Нелинейно-оптическая диагностика сегнетоэлектрических и мультиферроидных планарных структур и фотонных кристаллов

• Автор: Ильин, Никита Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Елава 1. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ И МУЛЬТИФЕРРОИКИ: ИЗЕОТОВЛЕНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ, ПРИМЕНЕНИЕ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
ЕЕ Свойства сегнетоэлектриков: вводные замечания
Е2. Свойства наноразмерных сегнетоэлектриков, «предел сегнетоэлектричества»
ЕЗ. Переключение поляризации в тонких пленках сегнетоэлектриков.
Е4. Применение сегнетоэлектрических и мультиферроидных тонких пленок в устройствах микро- и наноэлектроники
ГЛАВА 2. НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ТОНКИХ
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МУЛЬТИФЕРРОИДНЫХ ПЛЕНКАХ
2.Е Феноменологическое описание нелинейно-оптического отклика сред
2.2. Изготовление образцов
2.3. Экспериментальная установка и методика измерений
2.4. Процессы переключения диэлектрической поляризации в тонких пленках BST
2.5. Экспериментальное исследование переключения диэлектрической поляризации в тонких пленках NBFO
2.6. Переключение поляризации в тонких пленках NBFO. Толщинные зависимости.
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В
МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУРАХ
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИК/МУЛЬТИФЕРРОИК
3.1. Исследование интегрального нелинейно-оптического отклика структур при приложении переменного электрического поля.
3.2. Локальные исследования динамики переключения
поляризации в мультислойных структурах BST/BFO методом нелинейно-оптической микроскопии
Глава 4. НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В
ФОТОННОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ ТОНКИХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МУЛЬТИФЕРРОИДНЫХ ПЛЕНОК
4.1. Моделирование оптических свойств фотонных кристаллов.
4.2. Экспериментальные исследования параметров переключения поляризации в фотоннокристаллических структурах на основе сегнетоэлектрических тонких пленок BST
4.3. Примеры реализаций нелинейного электрооптического модулятора и переключат
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена разработке методик нелинейнооптической диагностики сегнетоэлектрических и мультиферроидных тонких пленок и фотонных кристаллов на их основе при приложении внешнего электрического поля в планарной геометрии.
Общая характеристика работы.
Растущие потребности современной микроэлектроники ужесточают требования к качеству материалов, поскольку требуют увеличения плотности элементов (до Тбит/см2) и устройств, а также уменьшения поперечного размера активных элементов (для уменьшения рабочих напряжений и, соответственно, энергосбережения). Повышение качества материалов и уменьшение размеров отдельных элементов требует создания новых методов контроля их характеристик, так как традиционные методики имеют целый ряд ограничений.
Актуальность.
В большинстве сегнетоэлектрических устройств используется переключение поляризации в направлении, перпендикулярном плоскости пленки, что позволяет при малых толщинах пленок управлять поляризацией весьма малыми напряжениями (единицами вольт). В то же время для оптических и многих СВЧ приложений более удобной является планарная геометрия, поскольку она обеспечивает более эффективное взаимодействие электромагнитной волны и сегнетоэлектрической поляризации, обеспечивая при этом широкие возможности для интегрирования элементов.
В настоящее время при разработке на основе сегнетоэлектрических пленок функциональных устройств микроэлектроники таких как электронно-перестраиваемые СВЧ компоненты в интегральном исполнении (фазовращатели, фильтры, резонаторы, фазированные антенные решетки), микрополосковые модуляторы для оптических систем связи, микроэлектромеханические системы (акселерометры, микропомпы, датчики давления, резонаторы) планарная топология электродов становится основой конструктивной базы таких устройств. Поэтому изучение особенностей проявления сегнетоэлектрического состояния при такой топологии электродов становится актуальной задачей. Сложность определения свойств материала пленки связана, прежде всего, с неоднородностью

р = -Р,Р, + -А.Р,)2 + + Г}Р,2 + (2.8)
І є0 4 £0 - £0
где А = а(т -Т0),В, и В2 - коэффициенты разложения Ландау.
Если сегнетоэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, в выражении для свободной энергии добавляется слагаемое:
Р£ = Р - Р Р (2.9)
а уравнение Ландау-Халатникова для Р будет иметь вид:
ОР, = + Е1 = /і(р)+ Е,, (2.10)
дц др_ і ) (
где р(р) является поляризационной функцией, а оператор <5 принимает значения:

0 = у— - для систем с релаксационной динамикой (2.11)
£Г с!
О-пг—— + у— - для систем с осцилляторной динамикой. (2.12)
с1г Л
2.1.2.1. Пароэлектрическая фаза
В параэлектрической (ПЭ) фазе равновесное значение поляризации Р = 0. Нелинейно-оптические параметры представляют собой коэффициенты ряда Тейлора:
Р, =Ру +/>'» +Р0> =ЧХ$>Е1 + *оХ$Е,Е1Е„(2.13)
где Р-п> - поляризация и-го порядка, индуцированная полем РДО с комплексной амплитудой Е{)1:
Е; (*) = [р0/ ехр(-ш/) + Р0*; ехрф'суг1)] (2-14)
Расчет нелинейно-оптических параметров начинается с разложения в ряд Тейлора поляризационной функции /Д-Р) с линейным членом, полученным с учетом равновесных условий из уравнения (2.10), /) (0) = 9/-/9/-) = 0:
/ДР) = /,(())// +1(0)Р/.Р, +1(0)?,; (2.15)