭ пленкой путём измерения характеристик резонатора на основе отрезка данной линии

Практическая значимость работы:

1 Отработана технология формирования СВЧ МДМ конденсаторов на основе тонкой ВБТО пленки, найден состав пленок твердого раствора ВахЯгьхТЮз, обеспечивающий наилучшие параметры для СВЧ применений

2 Предложены методики измерения параметров структур на основе СЭ плёнок в диапазоне частот (30-70) ГГц, позволяющие определять потери в СЭ пленке и металлических элементах структуры

3 На основе эквивалентной схемы и экспериментальной проверки ее корректности сформулированы рекомендации по разработке конструкции СВЧ МДМ конденсаторов.

4 Разработаны рекомендации по технологическим условиям формирования контакта металл/сегнетоэлектрик в конденсаторах для улучшения их быстродействия.

5 Разработан и испытан волноводно-щелевой фазовращатель на основе ВБТО пленки для работы на частоте 60 ГГц, фазовращатель продемонстрировал параметр качества 32 град/дБ, что на 10 град/дБ превосходит результаты для устройств на основе СЭ пленок, описанных в литературе

Научные положения, выносимые на защиту;

1 Максимальное значение параметра качества для СВЧ применений при комнатной температуре для плёнок BaxSri.xTÏC)3, полученных магне-тронным распылением на подложках А120з, достигается при составе * = 0.3±0 05

2 При частотах свыше 30 ГГц основной вклад в СВЧ потери тонкопленочных МДМ (Pt/Bao 3S10 7ТЮз/Си) конденсаторов при реактансе ёмкости 50 Ом вносят диэлектрические потери, что позволяет использовать в качестве нижнего электрода платину толщиной не более 100 нм.

3. Формирование контакта Pt/BSTO в кислородной атмосфере позволяет подавить процессы медленной релаксации диэлектрической проницаемости и обеспечить управляемость сегнетоэлектрических структур К>2

4 Увеличение управляемости СЭ плёнки при сохранении её параметра качества снижает общие потери в фазовращателе, за счет уменьшения потерь в металлических элементах

5. Фазовращатели на основе щелевых линий передачи с плёнкой Ваоз8г07ТЮз обеспечивают параметр качества 30 град/дБ на частоте 60 ГГц при быстродействии по управлению менее 100 не

Реализация результатов работы:

• в проекте Министерства Образования Российской Федерации «Разработка элементной базы и устройств СВЧ радиоэлектроники на основе сегнетоэлектрических пленок» (код проекта- 208.05 05.012);

• в проекте Министерства Образования и Науки Российской Федерации «Исследование неравновесных процессов в сегнетоэлектриках кислородно - октаэдрического типа в условиях облучения электромагнитным полем ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов» (код проекта-РНП2 1 2.7083),

• в государственном контракте № 02 513.11.3136 «Технология нанораз-мерных кристаллических сегнетоэлектрических пленок для систем телекоммуникаций и радиолокации»,

• в контракте «Электрические и СВЧ исследования тонкопленочных перестраиваемых BST конденсаторов» («Electrical and Microwave Characten-zation of Thm Film Voltage Tunable BST Capacitors») с фирмой «Gennum Corporation» (Канада);

• -в контракте «Разработка фазовращателей, перестраиваемых фильтров, линий задержки, миксеров и перестраиваемых генераторов»

(«Development of Phase Shifters, Tunable Filter, Delay Line, Mixer and Voltage Tunable Oscillators») с фирмой «Paratek Inc »(США),

• в грантах правительства США «Перспективные устройства электроники на основе управляемых диэлектрических элементов для систем связи и локации» ("Next generation electronics based on tunable dielectric components for communication and radar systems") совместно с государственной лабораторией NREL (США) (№ ААТ-3-33627-01)

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях.

• 14th International Symposium on Integrated Ferroelectrics 27 May - 1 June,

2002, Nara, Japan

• 15th International Symposium on Integrated Ferroelectrics March 9-12,

2003. Colorado Springs, Colorado, USA

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

• 11-я Международная конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", 10 - 14 сентября 2001, Севастополь, Украина

• 16-я Международная конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", 10 - 14 сентября 2006, Севастополь, Украина

• 7th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF-7), June 24 - 28,2002, St Petersburg, Russia.

а Международная научно-техническая школа-конференция «Молодые учёные - науке, технологиям и профессиональному образованию», 1-4 октября 2002, Москва, Россия.

• IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и Информатика - 2002», Зеленоград, Россия

• «Nanoelectromcs Days 2005», Forschungszentrum Jülich, Germany, February 9-11,2005, Jülich, Germany.

• 4th international Conference on Microwave Materials and Their Applications, 12 - 15 June, 2006, Oulu, Finland.

• 35th European Microwave Conference, 4-6 October 2005, Paris, France

• Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского Государственного Электротехнического Университета (ЛЭТИ) (С. Петербург, 2002 - 2006 гг).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 научных статей (4 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определённых ВАК).

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 113 наименований, и одного приложения Основная часть работы изложена на 91 странице машинописного текста. Работа содержит 82 рисунка и 2 таблицы.

Основное содержание работы

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

Первая глава носит обзорный характер

Представлены основные свойства СЭ материалов и результаты исследований диэлектрических свойств СЭ пленок, имеющиеся в литературных источниках. Представлены существующие на сегодняшний день методики исследований СВЧ свойств тонких СЭ пленок. Подчеркивается, что практически отсутствуют методики исследования в миллиметровой (свыше 30 ГГц) части СВЧ диапазона Показано, что в ряде работ представлены данные относительно состава СЭ плёнок, используемых в СВЧ устройствах, однако, эти данные носят отрывочный характер и не позволяют выбрать оптимальный состав для СВЧ применений

Рассмотрены использующиеся в настоящее время перестраиваемые СВЧ элементы на основе СЭ пленок. Выявлена проблема высоких напряжений управления элементами и определена конструкция плоскопараллельного МДМ конденсатора, в качестве пути решения данной проблемы

Представлены основные электрофизические свойства конденсаторных МДМ структур на основе СЭ плёнок. В частности, рассмотрено явление замедления релаксации диэлектрической проницаемости в таких структурах Перечислены основные механизмы, ведущие к снижению быстродействия

Сделан обзор разработанных на основе СЭ пленок электрически перестраиваемых СВЧ устройств (перестраиваемых резонаторов и фильтров, фазовращателей). Показано, что фактически отсутствуют данные относительно СЭ устройств диапазона 60-80 ГТц, которые в настоящее время привлекают все большее внимание специалистов, разрабатывающих сканирующие антенные решетки

На основе анализа литературных данных формулируются цель и задачи диссертационной работы

Во второй главе рассмотрены разработанные методики СВЧ измерений основных параметров СЭ плёнок в миллиметровой части СВЧ диапазона (30-70) ГГц и результаты исследований СЭ плёнок В основу методик измерений был положен резонансный метод, обеспечивающий наибольшую точность в СВЧ диапазоне Представлены две методики, позволяющие исследовать свойства СЭ плёнок как с нанесением металлических электродов, так и без него

Первая методика представляет собой измерение параметров волновод-но-щелевого СВЧ резонатора на основе СЭ пленки Путем расчета дисперсионных характеристик в рамках полноволновой модели получены зависимости комплексной постоянной распространения от диэлектрической проницаемости СЭ плёнки и геометрических параметров волноводно-щелевой линии. Установлено, что параметром, определяющим дисперсию, является произведение диэлектрической проницаемости СЭ пленки на ее толщину Сравнение расчетных и экспериментальных значений СВЧ потерь в металле электродов волноводно-щелевой линии показало их хорошее соответствие Методика позволяет определять управляемость и оценить СВЧ потери СЭ плёнки.

Вторая методика основана на измерении параметров волноводного резонатора частично заполненного диэлектриком с СЭ пленкой На основе решения дисперсионного уравнения определены зависимости постоянной распространения от электрофизических и геометрических параметров диэлектрического заполнения. Показано, что дисперсию в такой структуре также определяет произведение диэлектрической проницаемости СЭ пленки на ее толщину. Методика позволяет измерить диэлектрическую проницаемость и СВЧ потери СЭ плёнки

На основе представленных методик были разработаны и реализованы измерительные макеты, позволяющие определять СВЧ параметры СЭ пленок в широком диапазоне частот.

