автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка и исследование технологических основ формирования наноразмерных планарных структур на основе пленок BiFeO3 для устройств обработки и хранения информации

На правах рукописи

Алябьева Наталья Ивановна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК В1РеОэ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ

ИНФОРМАЦИИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

19 !;:пн 2014

Таганрог - 2014

005550118

Работа выполнена в Южном федеральном университете на кафедре нанотехнологий и микросистемной техники факультета электроники и приборостроения

Научный руководитель: Агеев Олег Алексеевич,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Мухортов Владимир Михайлович,

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией ЮНЦ РАН

Толстолуцкий Сергей Иванович, кандидат технических наук, доцент, начальник сектора

ФГУП «Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи» (ФГУП «РНИИРС»)

Ведущая организация: ОАО «Научно-производственное предприятие

космического приборостроения «Квант» (ОАО «НПП КП «Квант»)

Защита состоится " ^ 2014 г. в — на заседании

диссертационного совета Д212.208.23 в Южном федеральном университете по адресу: 347928, г. Таганрог, ул. Шевченко, 2, ауд. Е-306.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148 и на сайте http://hub.sfedu.ru/diss/announcemerits/council/16/

Автореферат разослан Оф. Сб. 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.Б. Старченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы

Развитие современной электронной техники связано с модернизацией компонентов приборов для улучшения основных приборных характеристик: быстродействия, плотности упаковки элементов, энергопотребления и т.д. В связи с этим, актуальной задачей является применение материалов, которые обладают уникальными электрофизическими свойствами, но совместимы с полупроводниковыми материалами компонентов приборов. Мультиферроик BiFe03 обладает магнитоэлектрическими свойствами при комнатной температуре, достаточно высокой температурой фазовых переходов ( Гк = 1143 К, TN = 643 К) и высоким значением спонтанной поляризации (-100 мкКл/см2). Свойство BiFe03 дискретно изменять направление вектора поляризации на 180°, 109° и 71° под воздействием внешнего электрического поля и сохранять его в отсутствии поля используется в качестве физической основы работы элементов устройств обработки и хранения информации типа FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) и ReRAM (Resistive Random Access Memory). Выполняя роль основного компонента памяти, емкостная ячейка BiFe03 может быть масштабирована до нескольких десятков нанометров, сохраняя при этом необходимые приборные свойства. Перспектива формирования массивов наноразмерных планарных структур - емкостных ячеек на основе пленок BiFe03 - открывает новые возможности увеличения плотности упаковки компонент устройств обработки и хранения информации. На сегодняшний день минимальный латеральный размер емкостных ячеек на основе BiFe03 составляет порядка 100 нм, при этом ключевой задачей является разработка технологических основ создания таких ячеек.

Одним из основных способов прецизионной диагностики характеристик пленок BiFe03, а также оценки качества разрабатываемой технологии формирования наноразмерных емкостных структур являются методы атомно-силовой микроскопии (АСМ). Так, метод пьезо-силовой микроскопии (ПСМ) позволяет исследовать сегнетоэлектрическую доменную структуру (СДС) материалов за счет обратного пьезоэффекта, определять значения их пьезомодулей, а также исследовать фазовые ориентационные переходы. Метод АСМ отображения сопротивления растекания (ACM ОСР) в режиме спектроскопии позволяет исследовать ток реполяризации емкостных ячеек, детектируя токи вплоть до нескольких пикоампер. Несмотря на достоинства методов ПСМ и АСМ ОСР, их применение осложнено возможностью возникновения артефактов в детектируемых сигналах. Так, исследование методом ПСМ осложнено возможностью искажения нормального пьезоотклика в результате влияния механических продольных сил, действующих на зонд, и электростатических сил, действующих между острием зонда и поверхностью образца. При исследовании тока реполяризации емкостной ячейки BiFe03 методом АСМ ОСР возможно снижение достоверности токового сигнала ячейки, зависящего от стабильности взаимодействия системы «кантилевер-образец».

Таким образом, задачи разработки технологических основ формирования наноразмерных • сегнетоэлектрических емкостных ячеек BiFe03 и

совершенствования методик нанодиагностики методами ПСМ и ACM ОСР для исследования электрофизических свойств пленок BiFeC>3 являются актуальными.

Цели и задачи диссертационной работы . Целью диссертационной работы является разработка технологических основ формирования наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячеек на основе пленок BiFeCb методом фокусированных ионных пучков (ФИЛ) и методик АСМ-нанодиагностики электрофизических свойств пленок BiFeCb для создания перспективных устройств обработки и хранения информации.

Для достижения целей диссертационной работы должны быть решены следующие задачи:

1. Обобщение и выявление основных требований к характеристикам пленок BiFeCb для применения в устройствах обработки и хранения информации. Анализ методов прецизионного исследования сегнетоэлектрических свойств пленок BiFeCb;

2. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей влияния геометрических параметров зонда АСМ на компоненты сил взаимодействия в системе «кантилевер-образец» в динамическом режиме АСМ;

3. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей влияния давления на зонд АСМ на достоверность отображения сопротивления растекания;

4. Разработка комплексной методики анализа трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFeCb методом ПСМ;

5. Разработка технологического маршрута формирования методом фокусированных ионных пучков планарных наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячеек на основе пленок BiFeCb. Исследование методами АСМ тока реполяризации, размерных эффектов и динамики ориентационных переходов векторов поляризации СДС в наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячейках на основе пленок BiFeCb;

6. Разработка конструкции и технологического маршрута формирования устройства обработки и хранения информации на основе пленки BiFeCb в качестве переключающего элемента с использованием кластерного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель, устанавливающая теоретические закономерности влияния длины зонда АСМ на его отклонение по нормали в динамическом режиме АСМ с учетом емкостных, кулоновской, упругих сил и нагрузки на кантилевер и позволяющая определять оптимальные параметры зонда для исследования нормального пьезоотклика образца методом ПСМ. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями.

2. Теоретически установлены закономерности влияния силы прижима кантилевера к поверхности образца на определяемое методом АСМ ОСР удельное сопротивление полупроводникового материала с учетом изменения приконтактной площади «зонд-образец», позволяющие подбирать нагрузку на кантилевер для s определения удельного сопротивления с высокой

достоверностью. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями.

3. Экспериментально установлены закономерности влияния динамики ориентационных фазовых переходов СДС пленки BiFe03 на изменение вольт-токовых характеристик наноразмерных емкостных ячеек с учетом нагрузки на кантилевер.

Практическая значимость работы:

1. Разработана методика определения нормального пьезомодуля du и трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFeCh. Показано, что для модифицированного кантилевера с длиной зонда 1,4 мкм детектируемый пьезомодуль пленки BiFeCh составляет c/jj=(50-70) пм/В, при этом взаимная ориентация соседних векторов поляризации составляет 71°. Для наноразмерной емкостной ячейки на основе пленки BiFeCh толщиной (50-70) нм приложение к кантилеверу коэрцитивного напряжения -8 В и нагрузки (0,5-1) мкН приводит к переключению вектора поляризации СДС пленки BiFeC>3 на 109° или 180°, а приложение нагрузки 2 мкН приводит к переключению вектора поляризации СДС пленки BiFeCh на 0° или 71°;

2. Разработана методика визуализации СДС пленки BiFeCh методом РЭМ с использованием TLD-BSE детектора, позволяющая при параметрах электронного пучка 5 кВ, 0,4 нА и 0° наклона образца относительно TLD отображать нормальную составляющую пьезоотклика BiFeCh, а при 15° наклона образца относительно TLD - латеральную составляющую пьезоотклика BiFeCh;

3. Разработана и зарегистрирована в реесте Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии (№023-01.00281-2011) методика выполнения измерений удельного сопротивления полупроводниковых материалов гомогенного типа методом ACM ОСР, на основе которой установлено, что высокая точность определения удельного сопротивления для образца КЭС-0,01 достигается при силе прижима кантилевера 1 мкН, а для КДБ-10 - при 2,5 мкН;

4. Разработан технологический маршрут формирования методом ФИП массивов наноразмерных емкостных ячеек на основе пленки BiFeCh. Показано, что при параметрах ионного пучка 30 кВ, 30 пА достигается латеральный размер ячейки 90 нм, коэрцитивное напряжение ±8 В, значение пьезомодуля da порядка 10 пм/В. Согласно оценкам, при параметрах ионного пучка 5 кВ, 0,4 нА методика позволит формировать емкостные ячейки размером (10-20) им;

5. Предложена конструкция элемента энергонезависимого оперативного запоминающего устройства FeTRAM типа 1Т с емкостной ячейкой на основе пленки BiFeCh. Согласно оценкам, конструкция позволит снизить число транзисторов в ячейке с 6 до 1 в сравнении с КМОП и понизить требования к значениям поляризации пленки BiFeCh в сравнении с аналогами на основе ПТШ, при этом время переключения емкостной ячейки из одного состояния в другое составит порядка 2 не.

