Процессы формирования пьезокерамических микроструктур на поверхности монокристаллического кремния

Дайнеко, Андрей Владимирович

Процессы формирования пьезокерамических микроструктур на поверхности монокристаллического кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Дайнеко, Андрей Владимирович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Тверь МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Процессы формирования пьезокерамических микроструктур на поверхности монокристаллического кремния»

Автореферат диссертации на тему "Процессы формирования пьезокерамических микроструктур на поверхности монокристаллического кремния"

На правах рукописи"

005003666

ДАЙНЕКО Андрей Владимирович

ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МИКРОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

2 4 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТВЕРЬ 2011 г

005003666

Работа выполнена на кафедре прикладной физики Тверского государственного университета и в ОАО «НИИ "Элпа"»

Научный руководитель доктор технических наук,

доцент Каплунов Иван Александрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Мордкович Виктор Наумович

доктор физико-математических наук, профессор Самсонов Владимир Михайлович

Ведущая организация ОАО «Научно-исследовательский институт

молекулярной электроники (НИИМЭ)» и завод «Микрон»

Защита состоится »«^/^^¿р^ 2011 г. в & час, на заседании диссертационного совета Д 212.263.09 при Тверском государственном университете по адресу: 170002, г. Тверь, Садовый пер., 35, ауд. 226.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Тверского государственного университета

Автореферат разослан _2011 г.

Ученый секретарь С

диссертационного совета \J\aS—--М.Б. Ляхова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 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 сегнетоэлектри-ческие. 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.

Современные технологии микрообработки позволяют изготовлять интегральные пьезокерамические преобразователи, имеющие малые габариты и низкую цену. В настоящее время пьезокерамические преобразователи в составе интегральных микросхем (ИМС) изготавливаются трех типов: пленочные, объемные и поверхностные.

Можно выделить пять основных направлений получения плёнок сегнетоэлектрических материалов: магнетронное напыление, лазерное распыление, химическое осаждение из газовой фазы с использованием металлоорганических соединений (МОСУЭ), шелкография и золь-гель метод.

Золь-гель метод дает точное управление структурой вещества и низкую температуру подложки, однако очень чувствителен к составу

раствора и процесс обладает низкой повторяемостью, при этом имеет относительно низкую цену производства.

Наиболее подходящим процессом для производства сегнетоэлек-трических пленок является магнетронное осаждение, обладающее рядом преимуществ и хорошо отлажено технологически. Применение этого процесса позволит встроить формирование сегнетокерамических структур в стандартный технологический процесс изготовления различных микросхем.

Таким образом, исследование процессов формирования сегнетокерамических микроструктур с заданными свойствами на поверхности монокристаллического кремния методом магнетронного осаждения является актуальной научной задачей. Цель работы:

- разработка математических моделей электроупругих структур на основе трехмерной краевой задачи, решаемой методом конечных элементов, и оценка физических характеристик необходимых при их применении в специализированных системах автоматизации производства (САПР) для микроэлектромеханических структур (МЭМС);

- исследование влияния состава мишени на формирование сегнетоэлектрических осаждаемых пленок;

- разработка физических и технологических основ процесса формирования сегнетокерамических пленок PZT на поверхности кремниевых пластин для МЭМС, интегрированных в технологию кремниевых приборов.

В соответствии с целью были поставлены следующие основные задачи:

- разработка модели электроупругих гетерогенных структур изделий произвольной формы;

- исследование 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;

- выбор, обоснование и разработка материалов и технологии изготовления мишеней для напыления ЦТС;

- определение основных параметров режимов получения гетерострук-тур пленок типа РгтЯЧ/Т^Ог/Бц

- получение и исследование гетероструктур пленок типа РгТ/РйТ^СУЗй выбор и обоснование технологии напыления плёнок ЦТС на кремниевую подложку;

- разработка основ технологического процесса получения изделий МЭМС с использованием пленок типа PZT/Pt/Ti/Si02/Si на примере микрореле.