Разработанные в настоящей работе методики измерений совместно с методиками измерений, разработанными ранее, позволили провести исследование свойств СЭ плёнок состава Ва^г^ТЮз, изготовленных ионно-плазменным магнетронным ВЧ распылением. Представлены результаты измерения управляемости (Х==ешах/ешш) и диэлектрических потерь б) пленок с различного стехиометрического состава по Ва и 8г (х = 0-0 8) Найдено что оптимальным составом тонкой пленки Ва^г^-ДЮз, обеспечивающим наибольшее значение параметра качества для СВЧ применений ць является твердый раствор, содержащий 30% Ва и 70% 8г (рис 1)

Для найденного оптимального состава тонкой плёнки Bao 3S10 7Т1О3 были проведены измерения диэлектрических потерь в диапазоне частот (1-60) ГГц Исследования показали, что при изменении рабочей частоты от 1 до 60 ГГц происходит рост диэлектрических потерь в СЭ пленках от tg5 « 0 015 до tg5 » 0 04*0 06. Частотная дисперсия диэлектрической проницаемости при температуре 300 К обнаружена не была

Я.

х

Рис 1 Зависимость параметра (д) от содержания бария (х) в СЭ пленках состава Ва^Бг^ТЮз.

В третьей главе рассмотрены технологические особенности формирования МДМ структур с СЭ пленкой и разработана конструкция СВЧ МДМ СЭ конденсатора. Представлены результаты структурного анализа пленок ВаозЗготТЮз, выращенных на тонкой (~ 100 нм) пленке Pt Показано что СЭ плёнка является поликристаллической, имеет преимущественную ориентацию (100) и размеры кристаллитов около 0 5 мкм, а состав пленки равномерен по толщине, за исключением приконтактных (Р1/В8ТО и Сц/В8ТО) областей, составляющих « 50 нм.

Разработана конструкция (рис 2) СЭ МДМ конденсатора Р1/Вао з8го 7ТЮ3/С1Д для работы в СВЧ диапазоне Для анализа и оценки параметров конденсатора была предложена СВЧ эквивалентная схема, которая позволила произвести анализ влияния «паразитных» параметров на СВЧ свойства

Рассмотрен способ увеличения частоты отсечки, связанной с последо-

Рис.2 Топология СВЧ МДМ конденсатора на основе В$ТО плёнки.

нательным резонансом индуктивности электродов конденсатора и его ёмкости. Оценено влияние неуправляемой планарной ёмкости и обоснована необходимость тразления СЭ плёнки вне рабочей области конденсатора. Подробно оценен вклад и общие СВЧ потери МДМ конденсатора потерь в тонкой плёнке Р1, используемой в качестве нижнего электрода.

Представлены результаты измерений электрофизических свойств изготовленных МДМ Р1/Вао зйго -ТЮз/Си конденсаторов. Вольт-фаралная характеристика показала, что управляемость К = 2 достигается при напряжении 30 В. Измерение вольт-амперных характеристик продемонстрировало их сильную несимметричность и малую (менее 1 пА) величину тока проводимости вплоть до порогового напряжения 40 В, что может быть объяснено возникновением барьеров Шоттки в при контакт ых областях МДМ структуры. На зависимостях ёмкости конденсатора от температуры отмечена сильная размытость максимума. Показано, что размытие максимума может быть связано с образованием в конденсаторе слоя с последовательного включённой ёмкостью, характеристики которого оценены как диэлектрическая проницаемость е^я 200 и толщина 40 нм.

Приведены результаты исследований СВЧ свойств изготовленных конденсаторов в диапазоне (1*30) ГГц. Анализ частотной зависимости полных СВЧ потерь в МДМ конденсаторе показал, что они соответствую!

сумме исследованных ранее потерь в СЭ плёнке ^8сэ) и рассчитанных СВЧ потерь в металлических электродах (рис.3). Хорошее соответст-

вие расчётных и экспериментальных результатов свидетельствует об адекватности предложенной модели и эквивалентной схемы, что позволило рассчитать СВЧ параметры разработанной МДМ структуры до частоты 60 ГГц.

%б

/,ГГц

Рис 3 Частотная зависимость СВЧ потерь в МДМ конденсаторах (на врезке - вольт-фарадная характеристика)

В четвёртой главе была рассмотрена проблема быстродействия конденсаторов на основе СЭ пленки Наряду с быстрыми (< 10"9 с) процессами релаксации емкости наблюдается медленная релаксация, наличие которой приводит к существенному различию статической и динамической вольт-фарадных характеристик и существенному снижению управляемости, что схематично представлено на рис 4 Предложена методика измерения быстродействия, заключающаяся в подаче на СЭ конденсатор, включенный в СВЧ резонатор, последовательности периодических импульсов и позволяющая определять времена релаксации ёмкости от сотен наносекунд до сотен секунд.

Для анализа возможных механизмов и влияния технологического процесса на быстродействие СЭ конденсатора были рассмотрены характерные конденсаторные СВЧ структуры, полученные при различных условиях формирования контактов металл/диэлектрик 2-электродный планарный конденсатор Си/В8ТО/Си с электродами на поверхности СЭ

т

Рис. 4 Иллюстрация изменения емкости СЭ МДМ конденсатора под воздействием периодических импульсов управляющего напряжения

пленки, 4-электродный конденсатор Р^БТОЯЧ с электродами под СЭ плёнкой и МДМ конденсатор Р1/В8ТО/Си, который представляет собой несимметричную структуру и включает контакты, соответствующие двум предыдущим конструкциям. Схематичное изображение исследованных структур и их отклика на периодические импульсы напряжения представлено на рис.5. Сделано предположение о связи порогового поля начала процессов медленной релаксации с технологией формирования границы металл/диэлектрик

Пятая глава посвящена рассмотрению СВЧ устройств с перестраиваемыми элементами Рассмотрены 2 типа перестраиваемых фазовращателей на основе распределенных структур и сосредоточенных элементов Для фазовращателей и фильтров получены выражения для расчета вносимых потерь, которые позволили разделить СВЧ потери в элементах перестройки и в металлических элементах конструкции устройства Установлено, что увеличение управляемости СЭ пленки при сохранении её параметра качества снижает общие потери в фазовращателе, за счет уменьшения потерь в металлических элементах.

Разработан метод определения предельно достижимого параметра

Си

Си

ВБТО

I конденсатор Си/Сг/ВБТО/Сг/Си

Ш \12

вето Р4

ре

Си

' / / //////

вето

/ / / //////

4-хэл планарный конденсатор РЬИвТО/ГЧ

МДМ конденсатор Р^БТО/Сг/Си

Рис 5 Зависимость АС от амплитуды импульса для конденсаторов различных конструкций.

качества фазовращателя на основе линии передачи с СЭ пленкой путём измерения характеристик резонатора на основе отрезка данной линии Разработан фазовращатель, работающий на частоте 60 ГГц, построенный на волноводно-щелевой линии на основе СЭ плёнки. Экспериментально показано, что такие фазовращательные структуры могут достигать параметра качества 32 град/дБ

Приложение. Представлены уравнения для расчёта комплексной постоянной распространения в волноводно-щелевой линии на основе тонкой СЭ пленки на диэлектрической подложке.

Основные результаты работы;

1. на основе исследования пленок ВахБгьхТЮз определен состав твердого раствора, соответствующий наилучшим СВЧ параметрам плёнок, и с помощью разработанных методик измерения получены зависимости их диэлектрических потерь от частоты в диапазоне (1т60) ГГц,

2 разработана конструкция сешетоэлектрического конденсатора с напряжениями управления, не превышающими 30 В, оценён вклад различных источников СВЧ потерь, изготовлены и экспериментально исследованы образцы МДМ конденсаторов на основе структуры Р1/Вао зБго 7ТЮз/Сг/Си,

3. с помощью разработанной методики СВЧ резонанса исследовано быстродействие сегнетоэлектрических конденсаторов, полученных в различных технологических условиях, показан технологический способ увеличения порогового напряжения появления замедленной релаксации,

4 определена связь между СВЧ параметрами сегнетоэлектрической пленки

и устройствами (фазовращателями) на ее основе, определены требования к параметрам сегнетоэлектрической плёнки, изготовлен фазовращатель на основе пленки Ваоз8г07ТЮз для работы на частоте 60 ГТц.

Опубликованные работы по теме диссертации.