Положения, выноснмые на защиту:

1. Математическая модель зависимости отклонения зонда АСМ по нормали от его длины в динамическом режиме АСМ с учетом емкостных, кулоновской,

упругих сил и нагрузки на кантилевер, позволяющая определять его оптимальную длину для исследования нормального пьезоотклика методом ПСМ;

2. Методика ПСМ для определения трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFeCh, позволяющая определять ориентацию доменов в емкостной ячейке на основе пленки BiFeCb и диагностировать направление и углы вектора переключения поляризации (180°, 109° и 71°), коррелирующие с вольт-токовым характеристиками структуры;

3. Технологический маршрут формирования методом ФИП наноразмерных емкостных ячеек на основе пленки BiFeCb с латеральным размером 90 нм.

Реализация результатов работы:

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры НТМСТ и НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ в 2009-2013 гг.: «Исследование и разработка технологических процедур для производства элементов изделий микро- и наноэлектронной техники на основе использования сверхвысоковакуумной технологической

автоматизированной платформы кластерного типа» х/д ЗАО «НТ-МДТ»; «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области микро- и наноструктур на основе оксидных, органических и биологических материалов, разработка технологии их получения для развития перспективной сенсорики, основанной на новых физических принципах» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»; «Разработка и исследование методик формирования зондовых датчиков для специализированных задач зондовой нанодиагностики методом фокусированных ионных пучков» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы; «Синтез наноструктурированных слоев оксидных материалов методами магнетронного распыления и импульсного лазерного осаждения в условиях ионной стимуляции для использования в качестве чувствительных элементов фотоприемников инфракрасного диапазона и газовых сенсоров», РФФИ 2013 год.

Результаты диссертационной работы внедрены в ЗАО «НТ-МДТ» (г. Москва), в НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ (г. Таганрог), а также в учебный процесс на кафедре НТМСТ ЮФУ (г.Таганрог).

Апробация работы:

Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных международных и всероссийских конференциях и семинарах: The 4th International Conference on Advanced Materials Research, (Китай, г. Макао, 2014); International Symposium on Physics and Mechanics of New Materials and Underwater Applications «PHENMA 2014» (Таиланд, г. Кхонкэн, 2014); International Symposium on Physics and Mechanics of New Materials and Underwater Applications «PHENMA 2013» (Тайвань, г. Гаосюн, 2013); XI Всероссийская конференция по физике полупроводников (Россия, г. Санкт-Петербург, 2013); The 5th Forum NANO and GIGA CHALLENGES in Electronics, Photonics and Renewable Energy - Symposium and Summer school (Россия, г. Москва, Зеленоград, 2011); XXIII Всероссийская конференция по электронной микроскопии (Россия, г. Черноголовка, 2010); Международная научно-

техническая конференция и молодежная школа-семинар «Нанотехнологии-2010» (Россия, п. Дивноморское, 2010); I региональная научно-практическая конференция «Развитие работ в области нанотехнологий и их метрологическое обеспечение в Южном федеральном округе» (Россия, г. Азов, 2009); Межрегиональная научно-технологическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа «Студенческая научная весна -2009» (Россия, г. Новочеркасск, 2009); Всероссийская молодежная школа-семинар «Нанотехнологии и инновации - НАНО-2009» (Россия, г. Таганрог,

2009); «Неделя науки» (Россия, г. Ростов-на-Дону, 2008); У-УП Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Россия, г. Ростов-на-Дону, 2009-2011); 1Х-Х Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Россия, г. Таганрог, 2008, 2010).

Результаты работы отмечены дипломами ряда конференций и конкурсов научных работ: Второй международной конференции «Образование для сферы нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (Россия, г. Москва, 2011); VII Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Россия, г. Ростов-на-Дону, 2011); X Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Россия, г. Таганрог,

2010); Всероссийской молодежной школы-семинара «Нанотехнологии и инновации - НАНО-2009» (Россия, г. Таганрог, 2009).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 23 печатных работ, из них 7 статей в журналах, входящих в Перечень ВАК.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, приложений. Объем работы составляет 171 страниц, включая 72 рисунка, 9 таблиц и 133 наименований списка использованной литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, приведены цель работы, основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы, а также сведения об апробации работы и структуре диссертации.

В первой главе представлен обзор основных свойств мультиферроидных материалов с выраженными магнитоэлектрическими связями. Рассмотрены основные конструкции устройств обработки и хранения информации с пленкой В^РеОз в качестве переключающего элемента. Показано, что устройства обработки и хранения информации на основе В1РеОз являются конкурентоспособными, так как обладают низким энергопотреблением, большим числом циклов обращения к ячейке, быстродействием и возможностью создания массивов наноструктур с высокой плотностью упаковки сегнетоэлектрических компонент элементов памяти. Выявлены основные проблемы, возникающие при использовании пленок В1РеОз как компонент элементов памяти: необходимость

выбора оптимальной конструкции гетероструктуры с функциональным слоем BiFeCh, позволяющей осуществлять латеральное масштабирование пленки BiFeCb вплоть до нескольких десятков нанометров; необходимость разработки комплексных методик исследования сегнетоэлектрических свойств пленки BiFeCb, а также способов снижения артефактов в детектируемых сигналах ПСМ и ACM ОСР; отсутствие технологий и режимов создания емкостных ячеек на основе BiFeCb с латеральным размером менее 100 нм для применения в перспективных устройствах обработки и хранения информации.

Сделан вывод о необходимости совершенствования методов исследований СДС пленок BiFeCh с целью поиска способов устранения артефактов в детектируемых сигналах ПСМ и АСМ ОСР, а также разработки технологических основ формирования наноразмерных емкостных ячеек на основе пленок BiFeOs для перспективных устройств обработки и хранения информации.

Результаты обзора позволили поставить цель и определить задачи работы.

Во второй главе представлены результаты теоретических исследований оптимальной длины зонда кантилевера, позволяющего снизить влияние побочных компонент сил, действующих на систему «проводящий кантилевер-образец» в динамической АСМ, и повысить возможности измерительной системы к детектированию нормального пьезоотклика СДС пленки BiFeOs методом ПСМ. Представлены теоретические расчеты влияния длины зонда кантилевера на значения его нормальной, латеральной и продольной жесткости. Показано, что при уменьшении длины зонда кантилевера с 15 до 0,8 мкм увеличивается его латеральная и продольная жесткость на кручение с 0,04 до 0,22 кН/град. и с 15,09 до 75,33 кН/град., соответственно, при этом нормальная жесткость кантилевера остается неизменной. На основе теоретических расчетов было рассмотрено влияние длины зонда на его отклонение по нормали с учетом емкостных, кулоновской, упругих сил и нагрузки на кантилевер в динамическом режиме АСМ (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схематическое изображение системы «кантилевер-образец» в

динамической АСМ

4

Динамика кантилевера и граничные условия описывались выражениями:

dx4 4 ° + Е] •

Граничные условия:

Ь(0) = 0, и 6'(0) = О, f b"(L) = F„ и -ff/b'"(L) = Fz.

где b — смещение кантилевера вдоль оси Z; £ - величина, отражающая частотную динамику балки кантилевера; £ - модуль Юнга материала балки; / — момент инерции сечений; L - длина балки; Fxn Fz- проекции сил, действующих на оси X и Z, определяемые как:

Fx = -^n sin(a) + Fe cos(cr) + Fr sin(a), (2)

Fz = Fn tos(a) + Fe sin(a) — Frcos(a),

при этом:

FZ = Flood + Fnic + Flc + Pcoul, где F„, Fe — силы упругости пружин, нормальная и продольная, соответственно; Fe- совокупность сил: Fioad - сипа прижима кантилевера к поверхности образца; F„ic — нелокальная емкостная сила между балкой и поверхностью образца; F¡c, Feo», — локальная емкостная и кулоновская сила между кончиком острия зонда и поверхностью образца, соответственно.