Научная новизна:

- проведен теоретический анализ и экспериментальные исследования режимов ионно-плазменного осаждения пленок сложных оксидов цирконата-титаната свинца;

- определены физические закономерности процессов на поверхности мишени, транспорта распыленных частиц и их связь с процессом формирования пленок;

- разработана модель электроупругих гетерогенных структур изделий произвольной формы, экспериментально подтвержденная на изделиях МЭМС в виде «микрореле»;

- разработан состав и технология изготовления мишеней для напыления пленок цирконата-титаната свинца с математическим обоснованием условий достижения однородности по составу.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в выработке и реализации технических решений:

- разработка материала и новой технологии изготовления однородных по составу мишеней для распыления пленок цирконата-титаната свинца;

- разработка основ технологии напыления пленок цирконата-титаната свинца и формирования гетерогенных структур на их основе на подложке из монокристаллического кремния;

Положения выносимые на защиту:

1. Модель электроупругих гетерогенных структур изделий произвольной формы, экспериментально подтвержденная на изделиях МЭМС в виде «микрореле».

2. Результаты исследования физических процессов и разработанная на их основе технология изготовления пленок типа PZT/Pt/Ti/Si02/Si для получения изделий МЭМС.

3. Состав мишеней и оптимальные режимы напыления однородных сегнетоэлектрических пленок на основе цирконата-титаната свинца.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на российских и международных конференциях и симпозиумах: 16 конференция РЭМ-2009 (Черноголовка, Россия. 2009); The XXII International Conference on relaxation phenomena in solids. (Воронеж,

Россия. 2010); 19 Национальная конференция по физике сегнетоэлектриков BKC-XIX (Москва, Россия. 2011); Международный междисциплинарный симпозиум «Физика межфазных границ и фазовые переходы» (МФГФП1) (Ростов-на-Дону - пос. JIoo, Россия. 2011). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, включая две статьи в журналах списка ВАК. Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при выполнении опытно-конструкторских работ:

ОКР «Разработка базовых технологий изготовления пьезокерамиче-ских пленок и монолитных многослойных пьезокерамических элементов, совместимых с интегральной технологией микроэлектроники», 2007 -2008 гг.

НИОКР «Разработка и внедрение промышленной технологии сегнето-электрических пленок для микро- и наносистемной техники и изделий на их основе», 2007 - 2009 гг.

ОКР «Разработка базовой технологии изготовления и конструкции радиочастотных микропереключателей, микрореле на тонких пьезоэлектрических пленках», 2008 - 2009 гг.

НИР «Создание многослойных композиционных керамических гетероструктур на основе магнито и пьезоактивных материалов для высокоэффективных магнитоэлектрических преобразователей», 2009 -2011гг.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 142 страницы основного текста, 55 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 123 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, определена цель исследований, поставлены задачи работы. Показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации работы, публикациях, по теме диссертации, личном вкладе автора, структуре и объеме работы. Первая глава является обзорной и состоит из двух частей.

В первой части главы рассмотрены основы пьезотехники, электромеханические преобразования в пьезокерамических элементах и области применения изделий из пьезокерамики. Проанализирована технология изготовления пьезокерамических элементов. Показано, что разработка математических моделей электроупругих структур и применение в САПР сегнетокерамических элементов МЭМС может существенно сократить временные, и материальные издержки при разработке новых устройств на основе пленок сегнетокерамики. Обосновывается выбор метода конечных элементов и программного пакета ANSYS, для расчетов электромеханических преобразований и оптимизации конструкций сенсорного элемента.

Во второй части главы проведен анализ существующих методов и средств для разработки процесса изготовления сегнетоэлектрических структур структур Me/PZT/TiOx/Pt/TiO/Ti/ S¡02/Si.