1 Козырев А Б. 60 ГГц фазовращатели на основе (Ba,Sr)Ti03 сегнетоэлектрической пленки / А Б Козырев, M M Гайдуков, А Г Гагарин, А В Иванов, О.Й. Солдатенков, А.В. Тумаркин, С В Разумов, Н.В. Самойлов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии материалы 16-й Международной конференции «КрыМиКо'2001», г Севастополь, 10-14 сент 2001 г - Севастополь, 2001 - С 478-480

2 Козырев А. Волноводно-щелевой 60 GHz фазовращатель на основе (Ba,Sr)Ti03 сегнетоэлектрической пленки / А Козырев, M Гайдуков, А.Гагарин, А. Тумаркин, С. Разумов // Письма в ЖТФ -2002. -Т. 28, Вып. 6. - С.51-56.

3 Razumov S.V. Charactensation of quaiity of BaxSri_xTi03 thm film by the commutation quaiity factor measured at microwaves (Определение качества тонких плёнок BaxSri.xTi03 с помощью коммутационного параметра качества, измеренного на СВЧ) / SV Razumov, AV Tumarkin, ММ Gaidukov, A G Gagarin, А.В Kozyrev, OG.Vendik, A.V Ivanov, О Y Buslov, VN Keys, L С Sengupta, X. Zhang//Appl. Phys Lett -2002 -V 81 -N 9 -P 1675-1677.

4 Котельников И.В. Измерения параметров сегнетоэлектрических пленок в диапазоне (20-70) ГГц / ИВ Котельников, А Г Гагарин, ПВ Кулик // Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию материалы международной научно-технической школы-конференции, Москва, 1-4 окг 2002 г - Москва, 2002 -С.231-233.

5 Разумов С В Электрофизические свойства тонких пленок Вах8г].хТЮз, выращенных на подложках диоксида кремния / С В Разумов, А.В. Тумаркин, М.В. Сыса, А.Г. Гагарин // Письма в ЖТФ - 2003 - Т. 29, Вып. 5. - С 1-7.

6 Гагарин А Г Измерения параметров сегнетоэлектрических пленок с применением частично заполненных волноводных резонаторов / А.Г. Гагарин, М.М. Гайдуков // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. Физика твёрдого тела и электроника — 2003. - Вып 1 - С 25-28

7 Гагарин А Г. Параметр качества перестраиваемого элемента на основе сегнетоэлектрической пленки при разработке СВЧ-устройств / А Г Гагарин, M M Гайдуков // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Сер Физика твёрдого тела и электроника. - 2003 - Вып. 2 - С.38-41

8. Razumov S.V. Microwave Properties of Thin BSTO Films Based Varactors for High Frequency Applications (СВЧ свойства высокочастотных конденса-

торов на основе тонких пленок BSTO) / S V. Razumov, A.V. Tumarkin, A.G Gagarin, M.V Sysa, M M Gaidukov, P.V Mironenko, A V Zemtsov // Integrated Ferroelectrics - 2003. - V. 55. - P. 871-876

9 Самойлова T Б Преобразователь частоты диапазона СВЧ на нелинейном сегнетоэлектрическом конденсаторе / ТБ Самойлова, А Б Козырев, А.В Тумаркин, А.М. Николаенко, А.Г Гагарин // ЖТФ. -2005 -Т 75, Вып. 10. - С.85-93.

10. Alford N. McN. Enhanced electrical properties of ferroelectric thin films by ultraviolet radiation (Электрические свойства тонких сегнетоэлектрических плёнок улучшенные ультрафиолетовым облучением) / NMcN Alford, Р Кг. Petrov, A G. Gagarin, А.В. Kozyrev, A.I. Sokolov, O.I. Soldatenkov, VA Volpyas // Appl Phys.Lett -2005 -V 87 -P 222904

11. Козырев А.Б СВЧ МДМ конденсаторы на основе сегнетоэлектрических тонких плёнок / А.Б. Козырев, М.М. Гайдуков, А Г. Гагарин, А В Тумаркин, С В Разумов, А Г Алтынников // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: материалы 16-й Международной конференции «КрыМиКо'2006», г Севастополь, 10-14 сент 2006 г. - Севастополь, 2006 -С 598-599

12 Козырев А.Б. Резонансная методика измерения времён медленной релаксации в сегнетоэлектрических плёнках / А Б Козырев, М М Гайдуков, А Г Гагарин, А Г Алтынников // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии материалы 16-й Международной конференции «КрыМи-Ко'2006», г Севастополь, 10-14 сент. 2006 г. - Севастополь, 2006 - С 778779.

13. ВольпясВ.А. Распределение неравновесных носителей заряда в нелинейном тонкопленочном конденсаторе / В А. Вольпяс, А Г. Гагарин, А.Б. Козырев, А Г. Алтынников // Письма в ЖТФ. - 2007. - Т 33, Вып 19 -С.80-87

Подписано в печать 21 09 2007 Формат 60x84/16 Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ЗАО «КопиСервис» Печать ризографическая Заказ № 1/2109 П л 1 0 Уч -изд л 10 Тираж 100 экз

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

Введение.

Глава 1. Применение сегнетоэлектрических плёнок в ВЧ и СВЧ диапазоне (обзор литературы).

1.1 СВЧ свойства сегнетоэлектрических плёнок (Ва, Sr)Ti03.

1.2 Технологии получения сегнетоэлектрических плёнок.

1.3 Перестраиваемые СВЧ элементы на основе СЭ плёнок.

1.4 Методики измерения СВЧ свойств СЭ тонких плёнок.

1.5 Электрофизические свойства перестраиваемых СВЧ элементов на основе СЭ плёнки.

1.5 Электрофизические свойства перестраиваемых СВЧ элементов на основе СЭ плёнки.

1.6 СВЧ устройства на основе сегнетоэлектрических плёнок.

Глава 2. Методики и результаты измерения СВЧ свойств сегнетоэлектрических плёнок.

2.1 Методики измерения СВЧ свойств сегнетоэлектрических плёнок.

2.1.1 Безэлектродные измерения параметров СЭ плёнок.

2.1.2 Измерения на основе щелевого резонатора с СЭ плёнкой в волноводе.

2.2 Результаты измерений СВЧ свойств сегнетоэлектрических плёнок.

2.2.1 Выбор состава для применения в диапазоне СВЧ.

2.2.2 Исследование зависимости свойств от толщины плёнки.

2.2.2 Исследование зависимости свойств от толщины плёнки.

2.2.3 Исследования свойств керамических плёнок BSTO методом частично заполненного волноводного резонатора.

2.2.4. Исследования свойств СЭ плёнок Вао.зЗгоУПОз в диапазоне около 60 ГГц.

Глава 3. Сегнетоэлектрический МДМ конденсатор для СВЧ и ВЧ применений.

3.1. Технология создания СЭ МДМ конденсаторов.

3.2. Конструкция МДМ-конденсатора на основе СЭ плёнки.

3.3. Свойства СВЧ МДМ конденсатора на основе СЭ плёнки.

Глава 4. Релаксация ёмкости СЭ конденсатора при воздействии импульсных электрических полей.

4.1 Методика измерений.

4.2 Экспериментальные результаты.

4.3 Анализ экспериментальных результатов.

Глава 5. СВЧ устройства на основе сегнетоэлектрических плёнок.

5.1 Параметр качества перестраиваемого элемента, включённого в СВЧ резонатор, и фильтра на их основе.

5.1.1 Характеристики фильтра на основе СЭ перестраиваемых элементов.

5.2 Параметр качества ФВ на основе перестраиваемого фильтра.

5.3 Параметр качества ФВ на основе перестраиваемой линии передачи.

5.3.1 Оценка предельного параметра качества СЭ ВЩЛ фазовращателя на основе измерения ВЩЛ резонатора.

5.4 Фазовращатель на основе СЭ волноводно-щелевой линии передачи.

5.4.1 Предварительная оценка параметра качества СЭ ВЩЛ фазовращателя

5.4.2 Конструкция и результаты измерения СЭ ВЩЛ фазовращателя.

В настоящее время, наряду с широко распространёнными полупроводниковыми и ферритовыми СВЧ устройствами, внимание специалистов привлекают устройства на основе сегнетоэлектрических (СЭ) материалов. Использование СЭ тонких плёнок позволяет улучшить такие характеристики приборов как быстродействие, рабочая мощность, СВЧ потери и мощность управления. Немаловажным фактором является простота конструкции и возможность использования интегральной технологии СЭ устройств, что определяет их низкую стоимость и делает СВЧ электронику с использованием СЭ перспективным направлением прикладных исследований.