На рисунке 2(a) представлены рассчитанные по предложенной модели зависимости нормального отклонения кончика балки от длины зонда кантилевера. Показано, что при уменьшении длины зонда снижается его продольный сдвиг и, как следствие, уменьшается нормальное отклонение кончика балки кантилевера An(i). С другой стороны, под действием нелокальной емкостной силы нормальное отклонение кончика балки кантилевера A„(,iic) увеличивается в обратном направлении. Отклонение кончика балки кантилевера достигает своего минимума на пересечении зависимостей Д„а)(Н) и An(niC)(H), при этом выбор оптимальной длины зонда кантилевера ограничивается нелокальной напряженностью электрического поля, создаваемой балкой кантилевера. Уменьшение длины зонда кантилевера приводит к увеличению влияния нелокального электрического поля, которое в совокупности с локальным электрическим полем, сформированным под острием кантилевера, может оказывать влияние на ориентацию векторов поляризации СДС пленки ЕНРеОз. На рисунке 2(6) представлена зависимость напряженности электрического поля от длины зонда кантилевера. Видно, что при длине зонда 0,5 мкм и менее создаваемая напряженность электрического поля линейно увеличивается, что, в свою очередь, может оказывать влияние на исходную ориентацию векторов поляризации СДС пленки BiFeOí.

На основе полученных расчетов был определен диапазон оптимальных значений длины зонда кантилевера, который составил (1-1,5) мкм, позволяющий минимизировать все побочные компоненты сил, действующие на систему «проводящий кантилевер-образец» в динамическом режиме АСМ.

7 \ S ¡1

5 6 i

ш о Ш" 5.5 5 <1.5 :

If \

9 10 11 12 13 14 16 16 Н, мкм

а) б)

Рисунок 2 - Влияние длины зонда на систему «проводящий кантилевер-образец» в динамической АСМ: а) - нормальное отклонение кончика балки кантилевера в результате продольного сдвига (ДП(1)) зонда и действия нелокальной емкостной силы (ДП(п1с)) между балкой кантилевера и поверхностью образца; б) - создаваемая напряженность электрического поля На базе существующих аналитических моделей взаимодействия системы «проводящий кантилевер-полупроводниковый образец» в токовой статической АСМ была установлена теоретическая закономерность влияния силы прижима кантилевера к поверхности образца гомогенного типа на значения его удельного сопротивления вида:

» =

U KF)

CF-Rb-рр

2 Л„

2Х

3m(F)2 AS(F)

(4)

где U - разность потенциалов зонд-подложка; 1(F) - детектируемый ток зонд-подложка, зависящий от силы прижима кантилевера к поверхности образца; CF - корректирующий фактор, равный 100; Яь - сопротивление сплошного металлического контакта с поверхностью подложки; ps - удельное сопротивление образца; рр — удельное сопротивление покрытия зонда; Хр - длина свободного пробега носителей заряда в покрытии зонда; Lp - длина зонда; Ар - площадь кончика зонда; Xs — длина свободного пробега носителей заряда в образце; Ls - толщина подложки; As - площадь области контакта зонд-образец; а - радиус контакта зонда с поверхностью образца, зависящий от силы прижима острия кантилевера к поверхности подложки.

Таким образом, рассмотрены режимы динамического (ПСМ) и токового статического (АСМ ОСР) взаимодействия системы «проводящий кантилевер-образец». Показано, что длина зонда кантилевера играет ключевую роль в исследовании нормального пьезоотклика СДС пленки BiFeCb методом ПСМ, где влияние продольного сдвига зонда и нелокальной емкостной силы, действующей на балку, могут вносить основной вклад в искажение детектируемого сигнала ПСМ. Теоретически установлено, что длина зонда порядка (1-1,5) мкм является оптимальной для исследования нормального пьезоотклика СДС пленки BiFeCh. Кроме того, получено выражение, устанавливающее связь удельного

сопротивления полупроводниковых материалов гомогенного типа и силы прижима кантилевера к его поверхности.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований пленки BiFe03(110) толщиной 60 нм, осажденной на подложке DySc03 с буферным слоем SrRuCh. Исследование морфологии поверхности пленки BiFeC>3 осуществлялось методом бесконтактной АСМ. Показано, что пленка BiFe03 имеет террасы с атомарными ступеньками высотой порядка (3,5-5,1) А. Малая шероховатость поверхности пленки BiFe03 позволила исключить влияние рельефа на сигнал пьзоотклика. Сегнетоэлектрическая доменная структура пленки BiFe03 исследовалась методом ПСМ с частотой модуляции кантилевера 100 кГц. Показано, что домены расположены перпендикулярно террасам и имеют поперечный размер порядка 215 нм. Проведено исследование трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFe03. На рисунке 3 представлены ПСМ-изображения латерального пьезоотклика СДС пленки BiFe03 для разных кристаллографических ориентации образца относительно кантилевера.

г) д) е)

Рисунок 3 - ПСМ-изображения латерального пьезоотклика СДС пленки В1Ре03

для кристаллографических ориентации образца относительно кантилевера: а) [100]; б) [110]; в) [010]; г) [110]; д) [100]; е) [110]. Аг- положение кантилевера Анализ ПСМ-изображений по двум точкам, соответствующим доменам с разным направлением векторов поляризации, показал, что латеральная составляющая пьезоотклика СДС пленки В]РеОз корректно отображает доменный контраст во всех кристаллографических направлениях.

Исследование нормальной составляющей пьезоотклика СДС пленки В1Ре03 показало, что при исследовании СДС во всех предложенных кристаллографических направлениях, кроме [100], наблюдаются артефакты в детектируемых ПСМ-сигналах (рисунок 4), обусловленные рядом факторов: влиянием нелокальной и локальной емкостных сил - между балкой кантилевера и поверхностью пленки ВП;еОз, а также между острием зонда и поверхностью пленки В1РеОз, соответственно; влиянием кулоновских сил между заряженным

острием кантилевера и заряженной поверхностью ЕМРеОз; влиянием продольных сил, действующих на кантилевер в результате контактного взаимодействия зонда и поверхности образца.

Влияние перечисленных эффектов максимально, когда направление вектора поляризации СДС пленки В1РеОз сонаправлено с вектором продольных сил. При этом балка кантилевера изгибается таким образом, что это, в сочетании с обратным пьезоэффектом пленки В1реОз, приводит к возникновению артефактов в детектируемых ПСМ-сигналах нормального пьезоотклика В1РеОз (рисунок 4, а - вектора I, 2, б - вектор 1, в - вектор 1). При этом пьезоотклик доменов, расположенных поперек относительно движения кантилевера, детектируется слабо (рисунок 4:6- вектор 2, г - вектор 1, е - вектор 2). Анализ латерального и

нормального пьезооткликов СДС пленки В1реОз позволил определить трехмерную ориентацию векторов поляризации СДС, которая составила 71° между доменами типа 1 и 2 (рисунок 4, ж).

Рисунок 4 - ПСМ-изображения нормального пьезоотклика СДС пленки В1РеОз

для различных кристаллографических ориентации образца относительно кантилевера: а) [ТОО]; б) [110]; в) [010]; г) [110]; д) [100]; е) [ПО]; ж) - трехмерное представление векторов поляризации СДС пленки ВГРеОз-Д- положение кантилевера Экспериментально подтверждены результаты теоретических расчетов влияния длины зонда кантилевера на вертикальное смещение кончика его балки. Методом ФИП были сформированы кантилеверы с длиной зонда 14,79, 6,03, 4,34, 0,8 и 1,4 мкм. Было показано, что сигналы нормального пьезоотклика СДС пленки В]РеОз содержат артефакты при сканировании методом ПСМ кантилеверами с длиной зонда 14,79, 6,03 и 4,34 мкм. При исследовании СДС пленки В^РеОз кантилевером с длиной зонда 0,8 мкм осуществляется фазовый ориентационный переход СДС под действием компоненты напряженности электрического поля, обусловленной емкостным взаимодействием системы «проводящий кантилевер-образец». Формирование модифицированного кантилевера (МК) с длиной зонда 1,4 мкм осуществлялось методом ФИП на базе коммерчески доступного кантилевера (КДК) ИБО 11/Рг (рисунок 5, а). Для этого

удалялся зонд КДК и последовательно осаждалась углеродная структура пирамидальной формы, которая увеличивает механическую упругость и прочность зонда. Параметры ионного пучка при росте углеродной структуры (рисунок 5): для ступенек 1, 2 и 3 - 30 кВ, 30 пА; для ступени 4 -30 кВ, 10 пА; для ступенек 5, 6 - 30 кВ, 1 пА. Параметры заточки ступени 6 -30 кВ, 1 пА. Предельная разрешающая способность МК определялась методом ACM ОСР с использованием подложки пиролитического графита и составила

а) б)

Рисунок 5 - РЭМ-изображения: а) - коммерчески доступный кантилевер с длиной зонда 14,79 мкм; б) - модифицированный кантилевер с длиной зонда 1,4 мкм

