Зависимость структурного совершенства гетероэпитаксиальных слоев из сложных оксидов от условий осаждения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №6 (110) март-2 2016 г.

Дата публикации: 20.03.2016

Статья просмотрена: 18 раз

Библиографическое описание:

Таишев С. Р. Зависимость структурного совершенства гетероэпитаксиальных слоев из сложных оксидов от условий осаждения // Молодой ученый. — 2016. — №6. — С. 204-206. — URL https://moluch.ru/archive/110/27117/ (дата обращения: 21.10.2018).



Ключевые слова: сложные оксиды, гетероэпитаксиальные слои, сегнетоэлектрики, тонкие пленки, поляризация, датчики, горячая поляризация, пьезомодуль.

Примерами сложных оксидов являются Ba1–xSrxTiO3 PbTi0,44Zr0,56O3

К основным фундаментальным проблемам в сегнетоэлектрических пленках сложных оксидов относятся: изучение и исследование связей между структурным совершенством и физическими свойствами, изучение механизмов ориентированной кристаллизации [1].

При получении сегнетоэлектрических пленок важно получать пленки с наибольшей степенью структурного совершенства, однородной поверхностью, со стабильными параметрами во времени, хорошей адгезией. Сильное влияние на структурное совершенство оказывают следующие основные факторы: температура подложки, мощность, подводимая к распылительному узлу, скорость осаждения, скорость роста, природа взаимодействия подложка-пленка.

Управление этими факторами с целью контроля роста пленки в настоящее время мало изучено.

Важно рассмотреть влияние толщины пленки в гетероструктуре (Ba,Sr)TiO3 — MgOна элементарную ячейку. Известны два фактора определяющиекритический размер толщины пленки: энергия экранирования спонтанной поляризации и поверхностная энергия. Если любая из этих энергий тождественная или больше энергии кристаллической решетки, то сегнетоэлектричество пленки будет отсутствовать. Соответственно эти факторы и определяют размерный эффект, при этом свойства пленки меняются последовательно, а не спонтанно [2].

Различия в свойствах тонких сегнетоэлектрических пленках и объемных сегнетоэлектриках объясняются следующими факторами: размерные эффекты, характер взаимодействия подложки-пленки, то есть иной механизм фазового перехода в сегнетоэлектрических структурах и является объяснением различия между их свойствами (из-за больших механических напряжений между пленкой и подложкой)

Экспериментальные исследования в наноразмерных сегнетоэлектриках в настоящее время является актуальной задачей.

В основном это связано с сильным влиянием механических напряжений в системе пленка — подложка.

Сильное влияние подложка оказывает на рост зародышей и рост пленок на начальной кристаллизационной стадии. Низкие значения перенасыщения Δμ, когда зародыш уже можно считать образовавшимся, лежат в основе анализа влияния подложек на гетероэпитасиальные пленки, полученные вакуумными методами [3].

Полную работу зародыша можно выразить через следующую формулу:

Формула применяется с учетом того, что форма зародыша являются параллелепипедом (L и h), где изменение свободной энергии поверхности раздела пленка-подложка, αse — среда с поверхностной энергией, αfe и αsf — поверхностная энергия пленки, Ω — удельный объем фазы из расчета на одну частицу. Исходя из образуются механизмы образования зародышей при процессе эпитаксии.

Для получения пленок используется следующая конструкция распылительного устройства (рисунок 1)

Рис. 1: 1-вакуумная камера, 2- мишень, 3- подложка, 4- керамический нагреватель, 5- вакуумное уплотнение, 6- кварцевое окно, 7- щель, 8- монохроматор, 9- шаговый двигатель, 10- усилитель ЭВМ, 11 — фотоэлектропреобразователь, 12- малошумящий усилитель, 13- малошумящий усилитель, 14 — датчик перемещения

Распылительный узел располагался как с горизонтальным расположением поверхности мишени и обеспечивал стабильную работу до 2,0 Торр при мощности до 70 Вт/см2. Закрепление подложек приходилось на диске из окиси алюминия. Подложки закреплялись на диске из окиси алюминия с диаметром, равным диаметру мишени.

Процессом напыления можно управлять с помощью следующих параметров: ток разряда, температура подложки, напряжение на мишени, давление газа и скорость его подачи. Температура подложки зависит от двух составляющих: ВЧ- мощности и тока нагревателя.