Исследования, проведённые ранее, показали принципиальную возможность создания СЭ элементов, обеспечивающих частотную и фазовую перестройку радиоэлектронных устройств (фазовращателей, фильтров, линий задержки), используемых в системах связи и локации. Однако на сегодня СВЧ приборы на базе СЭ пленок существуют только в качестве лабораторных образцов, которые по ряду параметров уступают существующим традиционным аналогам. Для широкого использования СЭ в технике СВЧ необходимо решить ряд важных научно-технических задач, рассмотренных ниже.

Поиск оптимального состава СЭ плёнок и исследование их СВЧ свойств в широком диапазоне частот. Наиболее перспективным СЭ материалом для использования в устройствах СВЧ являются твёрдые растворы BaxSri.xTi03. В литературе встречается ряд публикаций, посвящённый свойствам данного композита для различных соотношений Ва и Sr. Как правило, приводятся данные по СВЧ свойствам рассматриваемых материалов в нижней части СВЧ диапазона (до частот (10-г15) ГГц). Однако перспективность устройств беспроводной локальной и спутниковой связи, работающих в сверхширокополосном режиме, делают необходимым проведение исследований свойств СЭ вплоть до частот 100 ГГц. Приведённые в литературе сведения носят отрывочный характер также и по выбору состава Ва^г^ТЮз, соответствующего наилучшим СВЧ свойствам. Отсутствие сведений по оптимальности состава СЭ для СВЧ применений и данных о свойствах СЭ плёнок в широком диапазоне частот не позволяет эффективно проводить моделирование и реализацию СВЧ устройств. Поэтому одной из задач настоящей работы является поиск оптимального состава BaxSri xTi03 плёнок, полученных по технологии ионно-плазменного (магнетронного) распыления, и получение данных об их свойствах в широком диапазоне частот.

Разработка перестраиваемых элементов на основе сегнетоэлектрических плёнок с управляющими напряжениями до 30 В. В настоящее время традиционными для СВЧ диапазона являются структуры планарной конструкции на основе СЭ плёнок (планарные конденсаторы, щелевые и копланарные линии). Применение таких структур целесообразно для устройств высокой СВЧ мощности, где повышенное постоянное или импульсное напряжение управления (сотни вольт) не является препятствием для их использования. Однако для применения в малосигнальных устройствах необходимо радикальное снижение управляющих напряжений до уровня, обычно используемого в полупроводниковой электронике (десятки вольт). В рамках планарной конструкции это ведёт к технологическим и конструктивным проблемам получения характерных топологических размеров менее 1 мкм. Таким образом, разработка технологичных СЭ структур с пониженным управляющим напряжением становится одной из ключевых задач использования СЭ элементов в малосигнальной СВЧ технике.

Одним из путей решения этой задачи является реализация плоскопараллельных структур типа «металл-диэлектрик-металл» (МДМ) на основе тонкой СЭ плёнки, в которых уменьшение толщины СЭ плёнки (менее 0.5 мкм) позволяет получить необходимый коэффициент управления (Стах/ Cmin > 2) при напряжениях менее 30 В. Разработка таких структур для СВЧ диапазона требует оптимизации конструкции с точки зрения уменьшения влияния «паразитных» параметров и снижения СВЧ потерь в металлических электродах.

Исследование быстродействия сегнетоэлектрических тонкопленочных элементов. Для конкурентоспособной работы электрически перестраиваемых устройств СВЧ диапазона необходимы высокие скорости их переключения (< 1 мкс). Существует общепринятое мнение, что в параэлектрической фазе (Т> Тс) отсутствие доменной структуры позволяет достигать быстродействия, соизмеримого с временами осцилляции «мягкой» СЭ моды, то есть Ю-11 с. Ряд опубликованных работ, посвященных исследованию нелинейных свойств СЭ при повышенном уровне гармонического СВЧ сигнала (интермодуляционные искажения, параметрические явления), на первый взгляд, полностью подтверждает эту точку зрения. Однако необходимо заметить, что все эксперименты, практически демонстрирующие безынерционный СВЧ отклик, проводились в условиях воздействия гармонических сигналов и не соответствовали режиму работы устройств при управлении униполярными импульсными сигналами. Именно такие режимы используются для кодирования и передачи информации в современных СВЧ устройствах. Поэтому исследование поведения СЭ элементов при импульсном режиме управления является актуальной задачей.

Разработка СВЧ фазовращателей на основе СЭ плёнок. Решение задачи создания СВЧ устройств на основе СЭ плёнок требует предварительной оценки параметров проектируемого устройства, исходя из электрофизических свойств СЭ перестраиваемого элемента. Как правило, оценка применимости СЭ элементов с точки зрения их СВЧ свойств проводится на основе параметра качества, предложенного проф. О.Г. Вендиком. Однако для окончательной разработки СВЧ устройств (например, фазовращателей) целесообразно учитывать особенности конструкции, определяющие диссипативные потери в её металлических частях. Необходимо подчеркнуть, что использование СЭ элементов с одинаковыми значениями параметра качества, но различной управляемостью и потерями ведёт к различным конструктивным решениям, например, к различной длине фазовращателя. Это, в свою очередь, приводит к изменению уровня СВЧ потерь в металлических элементах устройства. Таким образом, для оптимизации устройств необходимо получить соотношения, позволяющие установить связь между параметрами СЭ элемента (СЭ плёнки) и общими параметрами устройства с учётом различных источников СВЧ потерь (в металле и диэлектрике).

Для реализации устройств на основе СЭ плёнок для частот свыше 30 ГГц в ряде случаев целесообразно использование структур с распределёнными параметрами (регулярных линий передачи). Простота, малые размеры и хорошая совместимость подобных конструкций с элементами фазированных антенных решёток делают необходимым исследование характеристик щелевых линий с СЭ плёнками и фазовращателей на их основе в миллиметровой части СВЧ диапазона.

Перечисленный круг вопросов позволяет сформулировать цель работы — исследование свойств плёнок BaxSri.xTi03 для СВЧ применений, поиск их оптимального состава и разработка СВЧ элементов и фазовращателей на их основе.

Основные задачи исследования:

• разработка методик измерений на частотах выше 30 ГГц, позволяющих определить диэлектрические потери и потери в металлических электродах в структурах на основе СЭ плёнок;

• оптимизация состава плёнок BaxSrixTi03 для обеспечения наибольшего параметра качества элементов и структур на их основе для СВЧ применений;

• исследования СВЧ свойств СЭ плёнок BaxSrj.xTi03 в широком диапазоне частот (1-г60) ГГц, позволяющие прогнозирование параметров и реализацию СВЧ устройств выбранного поддиапазона;

• анализ конструктивных и технологических факторов, влияющих на СВч параметры МДМ (Pt/BSTO/Cu) конденсаторов, и разработка их конструкции;

• создание методики измерения быстродействия СЭ элементов в диапазоне от единиц микросекунд до сотен секунд;

• определение быстродействия диэлектрического отклика плёночных BaxSri хТЮз конденсаторов на импульсное напряжение и анализ факторов, влияющих на их быстродействие;

• установление связи параметра качества перестраиваемого элемента с характеристиками СВЧ устройств, и выработка рекомендаций по выбору параметров СЭ плёнки и элементов на её основе, обеспечивающих требуемые характеристики СВЧ устройств;

• определение волновых параметров и потерь щелевых линий передачи на основе плёнок BSTO в зависимости от геометрических размеров и свойств плёнок; а также разработка волноводно-щелевого фазовращателя для рабочей частоты 60 ГГц.

Решение ряда приведённых выше задач требует создания новых методик для измерения:

• СВЧ параметров сегнетоэлектрических плёнок в диапазоне (30V70) ГГц с помощью распределённых структур без нанесения электродов (частично заполненный волноводный резонатор) и с нанесением электродов (резонатор на основе щелевой линии);

• времени релаксации ёмкости СЭ конденсаторов с помощью СВЧ резонатора под действием периодических управляющих импульсов напряжения

Научная новизна работы:

1. На основе исследования плёнок BaxSr].xTi03 различного состава (х = 0-г0.8) показано, что плёнки BaojSrojTiCb демонстрируют лучшие СВЧ свойства для практических применений.