Сформулирована постановка задач исследования, проведено обоснование выбора ионно-плазменного (магнетронного и диодного) распыления для достижения поставленной цели, выбора материала подложки и состава пьзоэлектрических пленок.

Вторая глава посвящена разработке конкретных моделей электроупругих структур и элементов САПР для пьезокерамических биморфных элементов. Метод Конечного Элемента (Finite Element Method) использовался для определения характеристик структурного поведения балки из материала ЦТС.. Тонкопленочные балки были сформированы с использованием простой техники микрообработки поверхностей поликристаллического кремния и ЦТС.

Рассмотрены экспериментальные тесты для определения точек резонанса и частотного диапазона для определения параметров моделирования и построения модели.

С применением программного обеспечения "ANSYS 5.3 Finite Element" были проведены два типа анализов: модульный и гармонический. Модульный анализ позволил определить характеристики вибрации, такие как собственные частоты и формы колебаний кантиливерных балок. Собственные частоты и форма колебаний являются важными параметрами для дизайна структуры динамически загружаемых условий. Второй составляющей был анализ гармонических колебаний, который позволил спрогнозировать длительные динамические характеристики структуры: во-первых, проверить как дизайн успешно преодолел резонанс, утомление (fatigue) и другие вредные эффекты вынужденной вибрации. Кратковременные эффекты предполагались незначительными в гармоническом анализе.

Приведены результаты сравнения расчетных и измеренных параметров. Показано, что первые три резонансных отклика балки случились при 3,3; 24 и 64 кГц, а наибольшая резонансная частота равна 1,42 МГц.

Сравнение результатов, полученных в АРМ и эксперименте с помощью импедансного анализатора, показало, что оба метода имеют одни и те же резонансные частоты с 1,27% отклонением.

По результатам математического моделирования в работе определены основные характеристики разрабатываемых устройств.

В частности, для устройств типа микрореле определены зависимости прогиба от напряжения, резонансных частот от длины, времени срабатывания от величины зазора

Модульные и гармонические анализы были проведены для интервала частот, которые устройства будут испытывать при реальном применении.

Третья глава посвящена экспериментальному изучению процессов изготовления мишеней и гетерогенных структур Ме/Р2Т/ТЮх/Р1/ТЮх/Т1/ 8102/81. Подробно описаны технологические процессы получения пленок. Проведен выбор, обоснование и разработка материалов и технологии изготовления мишеней для распыления.

Проведено обоснование выбора состава мишени. Состав первой мишени был выбран на основе анализа зарубежных данных с учетом летучести компонентов РЬо.958го.о5(2го.47Т1о.5з)Оз+1 вес.% ЫЬ205, мишень изготавливалась по стандартной керамической технологии. Показано, что состав последующих мишеней должен разрабатываться специально и корректироваться по результатам анализа получаемых пленок.

Мишени изготавливались в виде дисков диаметром 75 мм и толщиной 4-5 мм из спеченной керамики. Одна плоскость диска металлизировалась воженным серебром толщиной 5-9 мкм. Это способствовало креплению мишени к охлаждающей площадке установки напыления.

Для обеспечения однородности мишеней операции проводились с применением бисерных смесителей - измельчителей (аттриторов). Суммарная удельная поверхность порошков после операции имела значения порядка 10000 - 11000 см2/г, что соответствует среднему размеру частиц порошка пьезокерамики ~ 0,75 мкм и обеспечила размер зерен пьезоке-рамики в мишенях на уровне 2±1 мкм.

Проведён анализ процесса ионно-плазменного осаждения пленок сложных оксидов, включая анализ процессов на поверхности мишени, транспорта распыленных частиц от мишени к подложке, процессов на растущей поверхности, состояния внутренних поверхностей напыли-тельной камеры.

При магнетронном напылении расстояние мишень - подложка составляло 37 мм. На магнетрон надевался цилиндрический экран для

снижения запыления камеры. Режим напыления: \У = 200 Вт, х = 150 мин., РАг/Р02 = 2.5 10"3/5 10"4 мбар. Подложка - не окисленный кремний 0100 мм - прикреплялась к заземленной заслонке.