Полученные пленки исследовались на дифрактометре по нескольким параметрам: фазовый состав, структура, параметры элементарной ячейки.

Окислительно-восстановительные процессы, которые связаны с образованием пленки катодными методами в атмосфере кислорода, определяются направлением реакции [4].

N⋅ABO3 N↔⋅ABO3–x + N1⋅O2 + N2⋅O +N3⋅O+ +N4⋅O–,

где Nx = 2⋅N1 + N2 + N3 + N4. Газовая фаза в этом случае содержит не только молекулярный, но и атомарный, а также ионизированный кислород. Поэтому следует ожидать, что равновесное давление в системе оксид — плазма будет ниже, чем в системе оксид — газ. Электрически изолированная подложка, помещенная в отрицательное свечение ВЧ-разряда, имеет отрицательный потенциал относительно плазмы разряда. В таких условиях конденсат в процессе роста бомбардируется положительными ионами и электронами пучка, способными преодолеть потенциальный барьер. Такая бомбардировка должна оказывать влияние на процессы синтеза и кристаллизации, поскольку она эквивалентна увеличению поверхностной подвижности адатомов, а также на направление окислительно-восстановительной реакции. С другой стороны, кислород поступает на подложку не только в атомном и молекулярном состоянии, но в связанном виде в составе макрочастиц.

Поэтому следует ожидать, что давление кислорода в камере, подводимая мощность и температура подложки, как функционально зависимые параметры, должны существенно влиять на степень окисления сложного оксида.

На рисунке 2 показана зависимость пропускания гетероэпитаксиальной пленки (толщина 2 мкм) от длины волны, интервал длин волн от 300 до 600 нанометров (характеристика спектра). Осаждение пленки происходило при различных давлениях кислорода от 0,25 до 0,75 Торр

Рис. 2. Пропускательная способность Ba0,85Sr0,15TiO3

При давлении кислорода больше 0,2 Торр происходит стабилизация коэффициента стабилизации на уровне 90 %, соответственно при давлении более чем 0,4 Торр окислительный процесс преобладает над восстановительным процессом.

Отсюда можно сделать вывод о том, чтобы окислительный процесс преобладал над восстановительным процессом при условии, что синтез и кристаллизация происходят в процессе ионно-плазменно осаждения пленок нужно повышать в 2–3 раза давление кислорода по сравнению с обычной методологией.

Литература:

1. Мухортов В. М.; Юзюк Ю. И. Гетероструктуры на основе наноразмерных сегнетоэлектрических пленок: получение, свойство и применение. 2008

2. Landau, L; Lifshits, E. On the theory of the dispersion of magnetic permeability in ferromagnetic bodies. Phys. Zeitsch. Der Sow. 1935, 8, 153–169.

3. Перцев, Н.А.; Зембильготов, А. Г. Равновесные фазовые переходы в эпитаксиальные сегнетоэлектрических тонких пленках. Сегнетоэлектрики. 1999, 223, 79–90.

4. Shapere, A.; Wilczek, F. Geometric Phases in Psysics; World Scientific: Singapore, 1989, 170–216.

Основные термины (генерируются автоматически): сильное влияние, структурное совершенство, давление кислорода, пленка, оксид, окись алюминия, элементарная ячейка, распылительный узел, поверхностная энергия, окислительный процесс, малошумящий усилитель, восстановительный процесс, параметр.


Ключевые слова

датчики, сегнетоэлектрики, тонкие пленки, поляризация, горячая поляризация, пьезомодуль., сложные оксиды, гетероэпитаксиальные слои

Похожие статьи

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

В оксиде SiO2 в результате десорбции кислорода на чистой поверхности образуются небольшие скопления

Поверхностная стехиометрия окиси кремния соответствует SiOx с х < 2.

Джафаров Т. Д. Фотостимулированные атомные процессы в полупроводниках.

Получение питьевой воды с отрицательным...

Одним из наиболее значимых факторов регулирования параметров является окислительно-восстановительная реакция, которая протекает в любой жидкой среде.ОВП

Во время данного процесса происходит выделение водорода и кислорода [1].

Исследование электрофизических свойств структур...

Весь процесс можно разделить на четыре основных этапа: 1) Ввод в камеру паров

от концентрации локализованных состояний (N) в зоне проводимости оксида алюминия

ячейки на основе мдм структур с использованием диэлектрической пленки hfxal1-xoyс переменным...