2. На основе разработанных электродных и безэлектродных методик показано, что для плёнок оптимального состава BaojSrojTiCb с управляемостью К=1.5-г2 тангенс угла диэлектрических потерь в диапазоне частот (1V70) ГГц лежит в интервале tg8 = 0.015-^0.06.

3. Для плёночных МДМ структур Pt/Bao^SrojTiCVCr/Cii с управляемостью К = 2 при 30 В проведён СВЧ анализ, позволяющий разделить потери в плёнке сегне-тоэлектрика и в металле электродов.

4. Предложена и разработана оригинальная резонансная СВЧ методика исследования быстродействия и остаточных поляризационных явлений СЭ конденсаторов при условии короткого замыкания и холостого хода электродов, позволяющая

6 2 измерять времена релаксации в пределах (10 -г 10 ) с.

5. Показано, что медленные релаксационные явления (10-И 00 с), наблюдаемые в сегнетоэлектрических элементах в параэлектрической фазе, обусловлены существованием объёмного заряда, локализованного в приэлектродных областях с повышенной дефектностью (1018-И019 см-3).

6. На основе измерения пороговых значений импульсного электрического поля, выше которого возникают медленные релаксационные процессы ёмкости СЭ конденсаторов, показано доминирующее влияние технологии формирования границы металл/сегнетоэлектрик.

7. Для электрически управляемых фильтров и фазовращателей установлена связь параметра качества СЭ перестраиваемого элемента с основными параметрами устройств; полученные выражения позволяют разделить вклад в параметры устройства потерь в элементе перестройки и в металлических элементах конструкции устройства.

8. Разработан метод определения предельно достижимого параметра качества фазовращателя на основе линии передачи с СЭ плёнкой путём измерения характеристик резонатора на основе отрезка данной линии.

Практическая значимость работы:

1. Отработана технология формирования СВЧ МДМ конденсаторов на основе тонкой BSTO плёнки; найден состав плёнок твёрдого раствора BaxSrt.xTi03, обеспечивающий наилучшие параметры для СВЧ применений.

2. Предложены методики измерения параметров структур на основе СЭ плёнок в диапазоне частот (30V70) ГГц, позволяющие определять потери в СЭ плёнке и металлических элементах структуры.

3. На основе эквивалентной схемы и экспериментальной проверки её корректности сформулированы рекомендации по разработке конструкции СВЧ МДМ конденсаторов.

4. Разработаны рекомендации по технологическим условиям формирования границ СЭ/металл в конденсаторах для улучшения их быстродействия.

5. Предложено использование УФ-облучения СЭ конденсаторов для подавления остаточной поляризации после воздействия электрического поля.

6. Разработан и испытан волноводно-щелевой фазовращатель на основе BSTO плёнки для работы на частоте 60 ГГц; фазовращатель продемонстрировал параметр качества 32 град/дБ, что на 10 град/дБ превышает результаты для устройств на основе СЭ плёнок, описанных в литературе.

7. Результаты работы использованы при выполнении:

• проекта Министерства Образования Российской Федерации «Разработка элементной базы и устройств СВЧ радиоэлектроники на основе сегнетоэлектрических пленок» (код проекта: 208.05.05.012);

• проекта Министерства Образования и Науки Российской Федерации «Исследование неравновесных процессов в сегнетоэлектриках кислородно - октаэдриче-ского типа в условиях облучения электромагнитным полем ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов» (код проекта: РНП 2.1.2.7083);

• государственного контракта № 02.513.11.3136 «Технология наноразмерных кристаллических сегнетоэлектрических пленок для систем телекоммуникаций и радиолокации»;

• грантов правительства США «Перспективные устройства электроники на основе управляемых диэлектрических элементов для систем связи и локации» ("Next generation electronics based on tunable dielectric components for communication and radar systems") совместно с государственной лабораторией NREL (США) (№ ААТ-3-33627-01).

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Максимальное значение параметра качества для СВЧ применений при комнатной температуре для плёнок BaxSrixTi03, полученных магнетронным распылением на подложках А1203, достигается при составе х = 0.3+0.05.

2. При частотах свыше 30 ГГц основной вклад в СВЧ потери тонкоплёночных МДМ (Pt/BaojSrojTiCyCu) конденсаторов при реактансе ёмкости 50 Ом вносят диэлектрические потери, что позволяет использовать в качестве нижнего электрода платину толщиной не более 100 нм.

3. Формирование контакта Pt/BSTO в кислородной атмосфере позволяет подавить процессы медленной релаксации диэлектрической проницаемости и обеспечить управляемость сегнетоэлектрических структур К > 2.

4. Увеличение управляемости СЭ плёнки при сохранении её параметра качества снижает общие потери в фазовращателе, за счёт уменьшения потерь в металлических элементах.

5. Фазовращатели на основе щелевых линий передачи с плёнкой Ba0.3Sr0.7TiO3 обеспечивают параметр качества 30 град/дБ па частоте 60 ГГц при быстродействии по управлению менее 100 не.

Материалы диссертационной работы изложены в 12 научных публикациях и 14 тезисах докладов на следующих конференциях:

• 14th International Symposium on Integrated Ferroelectrics. 27 May - 1 June, 2002, Nara, Japan.

• 15th International Symposium on Integrated Ferroelectrics. March 9 - 12, 2003. Colorado Springs, Colorado, USA.

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

• 11-я Международная конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", 10-14 сентября 2001, Севастополь, Украина.

• 17-я Международная конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии", 10-14 сентября 2007, Севастополь, Украина.

• 7th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF-7), June 24 - 28, 2002, St.Petersburg, Russia.

• Международная научно-техническая конференция «Молодые учёные - науке, технологиям и профессиональному образованию», 1-4 октября 2002, Москва,

• Р0с&4®кдународная научно-техническая конференция «Электроника и Информатика - 2002», Зеленоград, Россия.

• «Nanoelectronics Days 2005», Forschungszentrum Julich, Germany, February 9-11, 2005, Julich, Germany.

• 4th International Conference on Microwave Materials and Their Applications, 12-15 June, 2006, Oulu, Finland.

• 35th European Microwave Conference, 4-6 October 2005, Paris, France.

• Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского Государственного Электротехнического Университета (ЛЭТИ) (С. Петербург, 2002 - 2006 гг).

Основные результаты диссертационной работы, кратко изложенные ниже, являются новыми научными фактами.

1. На основе исследования плёнок Ва^г^ТЮз различного состава (х = 0 + 0.8) показано, что плёнки Вао.зЗголТЮз демонстрируют лучшие СВЧ свойства для практических применений.

2. На основе разработанных электродных и безэлектродных методик показано, что для плёнок оптимального состава Ba0.3Sr0.7TiO3 с управляемостью К=1.5+2 тангенс угла диэлектрических потерь в диапазоне частот (1+60) ГГц лежит в интервале tg 5 = 0.015+0.06.

3. Для плёночных МДМ структур Pt/BaojSrojT^/Cr/Cu с управляемостью К = 2 при 30 В проведён СВЧ анализ, позволяющий разделить потери в плёнке сегне-тоэлектрика и в металле электродов.

4. Предложена и разработана оригинальная резонансная СВЧ методика исследования быстродействия и остаточных поляризационных явлений СЭ конденсаторов при условии короткого замыкания и холостого хода электродов, позволяющая измерять времена релаксации в пределах (10" +10 ) с.

5. Показано, что медленные релаксационные явления (10+100 с), наблюдаемые в сегнетоэлектрических элементах в параэлектрической фазе, обусловлены существованием объёмного заряда, локализованного в приэлектродных областях с повышенной дефектностью (1018+1019 см"3).

6. На основе измерения пороговых значений импульсного электрического поля, выше которого возникают медленные релаксационные процессы ёмкости СЭ конденсаторов, показано доминирующее влияние технологии формирования контакта металл/сегнетоэлектрик.

7. Для электрически управляемых фильтров и фазовращателей установлена связь параметра качества СЭ перестраиваемого элемента с основными параметрами устройств; полученные выражения позволяют разделить вклад в параметры устройства потерь в элементе перестройки и в металлических элементах конструкции устройства.

8. Разработан метод определения предельно достижимого параметра качества фазовращателя на основе линии передачи с СЭ плёнкой путём измерения характеристик резонатора на основе отрезка данной линии.