Исследование СДС пленки ВШеОз коммерчески доступным и модифицированным кантилеверами осуществлялось в основных кристаллографических направлениях [100], [010] и [110]. На рисунке 6 представлено ПСМ-изображение СДС выбранного участка пленки BiFeCb с маркерной областью. Показано, что исследование СДС пленки BiFeCb модифицированным кантилевером позволяет снизить вклад артефактов в детектируемые ПСМ сигналы нормального пьезоотклика (рисунок 6). При этом профилограмма пьезоамплитуды доменов 1 и 2 вдоль линии (рисунок 6, б), измеренная МК, лежит в области допустимых значений. Пьезоамплитуда доменов 1 и 2, измеренная коммерчески доступным кантилевером, мала, что обусловлено влиянием продольных сдвигов острия зонда, приводящим к нежелаемому изгибу балки кантилевера. Влияние продольного сдвига четко отражено для доменов типа 3, которые отображаются неверно при сканировании коммерчески доступным кантилевером (рисунок 6, а). Расчет пьезоамплитуды СДС пленки BiFe03 через детектируемый методом ПСМ сигнал амплитуды А осуществляется по выражению: Apiez0 = А - А„,с - Ак, где Apiezo - пьезоамплитуда, отражающая сегнетоэлектрическую природу образца; Аы - нелокальный вклад, связанный с емкостным взаимодействием балки кантилевера и образца; Atc - электростатический вклад, связанный с емкостным взаимодействием кончика острия кантилевера и образца. Сигнал амплитуды, детектируемый методом ПСМ, имеет размерность «наноамперы». Перевод единиц измерения из «наноампер» в «нанометры» осуществлялся по кривым подвода с учетом, что 1 нА (Mag) = 2 нА (DFL). На основе полученных значений пьезоамплитуды был схематически построен гистерезис пьезомодуля d33 пленки BiFe03, с учетом, что: da = Apiezo/QVac, где Кос-переменное напряжение, 1 В; g-ПСМ-фактор качества, равный 100. Рассчитанные значения пьезомодуля, полученные МК, составляют порядка (50-70) пм/В, что соответствует литературным данным. Значение

пьезомодуля пленки, полученное коммерчески доступным кантилевером, составляет порядка 10 пм/В, что не удовлетворяет показателям нормального пьзоотклика пленки В1РеОз. Таким образом, коммерчески доступный кантилевер не может быть использован для исследования СДС емкостных ячеек на основе В1Ре03.

1ПППППГ

' У Ц \ И II \1 )!•'• Ч %

в) г)

Рисунок 6 - Исследование нормального пьезоотклика СДС пленки BiFeCb для направления [110]: а), б) — ПСМ-изображения амплитуды нормального пьезоотклика, измеренные коммерчески доступным и модифицированным кантилеверами, соответственно; в) - профилограмма вдоль линий (а) и (б);

г) - петля гистерезиса пьзомодуля du Проведено исследование СДС пленки BiFeCb методом РЭМ на базе TLD-BSE детектора. Показано, что при параметрах электронного пучка 5 кВ, 0,4 нА и наклоне образца 0° относительно TLD детектора отображается нормальный пьезоотклик СДС пленки BiFeCb, а при наклоне образца 15° относительно TLD детектора отображается его латеральный пьезоотклик. Отображение доменного контраста пленки BiFe03 обусловлено проявлением упругих свойств BiFeÛ3 в результате взаимодействия электронного пучка с его поверхностью, которое приводит к локальному нагреву поверхности пленки BiFe03 и возникновению пироэлектрического потенциала, который отображает направление СДС. Результаты исследования СДС пленки BiFeO:, методом РЭМ находятся в корреляции с данными, полученными методом ПСМ, что позволяет использовать РЭМ в качестве независимого метода анализа (рисунок 7).

Рисунок 7 - Исследование СДС пленки BiFe03: а) — амплитуда нормального пьезоотклика; б) - РЭМ-изображение, угол наклона образца относительно TLD - 0°; в) - амплитуда латерального пьезоотклика; г) - РЭМ-изображение, угол наклона образца относительно TLD - 15°; Исследование доменных стенок пленки BiFe03 осуществлялось методом ПЭМ. Для этого была сформирована ламель толщиной менее 100 нм. ПЭМ-изображения были получены при укоряющем напряжении 120 кВ. Показано, что домены имеют ориентацию 71° относительно друг друга и период порядка 215 нм. Результаты исследования СДС пленки BiFe03 методом ПЭМ находятся в корреляции с данными, полученными методом ПСМ. Исследование сечения гетероструктуры BiFe03/SrRu03/DySc03 осуществлялось методом ПЭМ с атомарным разрешением при ускоряющем напряжении 300 кВ. Показано, что параметры кристаллической решетки слоев структуры В i F е О з / S г R и О 3 / D у S с Оз являются оптимальными, что позволяет снизить плотность дислокаций несоответствий на границах гетероструктуры.

Определение оптимальных режимов взаимодействия системы «проводящий кантилевер-пленка BiFe03» осуществлялось на базе тестовых подложек кремния с удельным сопротивлением 0,01, 1, 5 и 10 Ом-см, что позволило сравнить экспериментальные результаты с известными значениями. Выбор кремния в качестве материала тестовых образцов обусловлен его механическими свойствами, которые близки к BiFe03. Локальные механические свойства кремния и пленки BiFe03 оценивались по кривым подвода кантилевера. Исследование влияния силы прижима кантилевера к поверхности кремниевых подложек осуществлялось в условиях сверхвысокого вакуума (108 Па) методом ACM ОСР. Сканирование осуществлялось кантилевером NSG 11/Pt при подаче постоянного напряжения 3 В, сила прижима кантилевера к поверхности подложки изменялась в диапазоне (0,3-6) мкН. Показано, что для воспроизводимого измерения тока растекания (рисунок 8, а) и определения удельного сопротивления по выражению (4) (рисунок 8, б) необходимо формировать стабильный контакт зонд-подложка. Установлено, что высокая точность определения удельного сопротивления для образца КЭС-0,01 достигается при силе прижима кантилевера 1 мкН, а для КДБ-10 — при 2,5 мкН.

Таким образом, была исследована морфология поверхности BiFe03, разработана комплексная методика определения нормального пьзомодуля û?jj и трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFe03. Разработана конструкция кантилевера, позволяющего снизить влияние побочных компонент сил в системе «проводящий кантилевер-образец», которые являются основными

источниками артефактов в ПСМ-измерениях. Показано, что для модифицированного кантилевера с длиной зонда 1,4 мкм детектируемый пьезомодуль пленки ЕйРеОз ¿¿.¡=(50-70) пм/В, при этом взаимная ориентация

а) б)

Рисунок 8 - Зависимость электрических параметров тестовых образцов от силы

прижима зонда к поверхности образца: а) — зависимость тока растекания; б) - зависимость удельного сопротивления; пунктирная линия - теоретическая зависимость, сплошная линия - экспериментальная зависимость Разработана методика визуализации СДС пленки BiFeCb методом РЭМ с использованием TLD-BSE; была показана корреляция результатов исследования методами РЭМ и ПЭМ с ПСМ. Разработана методика выполнения измерений удельного сопротивления полупроводниковых материалов гомогенного типа методом ACM ОСР.

В четвертой главе разработан технологический маршрут формирования методом ФИП наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячеек на основе пленок BiFeCb. Для этого на поверхность BiFe03 магнетронным напылением наносился защитный слой AI толщиной 11 нм. Методом ФИП ГФХО с вольфрамовым (W) источником ГИС был сформирован массив масок. Травление структуры W/Al/BiFe03 осуществлялось до буферного слоя SrRuCb при параметрах ионного пучка 30 кВ, 30 пА. Методом химического травления в растворе MF-CD26 удалялась пленка AI (вместе с масками W). Таким образом, были сформированы емкостные ячейки на основе пленки BiFe03, размеры которых составили порядка 500 нм. На рисунке 9 представлен массив емкостных ячеек на основе пленки BiFeCb, сформированных при разных режимах травления структуры W/Al/BiFeCb: область I - глубина 0,08 мкм, область II - глубина 0,09 мкм, область III — глубина 0,1 мкм.

Исследование тока реполяризации емкостных ячеек на основе пленки BiFe03 области I осуществлялось методом АСМ ОСР в режиме токовой спектроскопии. Верхним электродом к емкостной ячейке на основе BiFe03 являлся проводящий кантилевер марки NSG 11 с Pt покрытием. Сила прижима кантилевера к поверхности образца составила порядка 2 мкН. При этом к системе «кантилевер-образец» прикладывалось напряжение смещения в диапазоне от -5 до 5 В и от 5 до -5 В.