Вскоре после начала напыления наблюдалось появление матового пятна в центральной части подложки. По окончании процесса наблюдается смещенное от центра шероховатое пятно (рис. 1 слева). В оптическом микроскопе видно, что в шероховатой части на фоне одинаковой толщины имеются впадины (локальные отслоения) разной глубины, но почти всегда не до подложки. Плотность и размеры впадин постепенно убывают при отходе от пятна. При диодном распылении относительно однородная область существенно больше (рис. 1 справа).

Рис. 1. Внешний вид пленок, полученных маг-нетронным (слева) и диодным (справа) распылением

При диодном напылении диодная ВЧ-система содержит два электрода: заземленный анод и мишень (катод). Диодная ВЧ-система позволяет производить распыление металлов, полупроводников, диэлектриков, органических покрытий. Расстояние мишень-подложка снижено до 12 мм. Причина такого выбора - попытка нивелировать эффекты перераспыления и реиспарения свинца пленки. Предполагалось, что перераспыленные и реиспаренные частицы сконденсируются на поверхности мишени, вновь распылятся, вернутся на пленку и т.д. Измерения профилей, толщины и состава пленок показали, что при диодном распылении пленки существенно более однородны, чем при магнетронном. Этот метод и был использован для дальнейших исследований. При этом предполагалось, что в процессе переноса вещества мишени на подложку участвуют не только атомарные структуры, но и более крупные части материала мишени, ионизируемые в процессе бомбардировки мишени. Эффект кластерного переноса с поверхности мишени подтверждается косвенными признаками и описательными моделями.

Первая серия изделий изготавливалась на основе материала ЦТС-19 и состояла из 3-х мишеней. В первой мишени составом РЬо.958го.о5(2го.47Т1о.5з)Оз+1 вес.% ЫЬ205 содержание оксида свинца соответствовало стехиометрии, во второй мишени содержание оксида свинца превышало стехиометрическое соотношение на 10%, а в третьей мишени - на 20 %. Вторая серия изделий изготавливалась на основе состава

РЬо.958го.о5(2го.47'По.5з)Оз и состояла из 2-х мишений. В первой мишени заложен состав РЬв^Бгооз^Го 47^0.53)03+ 10 вес.% РЬО, во второй мишени заложен состав РЬо^Зго 05(2г0.47Т10,5з)Оз+20 вес.% РЬО.

Определены основные параметры технологических режимов получения пленочных гетероструктур типа РгТ/Р1ЛП/8Ю2/8к Предложен технологический цикл изготовления лабораторных образцов сверхтонких сегнетоэлектрических пленок твердого раствора титанатов-цирконатов свинца, включающий следующие технологические операции:

- ионно-плазменная очистка поверхности пластин кремния и магнетрон-ное напыление базового электрода;

- термообработка пластины со слоем базового электрода в воздушной атмосфере;

- осаждение пленки ЦТС высокочастотным диодным распылением керамической мишени;

- очистка тыльной стороны подложки;

- термообработка полученной структуры для кристаллизации пленки ЦТС;

- магнетронное напыление верхних электродов (при необходимости).

Дано описание способов и технологии термообработки и нанесения электродов.

Магнетронное напыление верхних электродов проводили с использованием специальной маски в напылительной установке для распыления металлов типа Z-400. Пластину рабочей стороной вверх размещали на многополюсном плоском магните. На рабочую сторону пластины накладывали маску, изготовленную из ферромагнитной фольги. Магнит с пластиной и маской помещали в напылительную камеру установки. Режим напыления верхних электродов: РАг - 1,2-10"2 мбар, с1,5= 50 мм, XV = 112 Вт, т = 2 мин, Г = 0,14 мкм. Толщина пленки определялась временем и скоростью напыления; экспериментально установленная скорость напыления пленки ЦТС-19 порядка 10-15 нм-мин"1. Скорость напыления определялась экспериментально путем измерения толщины напыленной пленки. Для тестовых структур размер прямоугольных отверстий в маске составлял 0,6 х 0,6 мм.