9. Показано, что на основе волноводно-щелевой линии на сегнетоэлектрической плёнке можно изготовить фазовращатель, демонстрирующий параметр качества «30 град / дБ на частоте 60 ГГц.

Заключение

Настоящая работа посвящена исследованию электрофизических свойств тонких СЭ пленок в СВЧ диапазоне с целью реализации на их основе электрически управляемых СВЧ устройств. В работе представлены результаты исследования малосигнальных СВЧ свойств планарных конденсаторов в диапазоне частот (1+60) ГГц, для получения которых были разработан комплекс методик на основе измерений распределённых СЭ структур как с нанесением металлических электродов, так и без него. Разработана и представлена конструкция МДМ конденсатора на основе СЭ плёнки. Проведены структурные и электрофизические исследования изготовленных образцов МДМ конденсаторов. На основе СВЧ эквивалентных представлений проведена оценка СВЧ потерь в такой структуре, расчётные результаты оценки проверены экспериментально. Разработана методика измерения быстродействия СЭ конденсаторов. Исследованы СЭ конденсаторы, в которых технологическими методами были обеспечены различные условия формирования контакта металл-сегнетоэлектрик. Разработана методика оценки вносимых потерь в фазовращателях на основе фильтровых структур и управляемых регулярных линий передачи. Разработан и испытан волноводно-щелевой фазовращатель на основе СЭ плёнки для работы в миллиметровом диапазоне длин волн.

1. Сегнетоэлектрики в технике СВЧ / О.Г Вендик и др.; отв. ред. О.Г Вендик; М.: Советское Радио, -1979. -272 с.

2. Tagantsev А.К. Ferroelectric Materials for Microwave Tunable Applications / A.K. Tagantsev, V.O.Sherman, K.F. Astafiev // Journal of Electroceramics, -2003. -Vol.ll.-P.5-66.

3. Findikoglu A.T. Electrically tunable coplanar transmission line resonators using YBa2Cu307x/SrTi03 bilayers / Findikoglu A.T., Jia Q.X., Campbell I.H. // Appl. Phys. Lett. -1995. -Vol.66. -N.26. -P. 3674-3676.

4. Вул Б.М. Вещества с высокой и сверхвысокой диэлектрической проницаемостью / Б.М. Вул // Успехи физических наук. -1967. -№ 11. -С.541-552.

5. Cross L.E. History of Ferroelectrics / L.E. Cross, R.E. Newnham // Ceramics and Civilization, Volume III. High-Technology Ceramics-Past, Present, and Future. -1987. -P.289-305.

6. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики / Смоленский Г.А. и др.; М.: Наука, 1971.-476 с.

7. BetheK. Uber das Mikrowellenverhalten der Nichtlineare Dielektrika / K.Bethe // Philips Research Reports, Supplement No.2. -1970. -P. 1-145.

8. DiDomenicoM. Ferroelectric harmonic generator and the large-signal microwave characteristics of ferroelectric ceramics / M. Di Domenico, D. Jonson, R. Pantell // J. Appl. Phys. -1962. -Vol. 33. -P.1697-1705.

9. KozyrevA.B. Nonlinear behavior of thin film SrTi03 capacitors at microwave frequencies / A.B. Kozyrev, T.B. Samoilova, A.A. Golovkov et al. // J. of Appl. Phys. -1998. -V.84. -N.6. -P.3326-3332.

10. VendikO.G. Ferroelectric Tuning of Planar and Bulk Microwave Devices / O.G. Vendik, E.K. Hollmann, A.B. Kozyrev, A.M. Prudan / J. of Superconductivity. -1999. -Vol.12.-No. 2. -P.325-338.

11. Томашпольский Ю.Я. Пленочные сегнетоэлектрики / Ю.Я. Томашпольский; М.: Радио и связь, 1984. -192 с.

12. Бурсиан Э.В. Нелинейный кристалл титанат бария / Э.В. Бурсиан; М.: Наука, 1974.

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

14. Вендик О.Г. Продвижение сегнетоэлектрических управляющих устройств в высокочастотную область диапазона СВЧ / О.Г. Вендик, И.Г. Мироненко, JI.T. Тер-Мартиросян // Известия АН СССР. -1987. -Т.51, -№.10. -С.1748-1752.

15. Vendik I.B. Commutation Quality Factor of Two-State Switchable Devices / I.B. Vendik, O.G. Vendik, E. Kollberg // IEEE Trans, on MTT. -2000. -Vol.48. -No.5. -P.802-808.

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

17. Komatsu S. Measurement and thermodynamic analyses of the dielectric constant of epitaxially grown SrTi03 films / S. Komatsu, K. Abe // Jpn. J. Appl. Phys. -1993. -V.33. -8B -P.L1157-L1159.

18. Прудан A.M. Диэлектрическая проницаемость плёночного титаната стронция в составе структуры SrTi03/Al203 / А.М Прудан, Е.К. Гольман, А.Б. Козырев,

19. A.А. Козлов, В.Е. Логинов. //Письма в ЖТФ. -1998. -Т.24. -В.9. -С.8-12.

20. KozyrevA.B. Preparation of SrTi03 films on sapphire substrate by RF magnetron sputtering / A.B. Kozyrev, E.K. Hollmann, V.E. Loginov, A.M. Prudan // Vacuum. -1998, -V.5, 2. -P.141-143.

21. Леманов B.B. Фазовые переходы в твердых растворах на основе SrTi03 /

22. B.В. Леманов // ФТТ -1997. -Т.39. -В.9.

23. Sherman V.O. Ferroelectric-dielectric tunable composites / V.O. Sherman, A.K. Tagantsev, N. SetteK, D. Iddles, T. Price // J. Appl. Phys. -2006. -V.99. -P.074104.

24. Chang W. MgO-mixed Bao.6Sro.4Ti03 bulk ceramics and thin films for tunable microwave applications / W. Chang, L. Sengupta // J. of App. Phys. -2002. -Vol.92, Is.7. -P.3941-3946.

25. Su B. Microstructure and dielectric properties of Mg-doped barium strontium titanate ceramics/В. Su, T. Button//J. of App. Phys. -2004. -Vol.95, Is.3. -P.1382-1385.

26. 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.

27. Chen B. Thickness and dielectric constant of dead layer in Pt/(Bao.7Sro.3)Ti03/YBa2Cu3C>7x capacitor / B. Chen, H. Yang, L. Zhao et al // App. Phys. Lett. -2004. -Vol.84, Is.4. -P.583-585.

28. 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.И. -С.3343-3351.

29. 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.

30. 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.

31. Вендик О.Г., Медведева Н.Ю., Зубко С.П. Размерный эффект в наноструктурированных сегнетоэлектрических пленках / О.Г. Вендик, Н.Ю. Медведева, С.П. Зубко // Письма в ЖТФ. -2007. -Т.ЗЗ. -В.6. -С. 8-14.

32. Sinnamon L.J. Exploring grain size as a cause for "dead-layer" effects in thin film capacitors / L.J. Sinnamon, M.M. Saad, R.M. Bowman, J.M. Gregg // App. Phys. Lett. -2002. -Vol.81. -Is.4. -P.703-705.

33. 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.

34. 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.

35. 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.

36. Kozyrev A. S-Band Microwave Phase Shifters Based on Ferroelectric Varactors / A. Kozyrev, V. Osadchy, A. Pavlov et al // Integrated Ferroelectrics -2003. -V.55. -Is. 1. -P.839-846.

37. Физика сегнетоэлектрической керамики / Гориш А.В., Дудкевич В.П., Куприянов М.Ф. и др.; отв. ред. Гориш А.В.; М.: Советское Радио, -1979. -176 с.

38. Lee J. К. Metal-Organic Chemical Vapor Deposition of Pb(ZrxTii.x)03 Thin Films for High-Density Ferroelectric Random Access Memory Application / J.K. Lee, J.-M. Ku, C.-R. Cho et al. // J. OF Semicond. Tech. and Sc. -2002. -V.2, N.3. -P.205-212.

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

40. Gerlach G. 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. Suchanek et al. // Ferroelectrics. -1999. -Vol.230. -P.109-114.

41. Вендик О.Г. Планарные сегнетоэлектрические конденсаторы для СВЧ-устройств / О.Г. Вендик, Г.Д. JIooc, Л.Т. Тер-Мартиросян // Радиотехника и электротехника. -1972. -Т. 17, вып. 10.