а) б)

Рисунок 9 - Морфология поверхности наноразмерных планарных структур В1РеОз: а) - РЭМ-изображение; б) - АСМ-изображение выбранного участка и РЭМ-изображение области I Анализ вольт-амперной характеристики (ВАХ) буферного слоя БгКиОз (рисунок 9, б, точка 1) показал, что ЗгЯиОз обладает достаточной проводимостью, что позволило использовать буфер в качестве нижнего электрода к емкостным ячейкам (рисунок 10, а). Показано, что локально измеренные вольт-токовые характеристики (ВТХ) емкостных ячеек 2-9 (рисунок 9, б) коррелируют между собой и имеют прямой токовый гистерезис (рисунок 10, б). Для выявления стабильности работы емкостных ячеек на основе В1РеОз было проведено 20 циклов измерения ВТХ в ячейке 3 (рисунок 10, в). Наблюдаемый токовый гистерезис емкостных ячеек тесно связан с сегнетоэлектрической поляризацией пленки В1РеОз. Связь переключения вектора поляризации и токового гистерезиса обусловлена модуляцией барьера Шоттки между нижним (8гЯиОз) и верхним (Р0 электродами, определяемого работой выхода БЛиСЬ, В1РеС)3 и Р1. Измеренные значения тока емкостных ячеек на основе пленки В1РеОз областей II, III малы и составили порядка (0,3-0,5) нА, что не позволяет использовать режимы их формирования для создания перспективных устройств обработки и хранения информации.

1. "А 20, I. НА

О 1 2 3 « 5

-5 -4 -3 -2 -1

а) б) в)

Рисунок 10 - Токовые характеристики области I: а) - ВАХ поверхности БЛиСЬ, точка 1; б) - ВТХ емкостных ячеек 2-9 на основе пленки В1РеОз; в) - ВТХ емкостной ячейки 3 на основе пленки В1'РеОз, 20 циклов измерения

Исследование влияния силы прижима кантилевера на детектируемые токи реполяризации емкостной ячейки (область I, ячейка 3 на рисунке 9, б) на основе пленки BiFeCh осуществлялось путем приложения механической нагрузки в диапазоне (0,5-2) мкН к кантилеверу с одновременной подачей напряжения смещения от -5 до 5 В и от 5 до -5 В. Показано, что при малой силе прижима (0,5-1 мкН) кантилевера к поверхности BiFeCb ВТХ имеет обратную и прямую ветви токового гистерезиса, что, как предполагается, обусловлено переключением вектора поляризации на 109° и 180° при приложении коэрцитивного напряжения ±5 В (рисунок 11, а). При этом ВТХ несколько зашумлена из-за неустойчивого взаимодействия системы «проводящий кантилевер-образец». Сила прижима кантилевера 2 мкН позволяет обеспечить стабильное взаимодействие системы «проводящий кантилевер-образец», при этом токовый гистерезис имеет только прямую ветвь, что, как предполагается, обусловлено работой ячейки в высокоомном режиме и сохранением исходного положения вектора поляризации (или переключением вектора на 71°) при приложении коэрцитивного напряжения -5 В (рисунок 11, а). Наличие только прямой токовой ветви обусловлено формированием дополнительных зарядов на поверхности пленки BiFeCh вследствие ее деформации при проведении измерений методом ACM ОСР.

Исследование динамики ориентационных переходов СДС в емкостной ячейке на основе пленки BiFeCb (область I, ячейка 3 на рисунке 9, б) осуществлялось с использованием МК и проводилось в два этапа. На первом этапе к системе «проводящий кантилевер-образец» поочередно прикладывалось постоянное напряжение смещения -5 В и 5 В и осуществлялось сканирование методом АСМ ОСР с силой прижима кантилевера 1, 0,5 и 2 мкН. На втором этапе исследовалось изменение направления векторов поляризации доменов в емкостной ячейке методом ПСМ. На рисунке 11(6) представлены ПСМ-изображения емкостной ячейки на основе пленки BiFeOs. Видно, что приложение коэрцитивного напряжения -5 В и силы прижима 1 и 0,5 мкН приводит к переключению векторов поляризации на 109° и 108° (рисунок 11(6), домен 1), что подтверждает ранее установленные предположения — ВТХ имеет прямую и обратную ветви токового гистерезиса (рисунок 11, а). При АСМ ОСР сканировании с силой прижима 2 мкН и напряжении смещения -5 В вектора поляризации сохраняют исходное положение, при этом емкостная ячейка работает в высокоомном режиме (рисунок 11(6), домен 1), что подтверждает ранее установленные предположения - ВТХ имеет только прямую ветвь токового гистерезиса (рисунок 11, а). Вольт-токовые характеристики домена 2 ячейки 3 не измерялись, при этом динамика ориенгационых фазовых переходов домена 2 соответствует переключению вектора поляризации на 109° при приложении коэрцитивного напряжения ±5 В.

Пьезомодуль йзз емкостных ячеек на основе BiFe03, полученных методом ФИП по разработанной методике, составляет порядка 10 пм/В, а коэрцитивное напряжение ±5 В. Такие параметры емкостной ячейки BiFeOs являются оптимальными для ее дальнейшего применения в перспективных устройствах обработки и хранения информации.

а) б)

Рисунок 11 — Исследование динамики ориентационных переходов векторов поляризации в емкостной ячейке на основе пленки В]РеОз (область I, ячейка 3): а) - ВТХ; б) - ПСМ-изображения нормального (Н) и латерального (Л)

пьезооткликов

Для исследования размерного .эффекта емкостных ячеек на основе В)Ре03 методом ФИП при параметрах ионного пучка 30 кВ, 30 пА был сформирован

массив планарных структур, латеральные размеры которых составляли 800, 500, 400, 250 и 90 нм. Дальнейшее уменьшение латеральных размеров ячейки возможно при их формировании методом ФИП с параметрами ионного пучка 5 кВ, 0,4 нА, при этом минимальный размер емкостной ячейки, согласно оценкам, может достигать (10-20) нм.

Измерение тока реполяризации осуществлялось методом ACM ОСР при приложении напряжения смещения от -8 до 8 В и от 8 до -8 В и силах прижима кантилевера 0,5 и 2 мкН. Было показано, что при латеральном масштабировании ячеек на основе BiFeC>3 ВТХ коррелируют между собой, при этом сила прижима кантилевера влияет на угол переключения вектора поляризации для всех емкостных ячеек. Таким образом, метод ФИП позволяет осуществлять латеральное масштабирование ячеек вплоть до нескольких нанометров, а ограничение их размеров обусловлено параметрами ионного пучка, воздействие которого приводит к имплантации ионов галлия в боковую поверхность ячейки.

На основе результатов экспериментальных исследований в работе предложена конструкция устройства обработки и хранения информации, которая представляет собой структуру FeTRAM (FeFET RAM) типа IT и является запоминающей ячейкой энергонезависимого запоминающего устройства. Конструкция относится к функционально-интегрированным и состоит из двух основных функциональных элементов: транзисторного - на основе SiGe НЕМТ, и емкостного - на основе гетероструктуры BiFeCb/DyScCb. Конструктивная интеграция заключается в размещении емкостной структуры BiFeCb/DyScCb, осуществляющей хранение записанной информации, в подзатворной области SiGe НЕМТ-структуры, предназначенной для её считывания (рисунок 12).

подложка Si

Рисунок 12 - Конструкция 1Т РеТЯАМ с пленкой В1РеОз в качестве переключающего элемента Наряду с низким энергопотреблением и отсутствием необходимости регенерировать записанную информацию данный тип устройств характеризуется высоким быстродействием, определяемым, в основном, длительностью фазового перехода в слое В1РеОз (порядка 2 не), а также малой занимаемой на кристалле площадью в сравнении с существующей КМОП-технологией (1 транзистор РеТЯАМ вместо 6 - КМОП), в том числе, за счет конструктивной интеграции емкостной и транзисторной структур, и пониженными требованиями к значениям поляризации пленки В{РеОз в сравнении с аналогами на основе ПТШ.

Таким образом, был разработан технологический маршрут формирования методом ФИП массивов наноразмерных емкостных ячеек на основе пленки BiFeCh. Показано, что при параметрах ионного пучка 30 кВ, 30 пА достигается латеральный размер ячейки 90 нм, коэрцитивное напряжение ±8 В, значение пьезомодуля du порядка 10 пм/В. Экспериментально установлены закономерности влияния динамики ориентационных фазовых переходов СДС пленки BiFeCb на изменение вольт-токовых характеристик наноразмерных емкостных ячеек с учетом нагрузки на кантилевер. Предложена конструкция элемента энергонезависимого оперативного запоминающего устройства FeTRAM типа 1Т с емкостной ячейкой на основе пленки BiFeCb.