Импульсно-лазерная очистка поверхности кремния и арсенид галлия

После пятнадцати лазерных импульсов происходит дальнейшее улучшение чистоты поверхности и совершенства кристаллической структуры поверхностного слоя. Количество находящегося на поверхности кислорода и углерода не превышает 0,001 от монослоя.

Формирование мембран на основе пористого оксида алюминия...

Нанопористые материалы, такие как пористый кремний, оксид алюминия и другие оксиды

Разработанный авторами [21] технологический процесс изготовления мембран на основе

14. Головань Л. А. Влияние структурных характеристик пористых полупроводников на их...

Переработка диоксида углерода с использованием...

Рис. 1. Процесс растительного фотосинтеза. Процесс переработки углекислого газа под действием солнечного света в присутствии

где p — концентрация катионов водорода (примем её как в воде равной 1∙10–7 моль), E0 — стандартный окислительно-восстановительный...

Модификация электрических и оптических свойств тонких слоев...

Андреев В.Н., Капралова В.М., Климов В.А. Влияние гидрирования на фазовый переход металл – полупроводник в

Формирование пористых слоев на основе оксида алюминия для целей микробиологии.

Изучение процесса локального зондового окисления тонких пленок титана.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

В последние десятилетия фотокаталитические процессы вызывают большой интерес, благодаря

Эффект влияния концентрации оксида магния на

Гидротермальный способ формирования кристаллической фазы в тонких пленках сульфида цинка.

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для...

Процесс рекомбинации происходит с участием колебаний кристаллической решетки (фононов).

Электрические свойства пленок ZnO, легированных алюминием.

— P. 3401. Новодворский О. А. Оптические и структурные характеристики пленок оксида цинка...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Десорбция поверхностных примесных атомов в Si...

В оксиде SiO2 в результате десорбции кислорода на чистой поверхности образуются небольшие скопления

Поверхностная стехиометрия окиси кремния соответствует SiOx с х < 2.

Джафаров Т. Д. Фотостимулированные атомные процессы в полупроводниках.

Получение питьевой воды с отрицательным...

Одним из наиболее значимых факторов регулирования параметров является окислительно-восстановительная реакция, которая протекает в любой жидкой среде.ОВП

Во время данного процесса происходит выделение водорода и кислорода [1].

Исследование электрофизических свойств структур...

Весь процесс можно разделить на четыре основных этапа: 1) Ввод в камеру паров

от концентрации локализованных состояний (N) в зоне проводимости оксида алюминия

ячейки на основе мдм структур с использованием диэлектрической пленки hfxal1-xoyс переменным...

Импульсно-лазерная очистка поверхности кремния и арсенид галлия

После пятнадцати лазерных импульсов происходит дальнейшее улучшение чистоты поверхности и совершенства кристаллической структуры поверхностного слоя. Количество находящегося на поверхности кислорода и углерода не превышает 0,001 от монослоя.

Формирование мембран на основе пористого оксида алюминия...

Нанопористые материалы, такие как пористый кремний, оксид алюминия и другие оксиды

Разработанный авторами [21] технологический процесс изготовления мембран на основе

14. Головань Л. А. Влияние структурных характеристик пористых полупроводников на их...

Переработка диоксида углерода с использованием...

Рис. 1. Процесс растительного фотосинтеза. Процесс переработки углекислого газа под действием солнечного света в присутствии

где p — концентрация катионов водорода (примем её как в воде равной 1∙10–7 моль), E0 — стандартный окислительно-восстановительный...

Модификация электрических и оптических свойств тонких слоев...

Андреев В.Н., Капралова В.М., Климов В.А. Влияние гидрирования на фазовый переход металл – полупроводник в

Формирование пористых слоев на основе оксида алюминия для целей микробиологии.

Изучение процесса локального зондового окисления тонких пленок титана.

Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка...

В последние десятилетия фотокаталитические процессы вызывают большой интерес, благодаря

Эффект влияния концентрации оксида магния на

Гидротермальный способ формирования кристаллической фазы в тонких пленках сульфида цинка.

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для...

Процесс рекомбинации происходит с участием колебаний кристаллической решетки (фононов).

Электрические свойства пленок ZnO, легированных алюминием.

— P. 3401. Новодворский О. А. Оптические и структурные характеристики пленок оксида цинка...

Задать вопрос