42. Вендик О.Г. Моделирование и расчет емкости планарного конденсатора, содержащего тонкий слой сегнетоэлектрика / О.Г. Вендик, С.П. Зубко, М.А. Никольский // ЖТФ. -1999. -Т.69, вып.4. -С. 1-7.

43. Вендик О.Г. Учет нелинейности сегнетоэлектрического слоя в модели планарного конденсатора / О.Г. Вендик, М.А. Никольский // Письма в ЖТФ, 2003. -Т.29, вып.5. -С.20-29.

44. Kim J.-Y. Processing and on-wafer test of ferroelectric film microwave varactors / J.-Y. Kim, A.M. Grishin // Appl. Phys. Lett.-2006. -V.88. -P. 192905.

45. Прудан A.M. Влияние отжига на диэлектрическую проницаемость пленочного титаната стронция в структуре SrTi03 / А1203 / Прудан A.M., Гольман Е.К., Козырев А.Б. и др. // ФТТ. -1998. -Т.40, вып.8. -С.1473-1478.

46. Kozyrev A. Nonlinear response and power handling capability of ferroelectric BaxSrj xTi03 film capacitors and tunable microwave devices / A. Kozyrev, A. Ivanov, T. Samoilova et al. // J. of App. Phys. -2000. -V.88, Is.9. -P.5334-5342.

47. Cohn S.B. Slot Line on a Dielectric Substrate / S.B. Cohn // IEEE Trans, on MTT. -1969.-V.17, Is. 10. -P.768-778.

48. Мироненко И.Г. Дисперсионные характеристики щелевых и копланарных линий на основе структуры "сегнетоэлектрическая пленка диэлектрическая подложка" / И.Г. Мироненко, А.А. Иванов // Письма в ЖТФ. -2001. -Т.27, вып.13. -С.16-21.

49. Мироненко И.Г. Расчет затухания в щелевой и копланарной линиях, образованных в структуре "сегнетоэлектрическая пленка диэлектрическая подложка" / И.Г. Мироненко, А.А. Иванов // Письма в ЖТФ. -2002. -Т.28, вып.5. -С.33-37.

50. Мироненко И.Г. Многощелевые линии передачи сверхвысоких частот на основе структуры сегнетоэлектрическая пленка диэлектрическая подложка / И.Г. Мироненко, А.А. Иванов //ЖТФ. -2002. -Т.72, вып.2. -С.68-73.

51. Вендик И.Б. Анализ фундаментальных мод многосвязной щелевой линии с сегнетоэлектрическим слоем / И.Б. Вендик, О.Г. Вендик, М.С. Гашинова, А.Н. Деленив // Письма в ЖТФ. -2005. -Т.31, вып.2. -С.49-56.

52. Вендик О.Г. Моделирование волновых параметров узкой щелевой линии передачи на основе сверхпроводящей пленки / О.Г. Вендик, И.С. Данилов, С.П. Зубко // ЖТФ. -1997. -Т.67, вып.9. -С.94-97.

53. ГольцманБ.М. Сегнетоэлектрические материалы для интегральных схем динамической памяти / Б.М. Гольцман, В.К. Ярмаркин // ЖТФ. -1999. -Т.69, вып.5. -С.89-92.

54. IkutaK. Upper-bound Frequency for Measuring mm-Wave-Band Dielectric Characteristics of Thin Films on Semiconductor Substrates / K. Ikuta, Y. Umeda, Y. Ishii // Jpn. J. Appl. Phys. -1998. -V.37. -P.210-214.

55. Dube D.C. The effect of bottom electrode on the performance of thin film based capacitors in the gigahertz region / D.C. Dube, J. Baborowski, P. Muralt, N. Setter // App. Phys. Lett. -1999. -V.74, Is.23. -P.3546-3548.

56. Koutsaroff I.P. Microwave Properties of Parallel Plate Capacitors Based on (Ba,Sr)Ti03 Thin Films Grown on Si02/A1203 Substrates / I.P. Koutsaroff, T. Bernacki, M. Zelner et al. // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. -2003. -V.762.

57. Petrov P.K. Techniques for microwave measurements of ferroelectric thin films and their associated error and limitations / P.K. Petrov, N. McN. Alford, S. Gevorgyan // Meas. Sci. Technol. -2005. -V.16. -P.583-589.

58. Kozyrev A.B. Procedure of microwave investigations of ferroelectric films and tunable microwave devices based on ferroelectric films / A.B. Kozyrev, V.N. Keis, G. Koepf et al // Microelectronic Engineering. -2005. -V.29, Is. 1-4. -P.257-260.

59. Гайдуков M.M. Измерение ёмкости и диэлектрических потерь планарных конденсаторов на сегнетоэлектрической плёнке в диапазоне СВЧ / М.М. Гайдуков,

60. A.Б.Козырев, А.С. Рубан и др. // Радиотехника и электроника. -1975. -Т.20, ып.12. -С.2588-2591.

61. Kozyrev A. Procedures of Measurements of Ferroelectric Films Parameters in Frequency Range (20-60) GHz / A. Kozyrev; O. Buslov; V. Keis et al // Integrated Ferroelectrics. -2003. -V.55, Iss.l. -P.895-903.

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

63. ZafarS. Resistance degradation in barium strontium titanate thin films / S. Zafar,

64. B. Hradsky, D. Gentile et al // J. of App. Phys. -1999. -V.86, Is.7. -P.3890-3894.

65. Kotecki D.E. (Ba,Sr)Ti03 dielectrics for future stacked-capacitor DRAM / D.E. Kotecki, J.D. Baniecki, H. Shen et al. // IBM J. Res. Develop. -1999. -V.43. -N.3.

66. Chan N.-H. Nonstoichiometry in SrTi03 / N.-H. Chan, R.K. Sharma, D.M. Smyth // J. Electrochem Soc. -1981. -Vol. 128, Is. 8. -P.1762-1769.

67. Yoo H.-I. P-Type Partial Conductivity of Donor(La)-Doped BaTi03 / H.-I. Yoo, S.-W. Lee, C.-E. Lee. // J. of Electrocer. -2003. -Vol.10, N.3. -P.215-219.

68. Chan N.-H. Defect Chemistry of Donor-Doped BaTi03 / N.-H. Chan, D.M. Smyth // J. Am. Cer. Soc.-1984. -Vol.67, Is.4. -P.285.

69. Scott J.F. Quantitative measurement of space-charge effects in lead zirconate-titanate memories / J.F. Scott, C.A. Araujo, B.M. Melnick et al // J. of App. Phys. -1991. -Vol.70, Iss.l. -P.382-388.

70. DawberM. Models of Electrode-Dielectric Interfaces in Ferroelectric Thin-Film Devices / M. Dawber, J.F. Scott. // Jpn. J. Appl. Phys. -2002. -Vol. 41. -P.6848-6851.

71. Robertson J. Schottky barrier heights of tantalum oxide, barium strontium titanate, lead titanate, and strontium bismuth tantalate / J. Robertson, C.W. Chen // App. Phys. Lett. -1999. -Vol.74, Is.8.-P.l 168-1170.

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

73. 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. -Vol.38. -P.49-51.

74. LeeK.H. Variation of Electrical Conduction Phenomena of Pt/ (Ba, Sr)Ti03/Pt Capacitors by Different Top Electrode Formation Processes / K.H. Lee, C.S. Hwang, B.T. Lee et al // Jpn. J. Appl. Phys. -1997. -Vol.36. -P.5860-5865.

75. Browning N.D. The influence of atomic structure on the formation of electrical barriers at grain boundaries in SrTi03 / N.D. Browning, J.P. Buban, H.O. Moltaj et al // App. Phys. Lett. -1999. -Vol.74, Is.18. -P.2638-2640.

76. TsaiM.S. Effect of bottom electrode materials on the electrical and reliability characteristics of (Ba, Sr)Ti03 capacitors / M.S. Tsai, S.C. Sun, T.-Y. Tseng // IEEE Trans, on Electron Devices. -1999. -Vol.46, Is.9. -P.1829-1838.

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

78. Chen H.-M. Leakage Current Characteristics of Lead-Zirconate-Titanate Thin Film Capacitors for Memory Device Applications / H.-M. Chen, S.-W. Tsaur, J.Y. Lee // Jpn. J. Appl. Phys. -1998. -Vol.37. -P.4056-4060.