В заключении

1. Рассмотрены основные конструкции устройств обработки и хранения информации с пленкой BiFeCb в качестве переключающего элемента. Обобщены и выявлены основные требования к гетероструктуре на основе пленки BiFeOj для применения в устройствах обработки и хранения информации, а также рассмотрены основные методы прецизионного исследования сегнетоэлектрических свойств пленки BiFe03;

2. Теоретически установлены и экспериментально подтверждены закономерности влияния длины зонда АСМ на его отклонение по нормали в динамическом режиме АСМ с учетом емкостных, кулоновской, упругих сил и нагрузки на кантилевер, позволяющие определять оптимальные параметры зонда для исследования нормального пьезоотклика образца методом ПСМ. На основе полученных результатов разработана конструкция кантилевера с длиной зонда 1,4 мкм. Показано, что предельная разрешающая способность такого кантилевера порядка (lxl) Â;

3. Разработана комплексная методика определения нормального пьзомодуля du и трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFe03. Показано, что для модифицированного кантилевера с длиной зонда 1,4 мкм детектируемый пьезомодуль пленки BiFe03 </.»=(50-70) пм/В, при этом взаимная ориентация соседних векторов поляризации составляет 71°;

4. Разработана методика отображения нормального и латерального пьезооткликов СДС пленки BiFe03 методом РЭМ на базе TLD-BSE детектора. Показана корреляция результатов исследований СДС пленки BiFe03 методами РЭМ, ПЭМ и ПСМ. Исследовано распределение доменных стенок СДС вдоль слоя пленки BiFe03 методами ПЭМ. Определена взаимная ориентация доменных стенок (71°) и их период (215 нм);

5. Установлены теоретические закономерности и разработана методика выполнения измерений удельного сопротивления полупроводниковых материалов гомогенного типа методом АСМ ОСР. Установлено, что высокая точность определения удельного сопротивления для образца КЭС-0,01 достигается при силе прижима кантилевера 1 мкН, а для КДБ-10 - при силе прижима 2,5 мкН;

6. Разработан технологический маршрут формирования методом ФИП массивов наноразмерных емкостных ячеек на основе пленки BiFe03. Показано, что прй параметрах ионного пучка 30 кВ, 30 пА достигаются латеральный размер

ячейки 90 нм, коэрцитивное напряжение ±8 В, значение пьезомодуля da порядка 10 пм/В. Методами ACM ОСР и ПСМ исследованы ток реполяризации, влияние размерных эффектов, а также динамика ориентационных переходов емкостной ячейки на основе пленки BiFe03;

7. Предложены конструкция и технологический маршрут формирования устройства обработки и хранения информации FeTRAM типа 1Т с пленкой BiFeC>3 в качестве переключающего элемента.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Работы, опубликованные в перечне периодических научных изданий, рекомендованных ВАК РФ:

1. Агеев О.А., Алябьева Н.И., Коломийцев А.С., Ткачук В.В. Исследование наноразмерной ферроэлектрической доменной структуры пленок BiFeOs методами пьезо-силовой и растровой электронной микроскопии // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 3 (часть 4). - С. 697-700.

2. Oleg A. Ageev, Natalie I. Alyabieva, Boris G. Konoplev, Vladimir A. Smirnov, Vladislav V. Tkachuk. Investigation of the nanodiagnostics probe modes for semiconductor resistivity measurements by atomic force microscopy // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 894. - P. 374-378.

3. Коноплев Б.Г., Агеев O.A., Смирнов B.A., Коломийцев А.С., Сербу Н.И., Модификация зондов для сканирующей зондовой микроскопии методом фокусированных ионных пучков // Микроэлектроника. - 2012. - JV° 1. - Том 41 -С. 47-56.

4. Julia Syurik, Natalya Alyabyeva, Alexander Alekseev, Oleg A. Ageev, AFM-based model of percolation in graphene-based polymer nanocomposites // Composites Science and Technology. - 2014. - Vol. 95. - P. 38-43.

5. Агеев O.A., Алябьева Н.И., Коноплев Б.Г., Поляков В.В., Смирнов В.А. Фотоактивация процессов формирования наноструктур методом локального анодного окисления пленки титана // Известия высших учебных заведений. «Электроника». - 4.2. - 2010. - №2 (82). - С. 23-31.

6. Агеев О.А., Сюрик Ю.В., Коломийцев А.С., Сербу Н.И. Исследование влияния концентрации углеродных нанотрубок на электрическое сопротивление пленок полимерного нанокомпозита // Нано- и микросистемная техника. - 2010 — №10.-С. 2-6.

7. О.А. Агеев, В.А. Смирнов, Н.И. Сербу, Д.Г. Самканашвили, А.К. Уртаев, З.Х. Епхиев. Исследование наноструктуры внутренней поверхности микроканальных пластин методом атомно-силовой микроскопии // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2011. - №4. - С. 40-45.

Публикации в других изданиях:

8. N. I. Alyabyeva, О. A. Ageev, D. Mcgrouther. Development of the method of nanoscale planar structures forming based on В iFe03/SrRu03/DySc03 for information processing and storage devices // 2014 International Symposium on Physics and Mechanics of New Materials and Underwater Applications «PHENMA 2014». - Khon Kaen, Thailand, 2014. - P. 16-17.

9. N.I. Alyabieva, O.A. Ageev, Damien Mcgrouther, Ian Maclaren, Alessio Morelli, Ionela Vrejiou. Investigation of the Domain Structure Orientation of BiFe03

by Piezoelectric Force Microscopy //2013 International Symposium on Physics and Mechanics of New Materials and Underwater Applications «PHENMA 2013». -Kaohsiung, Taiwan, 2013. - P. 104.

10. Н.И. Алябьева, O.A. Агеев, Damien Mcgrouther, Ian Maclaren, Alessio Morelli, Ionela Vrejiou. Исследование и анализ доменной структуры BiFe03 методом пьезо силовой микроскопии // Тезисы доклада XI Российской конференции по физике полупроводников. - Санкт-Петербург, 2013. - С. 423.

11. Алябьева Н.И. Разработка методики определения электрических параметров гомогенных полупроводниковых структур на основе методов атомно-силовой микроскопии // Тезисы докладов VII Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН. - Ростов-на-Дону, 2011.-С. 183-184.

12. Алябьева Н.И. Исследование электрических параметров полупроводниковых структур методом отображения сопротивления растекания на зондовой нанолаборатории NTEGRA VITA // Сборник материалов X Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика радиоэлектроника и системы управления». - 2010. - Т.2. - С. 17.

13. Смирнов В.А., Сербу Н.И. Исследование наноструктуры и электрических параметров внутренней поверхности каналов микроканальных пластин методом АСМ // Труды международной научно-технической конференции и молодежной школы-семинара «Нанотехнологии-2010». - Дивноморское, 2010. - 4.2. -С. 97-99.

14. O.A. Агеев, Н.И. Алябьева, B.JI. Громов, О.И. Ильин, A.C. Коломийцев. Исследование режимов формирования наноразмерных структур методами фокусированных ионных пучков, электронной и зондовой микроскопии // Тезисы докладов XXIII Всероссийской конференции по электронной микроскопии. -Черноголовка, 2010. - С. 173-174.

15. Н.И. Алябьева, В.А. Смирнов. Разработка методики определения параметров полупроводниковых структур методом атомно-силовой микроскопии на зондовой нанолаборатории Ntegra Vita // Тезисы докладов VI Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН. - Ростов-на-Дону, 2010. - С. 183-184.

16. O.A. Агеев, В.А. Смирнов, Н.И. Алябьева. Методика статического определения геометрических параметров массивов наноразмерных структур методом атомно-силовой микроскопии // Тезисы докладов I региональной научно-практической конференции «Развитие работ в области нанотехнологий и их метрологическое обеспечение в Южном федеральном округе». - Азов, 2009. -С. 44-45.

17. Агеев O.A., Смирнов В.А., Коломийцев А.С, Алябьева Н.И. Разработка и исследование методики контроля параметров наноразмерных структур с помощью зондовой нанолаборатории Ntegra Vita И Материалы Межрегиональной научно-технологической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа «Студенческая научная весна - 2009». - 2009. - С. 247-248.

18. В. А. Смирнов, Н.И. Алябьева, Экспериментальное исследование параметров наноразмерных структур на сверхвысоковакуумном нанотехнологическом комплексе НАНОФАБ // Сборник тезисов докладов Всероссийской молодежной школы-семинара «Нанотехнологии и Инновации» (НАНО-2009). - 2009. - С. 69-70.

19. В. А. Смирнов, Н.И. Алябьева, A.C. Пустовой, М.В. Рубашкина. Исследование и анализ параметров наноразмерных структур методом атомно-силовой микроскопии на зондовой нанолаборатории Ntegra Vita // Сборник тезисов докладов Всероссийской молодежной школы-семинара «Нанотехнологии и Инновации» (НАНО-2009). - 2009. - С. 68-69.

