Сверхпроводниковые и сегнетоэлектрические перовскитные пленочные структуры в СВЧ микроэлектронике

• Автор: Карманенко, Сергей Федорович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 345 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ ПЛЕНОК СО СТРУКТУРОЙ ПЕРОВСКИТА
ЕЕ Основные тенденции развития СВЧ микроэлектронных устройств
на основе металлоксидных пленочных структур
1.2. Структура и электрофизические свойства перовскитных соединений,
применяемых СВЧ микроэлектронике
1.3. Технологические процессы выращивания перовскитных пленок
1.4. Стадии формирования, кинетика роста пленок и дефектообразование
1.5. Физические характеристики перовскитных пленок, определяющие
их применение в радиоэлектронных приборах
Выводы
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ПРОЦЕССЫ
2.1. Основные требования к пленочным структурам и технологические факторы
2.2. Схема технологического процесса изготовления электронного компонента
2.3. Диагностика структуры и состава перовскитных пленок
2.4. Подложки и исходные материалы
Выводы
3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РОСТА ПЕРОВСКИТНЫХ ПЛЕНОК
3.1. Физическая модель и стадии процесса получения
пленок методом ИПР
3.2. Исследование процесса переноса распыленных частиц
3.3. Экспериментальные зависимости скорости роста пленок ВБТО

3.4. Влияние технологических режимов на кристаллографическую
ориентацию пленок YBCO
3.5. Кинетическое моделирование процесса роста пленок YBCO
Выводы
4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПЕРОВСКИТНЫХ ФАЗ В СИСТЕМАХ Ba-Sr-Ti-О и Y-Ba-Cu
4.1 Об аналитической модели процесса формирования
перовскитных пленок
4.2. Фазовые диаграммы в химической системе Y-Ba-Cu
4.3. Термодинамический анализ в химических системах
Y-Ba-Cu-О и Ba-Sr-Ti
4.4. Область гомогенности и катионное дефектообразование
в системе Y-Ba-Cu
Выводы
5. СТАДИИ РОСТА, ИНТЕРФЕЙС И ПРОТЯЖЕННЫЕ ДЕФЕКТЫ ПЕРОВСКИТНЫХ ПЛЕНОК
5.1. Формирование интерфейса пленка В STО/подложка
5.2. Начальные стадии зарождения и роста пленок YBCO на
различных подложках
5.3. Исследование тонких пленок YBCO с толщиной до 1 мкм
5.4. Особенности точечных и протяженных микродефектов
в пленках YBCO
Выводы
6. ДЕФЕКТНАЯ СТРУКТУРА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК
YBCO И СВЧ ПОВЕРХНОСТНОЕ СОПРОТИВJ1ЕНИЕ
6.1. Исследования высокоориентированных и двухслойных пленок
YBCO в ВЧ-СВЧ диапазоне
6.2. СВЧ поверхностное сопротивление эпитаксиальных YBCO сверхпроводниковых пленок
Выводы
7. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ BSTO ПЛЕНОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
7Л. Структура сегнетоэлектрических пленок BSTO на
различных подложках
7.2. Компонентный состав, деформационные напряжения и диэлектрические характеристики пленок BSTO
7.3. Влияние примесей марганца на свойства пленок BSTO
7.4. Диэлектрические характеристики пленок BSTO в СВЧ диапазоне
и пример реализации СВЧ микроэлектронного устройства
Выводы
8. ФИЗИКО-ТЕХНОЛГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ОСНОВЕ ПЕРОВСКИТНЫХ СТРУКТУР
8.1. Микропрофилирование перовскитных структур и процесс изготовления на их основе радиоэлектронных компонентов
8.2. Визуализация дефектной структуры сверхпроводниковых топологий посредством магнитооптического контраста
8.3. Шумы ВТСП пленок и микроболометр антенного типа
8.4. Исследование процесса распространения магнитостатических
волн вдоль интерфейса феррит/сверхпроводник
8.5. Перспективные радиоэлектронные применения слоистых
структур на основе перовскитных и ферритовых пленок
Выводы по главе
Публикации по теме диссертации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

За недолгий период развития материаловедения оксидных ВТСП возникали сенсации, связанные с новыми рекордными рубежами критической температуры. Например, одной из “сенсаций” явилась публикация французских исследователей в журнале “Science” [78], о наблюдении сверхпроводящего перехода при 250 К. Были получены сверхтонкие пленки системы Bi-Sr-Ca-Cu-О путем послойного нанесения до толщины -30 нм и зафиксирована рекордная Тс , но при токе 10'8 ...10"9 А. Небольшое возрастание измерительного тока приводило к сильной деградации сверхпроводящих свойств. О подобных достижениях в области 240-260 К сообщалось и ранее, например на системе La-Sr-Nb-0 [79].
Общепризнанной рекордной температурой сверхпроводящего перехода обладают соединения со структурой 1223, содержащие ртуть. Например, пленочные образцы Hgo.8Tlo.2Ba2Ca2Cu3O8.1-x,, обладающие тетрагональной структурой, проявляют резистивный переход в области 140 К [80]. Самым изученным ВТСП купратом является УВа2Сиз07.5 (YBCO). Данное соединение имеет орто-ромбичекую элементарную ячейку с параметрами а = 0,3824 нм, Ъ = 3.894 нм, с = 11.683 нм и подробно описано в литературе (например, [73,81]). Схематическое изображение решетки YBCO представлено на рис. 1.4, где показаны структурные элементы аналогичные с решеткой соединения 2212 и с А2В4Оэ. Общим элементов в представленных перовскитных структурах является наличие метал-кислородных тетраэдров. В основной решетке А2В403 титан-кислородные тетраэдры имеют общее основание и образуют октаэдр (Ti+4 - 0"2з)'2. В решетке YBCO основания (плоскости Си02) медь- кислородных тетраэдров (Cu+2(+3) - О' 22,25)~2 разделены слоем иттрия. На элементарную ячейку приходится два тетраэдра аналогично решеткам перовскита и TlCa2Ba2Cu3Oz. В Таблице 1.1 приведены основные характеристикам сверхпроводящего состояния в некоторых материалах, и применены следующие обозначения: т*/те - отношение эффективной массы носителя заряда к массе электрона; EF и kF, VF -энергия, волновой вектор, и скорость носителей на уровне Ферми, соответственно; А - ширина энергетической щели; 2А 1кТс - параметр БКШ (модели Бардина-Купера-Шриффера);