79. Scott J.F. Raman spectroscopy of submicron KNO3 films. II. Fatigue and space-charge effects/ J.F. Scott, B. Pouligny // J. of App. Phys. -1998. -Vol.64, Is.3. -P.1547-1551.

80. GruvermanA. Nanoscale investigation of fatigue effects in Pb(Zr,Ti)03 films /

81. A. Gruverman, 0. Auciello, H. Tokumoto // App. Phys. Lett. -1996. -Vol.69, Is.21. -P.3191-3193.

82. LeeB.T. Influences of interfacial intrinsic low-dielectric layers on the dielectric properties of sputtered (Ba,Sr)Ti03 thin films / B.T. Lee, C.S. Hwang // App. Phys. Lett. -2000. -Vol.77, Is.l. -P.124-126.

83. Jin H.Z. Size effect and fatigue mechanism in ferroelectric thin films / H.Z. Jin, J. Zhu //J. of App. Phys. -2002. -Vol.92, Is.8. -P.4594-4598.

84. Косцов Э.Г. Реверсивная нелинейность в диэлектрических слоях / Э.Г. Косцов,

85. B.К. Малиновский // Изв. АН СССР. Сер. Физ. -1997. -Т.41, №4. -С.830-835.

86. ДедыкА.И. Перераспределение избыточного объемного заряда в структурах на основе монокристаллического титаната стронция / А.И. Дедык, JI.T. Тер-Мартиросян // ФТТ. -1997. -Т.39, вып.2. -С.349-352.

87. Дедык А.И. Избыточный объемный заряд в титанате стронция / А.И. Дедык, Л.Т. Тер-Мартиросян // ФТТ. -1998. -Т.40, вып.2. -С.245-247.

88. ДедыкА.И. Исследование гистерезиса в многослойных структурах на основе титаната стронция / А.И. Дедык, С.Ф. Карманенко, М.Н. Малышев, Л.Т. Тер-Мартиросян// ФТТ. -1995. -Т.37, вып. 11. -С.3470-3477.

89. Boikov Yu.A. Slow capacitance relaxation in (BaSr)Ti03 thin films due to the oxygen vacancy redistribution / Yu.A. Boikov, B.M. Goltsman, V.K. Yarmarkin, V.V. Lemanov // App. Phys. Lett. -2001. -Vol.78, Is.24. -P.3866-3868.

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

91. Waser R. dc Electrical Degradation of Perovskite-Type Titanates: III, A Model of the Mechanism / R. Waser, T. Baiatu, K.-H. Hardtl // J. of the Am. Ceram. Soc. -1990. -Vol.73, Is.6. -P.1663-1673.

92. Kozyrev A. Application of ferroelectrics in phase shifter design / A. Kozyrev, V. Osadchy, A. Pavlov, L. Sengupta // Microwave Symposium Digest., 2000 IEEE MTT-S International. -2000. -Vol.3. -P.1355-1358.

93. Buslov O.Y. Slot-line Ferroelectric Phase-shifters and Phase-array Antenna on their Base / O.Y. Buslov, V.N. Keis, I.V. Kotelnikov et al // Integrated Ferroelectrics. -2006. -Vol.86. -P.125-130.

94. Kozyrev A. S-Band Microwave Phase Shifters Based on Ferroelectric Varactors /

95. A. Kozyrev, V. Osadchy, A. Pavlov et al // Integrated Ferroelectrics. -2003. -Vol.55, Is.l. -P.839-846.

96. Козырев А.Б. 60 GHz фазовращатель на основе (Ва, Sr)Ti03 сегнетоэлектрической пленки / А.Б. Козырев, А.В. Иванов, О.И. Солдатенков и др. // Письма в ЖТФ. -2001. -Т. 27, вып. 24. -С. 16-21.

97. Acikel В. A New High Performance Phase Shifter using BaxSrj. xTi03 Thin Films /

98. B. Acikel, T.R. Taylor, P.J. Hansen et al // IEEE Microwave and Wireless Components Lett. -2002. -V. 12, Is. 7.

99. Егоров Ю.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы / Ю.В. Егоров. -М.: Сов.Радио, 1967.-216 с.

100. Гагарин А.Г. Измерения параметров сегнетоэлектрических плёнок с применением частично заполненных волноводных резонаторов / А.Г. Гагарин, М.М. Гайдуков // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Серия «Физика твёрдого тела и электроника». -2003. -В.1. -С.25-28.

101. Козырев А. Волноводно-щелевой 60 GHz фазовращатель на основе (Ba,Sr)Ti03 сегнетоэлектрической пленки / А. Козырев, М. Гайдуков, А. Гагарин и др. // Письма в ЖТФ. -2002. -Т.28, вып.6. -С.51-56.

102. Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ / Л.Г. Малорацкий. М.: Сов.Радио, 1976. -216 с.

103. Гупта К. Машинное проектирование СВЧ устройств / К. Гупта, Р. Гардж, Р. Чадха. М.: Радио и связь, 1987. 428 с.

104. Razumov S. Electrical Properties of Magnetron Sputtered Thin BaSrTi03 Films Depending On Deposition Conditions / S. Razumov, A. Tumarkin, O. Buslov,

105. M. Gaidukov, A. Gagarin, A. Ivanov, A. Kozyrev, Y.-W. Song, C.-S. Park // Integrated Ferroelectrics. -2001. -Vol.39. -P.367-373.

106. Vendik O.G. Experimental evidence of correctness of improved model of ferroelectric planar capacitor / O.G. Vendik, S.V. Razumov, A.V. Tumarkin, M.A. Nikol'skii, M.M. Gaidukov, A.G. Gagarin // Appl. Phys. Lett. -2005. -V.86. -P.022902.

107. Razumov S.V. Characterisation of quality of BaxSr!.xTi03 thin film by the commutation quality factor measured at microwaves / S.V. Razumov, A.V. Tumarkin, M.M. Gaidukov, A.G. Gagarin et al //Appl. Phys. Lett. -2002. -V.81, N9. -P. 1675-1677.

108. Razumov S.V. Microwave Properties of Thin BSTO Films Based Varactors for High Frequency Applications / S.V. Razumov, A.V. Tumarkin, A.G. Gagarin et al // Integrated Ferroelectrics. -2003. -Vol.55. -P.871-876.

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

110. Иоссель Ю.А. Расчёт электрической ёмкости / Ю.А. Иоссель, Э.С. Кочанов, М.Г. Струнский. -JL: Энергоиздат, 1981. 288 с.

111. 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, вып.З. -С.29-33.

112. Вендик О.Г. Моделирование характеристик многослойного планарного конденсатора/ О.Г. Вендик, М.А. Никольский //ЖТФ. -2001. -Т.71, вып.1. -С. 117-121.

113. Nowotny J. Defect Structure, Electrical Properties and Transport in Barium Titanate / J. Nowotny, M. Rekas // Ceramics International. -1994. -Vol.20. -P.213-270.

114. Kozyrev A.B. Nonlinear behavior of thin film SrTi03 capacitors at microwave frequencies / A.B. Kozyrev, T.B. Samoilova, A.A. Golovkov et al // J. of App. Phys. -1998. -V.84, Is.6. -P.3326-3332.

115. AlfordN.McN. Enhanced electrical properties of ferroelectric thin films by ultraviolet radiation / N.McN. Alford, P.K. Petrov, A.G. Gagarin et al // Appl. Phys. Lett. -2005. -V.87. -P.222904.

116. Гольцман Б.М. Диэлектрические свойства планарных структур на основе сегнетоэлектрических плёнок Bao.sSro.fTiOj / Б.М. Гольцман, В.В. Леманов, А.И. Дедык и др. // Письма в ЖТФ. -1997. -Т.23, вып. 15. -С.46-52.

117. Гагарин А.Г. Параметр качества перестраиваемого элемента на основе сегнетоэлектрической плёнки при разработке СВЧ-устройств / А.Г. Гагарин, М.М. Гайдуков // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Серия «Физика твёрдого тела и электроника». -2003. -Вып.2. -С.38-41.

118. Филатов К.В. Введение в инженерную теорию параметрического усиления / К.В. Филатов. -М.: Сов. Радио, 1971.

119. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах / А.А. Брандт. -М.: Физматгиз, 1963.

120. ПЗ.Маттей Д. Л. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи / Д. Л. Маттей, Л. Янг, Е. М. Т. Джонс. -М.: Связь, 1972.