20. В.А. Смирнов, Н.И. Алябьева, М.В. Кужелев. Разработка методики воспроизводимого формирования наноразмерных каналов проводимости методом локального анодного окисления пластины титана // Тезисы докладов V Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН. - Ростов-на-Дону, 2009. - С. 168-169.

21. Смирнов В.А., Сюрик Ю.В., Алябьева Н.И., Исследование параметров наноразмерных структур на нанотехнологическом комплексе НАНОФАБ НТК-9 и зондовой нанолаборатории NTEGRA VITA // Сборник тезисов докладов победителей студенческих научных конференций, проходящих в рамках «Недели науки». - Ростов-на-Дону, 2008. - С. 150-154.

22. Н.И. Алябьева, М.В. Кужелев. Исследование режимов формирования структур элементов наноэлектронии методом локального анодного окисления // Сборник материалов IX Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». - Таганрог, 2008. - Т.2. - С. 9-10.

23. Агеев O.A., Смирнов В.А., Сербу Н.И. Методика измерений удельного сопротивления гомогенных полупроводниковых материалов методом атомно-силовой микроскопии // Свидетельство об об аттестации методики (метода) измерений №023-01.00281-2011. Федеральное бюджетное учреждение «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Ростовской области» (ФБУ «Ростовский ЦСМ»). - 2011. - 23 стр.

В работах, опубликованных в соавторстве, лично автору принадлежат: в [1 - 3, 7 - 19, 21, 23] - проведение экспериментальных исследований, обработка результатов экспериментов, [4, 6] - разработка математической модели и определение режимов токового взаимодействия системы «кантилевер-образец» методом ACM ОСР, [5, 20, 22] - экспериментальное исследование режимов роста окисла на поверхности проводящих материалов в условиях атмосферы методом АСМ при приложении разности потенциалов к системе «кантилевер-образец».

Тип. ЮФУ Заказ №59 тир. Экз. 100

Издательство Южного федерального университета в г. Таганроге

ГСП - 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44 Типография Южного федерального университета в г. Таганроге Таганрог, 28, ГСП 17А, Энгельса, 1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК В1Ре03 ДЛЯ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ

ИНФОРМАЦИИ

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

04201460398

На правах рукописи

Алябьева Наталья Ивановна

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор О.А. Агеев

Таганрог - 2014

-2-

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 7

ГЛАВА 1. ПЛЕНКИ ФЕРРИТА ВИСМУТА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПАМЯТИ................... 18

1.1 Приборы на основе пленок BiFe03........................................ 18

1.1.1 Структура и свойства BiFe03......................................... 18

1.1.2 Пленки BiFe03 в устройствах обработки и хранения информации.................................................................................. 23

1.2 Технологии получения пленок BiFe03................................... 31

1.3 Способы исследования пленок BiFe03................................... 35

1.3.1 Сканирующая электронная микроскопия........................... 35

1.3.2 Просвечивающая электронная микроскопия...................... 37

1.3.3 Сканирующая зондовая микроскопия.............................. 39

1.4 Режимы взаимодействия системы «кантилевер-образец» для исследования электрофизических свойств материалов методами АСМ 45

1.4.1 Моделирование системы взаимодействия «кантилевер-

образец» в динамической АСМ............................................. 45

1.4.2 Моделирование системы взаимодействия «кантилевер-

образец» в токовой статической АСМ...................................... 49

1.5 Выводы и постановка задачи................................................. 51

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ АСМ-ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ «КАНТИЛЕВЕР-ОБРАЗЕЦ» ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛЕНОК BiFe03..................... 53

2.1 Модель определения оптимальной длины зонда кантилевера для исследования нормального пьезоотклика пленок BiFe03 методом пьезо-силовой микроскопии................................................................. 53

2.2 Модель определения оптимальной силы прижима кантилевера к поверхности образца для исследования его электрических характеристик методом АСМ.................................................. 66

2.3 Выводы по главе.............................................................. 70

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК АСМ-НАНОДИАГНОСТИКИ

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛЕНОК BiFe03............................. 72

ЗЛ Комплексный анализ электрофизических параметров пленки

BiFe03 методами АСМ............................................................. 72

ЗЛЛ Исследование морфологии поверхности и СДС пленки BiFe03

методом ПСМ.......................................................................................... 72

ЗЛ.2 Разработка методики определения трехмерной ориентации

векторов поляризации СДС пленок BiFe03 методом ПСМ................... 80

ЗЛ.З Исследование закономерностей влияния геометрических параметров зонда АСМ на компоненты сил взаимодействия в

системе «кантилевер-образец» динамического режима АСМ........ 88

ЗЛ.4 Разработка модифицированного кантилевера для исследования

нормального пьезомодуля d33 СДС пленки BiFe03............................... 94

ЗЛ.5 Исследование нормального пьезомодуля d33 СДС пленки

BiFe03 методом ПСМ................................................................................ 98

3.2 Исследование СДС пленки BiFe03 методами электронной микроскопии................................................................................................... 106

3.2.1 Разработка методики отображения СДС пленки BiFe03

методом растровой электронной микроскопии............................ 106

3.2.2 Исследование СДС пленки BiFe03 методами просвечивающей электронной микроскопии..................................................... 110

3.3 Определение оптимальных режимов взаимодействия системы «кантилевер-образец» для исследования электрических параметров материалов методом АСМ ОСР................................................... 113

3.4 Выводы по главе................................................................. 121

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК BiFe03 ДЛЯ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ

ИНФОРМАЦИИ................................................................................................ 123

4.1 Разработка технологического маршрута и исследование процессов формирования наноразмерных планарных структур на основе пленки BiFe03............................................................................................................... 123

-44.1.1 Исследование электрофизических параметров наноразмерных

планарных структур на основе пленки ЕИБеОз............................. 128

4.1.2 Исследование влияния динамики ориентационных фазовых переходов СДС пленки ЕНРеОз на изменение вольт-токовых характеристик наноразмерных емкостных ячеек......................... 134

4.1.3 Исследование влияния размерных эффектов наноразмерных планарных структур на основе пленки В1Ре03............................... 138

4.2 Разработка конструкции и технологического маршрута формирования устройства обработки и хранения информации с

пленкой В1Ре03 в качестве переключающего элемента.................... 142

4.3 Выводы по главе............................................................... 148

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................ 149

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ................................. 151

ПРИЛОЖЕНИЕ А «Документ об аттестации методики измерений»...... 168

ПРИЛОЖЕНИЕ Б «Документы о внедрении и использовании

результатов диссертационной работы».................................................. 169

-5 -

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АСМ - атомно-силовая микроскопия ПСМ - пьезо-силовая микроскопия

НПСМ - нормальный пьезоотклик, детектируемый методом пьезо-силовой микроскопии

ЛПСМ - латеральный пьезоотклик, детектируемый методом пьезо-силовой микроскопии

ОСР - отображение сопротивления растекания

БК АСМ - бесконтактная атомно-силовая микроскопия

СДС - сегнетоэлектрическая доменная структура

ИЛО - импульсное лазерное осаждение

МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия

ФИП - фокусированные ионные пучки

ГФХО - химическое осаждение из газовой фазы

ГИС - газоинжекторная система

КДК - коммерчески доступный кантилевер

МК - модифицированный кантилевер

TLD - Through Lens Detector/ детектор расположенный за линзой

BSE - Backscatter Electron Imaging/ изображение обратно-рассеянными

электронами

РЭМ - растровая электронная микроскопия

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия

ВАХ - вольт-амперная характеристика

ВТХ - вольт-токовая характеристика

ПТШ - полевые транзисторы с затвором Шоттки

КМОП - комплементарная структура металл-оксид-полупроводник

FeRAM - Ferroelectric Random Access Memory/ сегнетоэлектрическое оперативное

запоминающее устройство

IT - 1 Transistor/ однотранзисторная ячейка

1С - 1 Capacitor/ одноемкостная ячейка

MRAM - Magnetoresistive Random Access Memory/ магниторезистивное оперативное запоминающее устройство

ReRAM - Resistive Random Access Memory/ резистивное оперативное запоминающее устройство

