Процессы формирования пьезокерамических микроструктур на поверхности монокристаллического кремния

• Автор: Дайнеко, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Пьезокерамические структуры с микроэлектронными устройствами

1.1. Общая характеристика пьезоэлектрических элементов

1.2. Аналитические исследования в области материаловедения пленочных структур сегнето - и пьезоэлектриков
1.3. Ионно-плазменное напыление сегнетоэлектрических пленок, общая характеристика магнетронного метода нанесения покрытий

1.4. Постановка задачи исследований

Глава 2. Математическое моделирование

2.1. Сопоставление результатов эксперимента с результатами расчетов и математического моделирования

2.2. Конечно-Элементный Анализ

2.3. Результаты

Глава 3. Методы и условия формирования сегнетоэлектрических пленок для сверхминиатюрных элементов
3.1. Основные параметры материала мишени ЦТС
3.2. Эффект молекулярного (кластерного) массопереноса в технологическом процессе получения тестовых пленочных структур сегнето- и Пьезоэлектриков
3.3. Режимы формирования сегнетоэлектрических пленок
3.4. Сверхтонкие сегнетоэлектрические пленки твердых растворов цирконата
титаната свинца
Глава 4. Исследования гетеро структур тонких пленок
4.1. Методики измерений
4.1.1. Методика определения профиля распределения элементов в плёнках с использованием Оже-спектроскопии
4.1.2. Методы рентгеновского анализа
4.1.3. Методика измерений диэлектрического гистерезиса

4.1.4. Атомно-силовая микроскопия
4.1.5. Электронная микроскопия
4.2. Исследование лабораторных образцов тонких сегнетоэлектрических пленок твердых растворов ЦТС и наногетерогенных структур металл -сегнетоэлектрик - металл
4.2.1. Результаты рентгеноструктурных (рентгенофазовых) исследования сегнетоэлектрических пленок ЦТС
4.2.2. Определение состава сегнетоэлектрических пленок ЦТС
4.2.3. Исследование профиля распределения элементов в сверхтонких сегнетоэлектрических пленках ЦТС
4.2.4. Исследование поверхностей сверхтонких сегнетоэлектрических пленок ЦТС
4.2.5. Исследование петель гистерезиса пленок ЦТС
Глава 5. Формирование микроструктур на основе пленок ЦТС
5.1. Технология получения пьезоэлектрических тонких пленок
5.2. Изготовление тонкопленочных пьезокерамических элементов
Заключение и выводы
Список литературы
Приложение 1 Разработка моделей микроэлектромеханического реле на основе пьезоэлектрических пленок с помощью метода конечных элементов (МКЭ) для
программного комплекса А№У8
Приложение 2 Документы, подтверждающие внедрение результатов работы

Введение
Актуальность работы.
Разработку новых материалов и технологий их получения и обработки в настоящее время общепризнанно относят к так называемым «ключевым» или «критическим» аспектам основы экономической мощи и обороноспособности государства. Одним из приоритетных направлений развития современного физического материаловедения являются наноматериалы и нанотехнологии.
В последнее десятилетие в электронике к активно изучаемым и разрабатываемым функциональным слоям добавились сегнетоэлектрические. Сегнетоэлектрики - это вещества, кристаллическая структура которых допускает существование в некотором диапазоне температур и давлений спонтанной электрической поляризации (отличного от нуля результирующего дипольного момента единицы объема образца), модуль и пространственная ориентация которой могут быть изменены под действием внешнего электрического поля. Помимо электрически переключаемой спонтанной поляризации, сегнетоэлектрики обладают целым спектром полезных для приложений физических свойств, среди которых особенно выделяются высокая, резко анизотропная и зависящая от внешнего электрического поля диэлектрическая проницаемость, прямой и обратный пьезоэлектрический, а также пироэлектрический эффекты.
Эти свойства сегнетоэлектрических пленок находят применение при создании устройств энергонезависимой памяти, динамической памяти с произвольной выборкой, конденсаторов, микроактюаторов и микрореле, приемников инфракрасного излучения, оптических процессоров, волноводов и линий задержки, приборов на поверхностных акустических волнах, разнообразных акустооптических устройств, изменяющих заданным образом спектральный состав, амплитуду и направление распространения светового сигнала.

керамики детально исследованы, развиты способы получения материалов и изделий, годящиеся для изготовления мишеней.
Материалами для электродов, оказывающих большое влияние на свойства сегнетоэлектрических пленок, были определены химически наиболее инертная платина и иридий как материал, имеющий более высокую температуру плавления и более инертный при нагревании, что позволяет увеличить температуру отжига.
Методы получения сегнетоэлектрических пленок непрерывно развиваются и совершенствуются. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Наиболее перспективные направления: ионно-плазменное
(магнетронное и диодное) распыление, импульсное лазерное испарение, химическое осаждение из газовой фазы металлоорганических соединений и золь-гель процесс. Выбор технологического процесса ионно-плазменного напыления для получения сегнетоэлектрические пленки на основе РЬ(7г,Т1)Оз обусловлен его распространенностью в микроэлектронике, опытом использования и наличием соответствующей аппаратуры.
Таким образом, исследование физико-технологических процессов формирования сегнетокерамических микроструктур на поверхности монокристаллического кремния является актуальной научной задачей. Для решения поставленной задачи необходимо:
1. провести выбор и обоснование технологии напыления плёнок ЦТС на кремниевую подложку;
2. осуществить разработку материалов и технологии изготовления мишеней для напыления пленок ЦТС;
3. исследовать протекание процесса ионно-плазменного осаждения пленок сложных оксидов в зависимости от состава мишени, включая анализ процессов на поверхности мишени, транспорта распыленных частиц от мишени к подложке, процессов на растущей поверхности, состояния внутренних поверхностей напылительной камеры;