FeTRAM - Ferroelectric Field Effect Random Access Memory/

Сегнетоэлектрическое полевое оперативное запоминающее устройство

НЕМТ - High Electron Mobility Transistor/ транзистор с высокой подвижностью

электронов

ДЭГ - двумерный электронный газ

-7-ВВЕДЕНИЕ

Актуальность диссертационной работы

Развитие современной электронной техники связано с модернизацией компонентов приборов для улучшения основных приборных характеристик: быстродействия, плотности упаковки элементов, энергопотребления и т.д. В связи с этим, актуальной задачей является применение материалов, которые обладают уникальными электрофизическими свойствами, но совместимы с полупроводниковыми материалами компонентов приборов. Мультиферроик BiFe03 обладает магнитоэлектрическими свойствами при комнатной температуре, достаточно высокой температурой фазовых переходов (Тк = 1143 К, TN = 643 К) и высоким значением спонтанной поляризации (-100 мкКл/см ). Свойство BiFe03 дискретно изменять направление вектора поляризации на 180°, 109° и 71° под воздействием внешнего электрического поля и сохранять его в отсутствии поля используется в качестве физической основы работы элементов устройств обработки и хранения информации типа FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) и ReRAM (Resistive Random Access Memory). Выполняя роль основного компонента памяти, емкостная ячейка BiFe03 может быть масштабирована до нескольких десятков нанометров, сохраняя при этом необходимые приборные свойства. Перспектива формирования массивов наноразмерных планарных структур - емкостных ячеек на основе пленок BiFe03 - открывает новые возможности увеличения плотности упаковки компонент устройств обработки и хранения информации. На сегодняшний день минимальный латеральный размер емкостных ячеек на основе BiFe03 составляет порядка 100 нм, при этом ключевой задачей является разработка технологических основ создания таких ячеек.

Одним из основных способов прецизионной диагностики характеристик пленок BiFe03, а также оценки качества разрабатываемой технологии формирования наноразмерных емкостных структур являются методы атомно-силовой микроскопии (АСМ). Так, метод пьезо-силовой микроскопии (ПСМ) позволяет исследовать сегнетоэлектрическую доменную структуру (СДС) материалов за счет обратного пьезоэффекта, определять значения их

пьезомодулей, а также исследовать фазовые ориентационные переходы. Метод АСМ отображения сопротивления растекания (АСМ ОСР) в режиме спектроскопии позволяет исследовать ток реполяризации емкостных ячеек, детектируя токи вплоть до нескольких пикоампер. Несмотря на достоинства методов ПСМ и АСМ ОСР, их применение осложнено возможностью возникновения артефактов в детектируемых сигналах. Так, исследование методом ПСМ осложнено возможностью искажения нормального пьезоотклика в результате влияния механических продольных сил, действующих на зонд, и электростатических сил, действующих между острием зонда и поверхностью образца. При исследовании тока реполяризации емкостной ячейки В1Ре03 методом АСМ ОСР возможно снижение достоверности токового сигнала ячейки, зависящего от стабильности взаимодействия системы «кантилевер-образец».

Таким образом, задачи разработки технологических основ формирования наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячеек В1Ре03 и совершенствования методик нанодиагностики методами ПСМ и АСМ ОСР для исследования электрофизических свойств пленок В1Ре03 являются актуальными.

Цели и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является разработка технологических основ формирования наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячеек на основе пленок В1Ре03 методом фокусированных ионных пучков (ФИП) и методик АСМ-нанодиагностики электрофизических свойств пленок В1Ре03 для создания перспективных устройств обработки и хранения информации.

Для достижения целей диссертационной работы должны быть решены следующие задачи:

1. Обобщение и выявление основных требований к характеристикам пленок В1Ре03 для применения в устройствах обработки и хранения информации. Анализ методов прецизионного исследования сегнетоэлектрических свойств пленок В1Ре03;

-92. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей влияния геометрических параметров зонда АСМ на компоненты сил взаимодействия в системе «кантилевер-образец» в динамическом режиме АСМ;

3. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей влияния давления на зонд АСМ на достоверность отображения сопротивления растекания;

4. Разработка комплексной методики анализа трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFe03 методом ПСМ;

5. Разработка технологического маршрута формирования методом фокусированных ионных пучков планарных наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячеек на основе пленок BiFe03. Исследование методами АСМ тока реполяризации, размерных эффектов и динамики ориентационных переходов векторов поляризации СДС в наноразмерных сегнетоэлектрических емкостных ячейках на основе пленок BiFe03;

6. Разработка конструкции и технологического маршрута формирования устройства обработки и хранения информации на основе пленки BiFe03 в качестве переключающего элемента с использованием кластерного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель, устанавливающая теоретические закономерности влияния длины зонда АСМ на его отклонение по нормали в динамическом режиме АСМ с учетом емкостных, кулоновской, упругих сил и нагрузки на кантилевер и позволяющая определять оптимальные параметры зонда для исследования нормального пьезоотклика образца методом ПСМ. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями.

2. Теоретически установлены закономерности влияния силы прижима кантилевера к поверхности образца на определяемое методом АСМ ОСР удельное сопротивление полупроводникового материала с учетом изменения приконтактной площади «зонд-образец», позволяющие подбирать нагрузку на

кантилевер для определения удельного сопротивления с высокой достоверностью. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями.

3. Экспериментально установлены закономерности влияния динамики ориентационных фазовых переходов СДС пленки BiFe03 на изменение вольт-токовых характеристик наноразмерных емкостных ячеек с учетом нагрузки на кантилевер.

Практическая значимость работы:

1. Разработана методика определения нормального пьзеомодуля d33 и трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFe03. Показано, что для модифицированного кантилевера с длиной зонда 1,4 мкм детектируемый пьезомодуль пленки BiFe03 составляет й?зз=(50-70) пм/В, при этом взаимная ориентация соседних векторов поляризации составляет 71°. Для наноразмерной емкостной ячейки на основе пленки BiFe03 толщиной (50-70) нм приложение к кантилеверу коэрцитивного напряжения -8 В и нагрузки (0,5-1) мкН приводит к переключению вектора поляризации СДС пленки BiFe03 на 109° или 180°, а приложение нагрузки 2 мкН приводит к переключению вектора поляризации СДС пленки BiFe03 на 0° или 71°;

2. Разработана методика визуализации СДС пленки BiFe03 методом РЭМ с использованием TLD-BSE детектора, позволяющая при параметрах электронного пучка 5 кВ, 0,4 нА и 0° наклона образца относительно TLD отображать нормальную составляющую пьезоотклика BiFe03, а при 15° наклона образца относительно TLD - отображать латеральную составляющую пьезоотклика BiFe03;

3. Разработана и зарегистрирована в реесте Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии (№023-01.00281-2011) методика выполнения измерений удельного сопротивления полупроводниковых материалов гомогенного типа методом АСМ ОСР, на основе которой установлено, что высокая точность определения удельного сопротивления для образца КЭС-0,01 достигается при силе прижима кантилевера 1 мкН, а для КДБ-10 - при 2,5 мкН;

4. Разработан технологический маршрут формирования методом ФИП массивов наноразмерных емкостных ячеек на основе пленки BiFe03. Показано, что при параметрах ионного пучка 30 кВ, 30 пА достигается латеральный размер ячейки 90 нм, коэрцитивное напряжение ±8 В, значение пьезомодуля d33 порядка 10 пм/В. Согласно оценкам, при параметрах ионного пучка 5 кВ, 0,4 нА методика позволит формировать емкостные ячейки размером (10-20) нм;

5. Предложена конструкция элемента энергонезависимого оперативного запоминающего устройства FeTRAM типа 1Т с емкостной ячейкой на основе пленки BiFe03. Согласно оценкам, конструкция позволит снизить число транзисторов в ячейке с 6 до 1 в сравнении с КМОП ипонизить требования к значениям поляризации пленки BiFe03 в сравнении с аналогами на основе ПТШ, при этом время переключения емкостной ячейки из одного состояния в другое составит порядка 2 не.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель зависимости отклонения зонда АСМ по нормали от его длины в динамическом режиме АСМ с учетом емкостных, кулоновской, упругих сил и нагрузки на кантилевер, позволяющая определять его оптимальную длину для исследования нормального пьезоотклика методом ПСМ;

2. Методика ПСМ для определения трехмерной ориентации векторов поляризации СДС пленки BiFe03, позволяющая определять ориентацию доменов в емкостной ячейке на основе пленки BiFe03 и диагностировать направление и углы вектора переключения поляризации (180°, 109° и 71°), коррелирующие с вольт-токовым характеристиками структуры;

3. Технологический маршрут формирования методом ФИП наноразмерных емкостных ячеек на основе пленки BiFe03 с латеральным размером 90 нм.

Реализация результатов работы:

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры НТМСТ и НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ в 2009-2013 гг.: «Исследование и разработка технологических процедур для производства элементов изделий микро- и

наноэлектронной техники на основе использования сверхвысоковакуумной технологической автоматизированной платформы кластерного типа» х/д ЗАО «НТ-МДТ»; «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области микро- и нано