На рис. 2 представлены полученные лабораторные образцы. Слева 6 лабораторных образцов сверхтонких сегнетоэлектрических пленок твердых растворов цирконатов - титанатов свинца, напыленных непосредственно на кремниевые подложки 0 100 мм. Справа 6 лабораторных образцов наногетерогенных структур кремний - металл -сегнетоэлектрик - металл, напыленных на кремниевые подложки 0 60 мм. На 4 образцах видны верхние металлические электроды, напыленные через маски.

Рис. 2. Фотографии лабораторных образцов

| Неравномерность толщины пленки обусловлена разницей в разме-

рах мишени и подложки, что приводит к различным толщинам пленки в центре и на периферии, для измерений и анализа использовалась центральная часть пластин с равномерным распределением толщин. На подложках 0 60 мм нанесены платиновые электроды с использованием маски для проведения измерений в различных частях пластины на ограниченных областях для определения равномерности электрофизических параметров пленки. Для тестовых структур размер прямоугольных отверстий в маске составлял 0,6 х 0,6 мм. Осаждение пленки ЦТС проводилось диодным распылением керамической мишени на принудительно охлаждаемую до 15°С подложку с термообработанным нижним электродом в вакуумной напылительной установке для распыления оксидов.

Различие толщины пленок от центра к периферии определяется размером пластины т.к. магнетрон рассчитан на напыление пластин 0 76 мм, а использовались - 0 100 мм. Разброс толщин здесь наиболее заметен, поэтому дальнейшие эксперименты и измерения проводились в центральной части пластины, где разброс по толщинам наименьший. В четвертой главе описаны методики и результаты исследования гетероструктур тонких пленок, полученных при различных технологических режимах, и сделаны выводы о составе пленок, содержании элементов, идентичности по отношению к классическим составам ЦТС, толщинам, рельефу поверхности.

Использовались следующие методики: определения профиля распределения элементов в плёнках с использованием Оже-

п !

спектроскопии; методы рентгеновского анализа; электронная и атомно-силовая микроскопия; определения диэлектрических и пироэлектрических свойств.

Исследовалось содержание элементов по толщине напыленных пленок для различных технологических циклов. Время распыления 70 минут соответствует толщине пленки ЦТС 140 нм. Отметим, что по сте-хиометричеекой формуле ЦТС-19 половина атомов в ячейках приходится на кислород; приблизительно, по 16,7% на цирконий и титан; порядка 16 % на свинец. На графиках представлены результаты анализа различных пар образцов, в которые входит «образец сравнения» х, по составу соответствующий составу мишени из керамики ЦТС. Для снятия заряда на поверхность напыляли углерод (20 нм).

На рис. 3 представлено процентное содержание элементов по толщине «образца сравнения» и образцов ЦТС с различными подслоями и технологическими особенностями получения. Рис. За: пленка 1 - ЦТС, напыленная на окисленную подложку кремния с подслоями титана и платины ЦТС (200нм) на Р1(200нм)/Т1(20нм)/8102/81, с термический отжигом при 600°С после напыления. Рис. 36: пленка ъ- ЦТС, напыленная на охлаждаемую подложку кремния без последующего отжига ЦТС (900нм) на 81, охлаждение проточной водой при напылении. Рис. Зв: 2р-пленка ЦТС, напыленная на охлаждаемую окисленную подложку кремния с подслоем титана и платины ЦТС (900нм) на Р1:(200нм)/Т1(20нм)/8Ю2/81, охлаждение проточной водой при напылении. Для г- и г\>- пленок ЦТС регистрация оже-спектров при профилировании велась до момента выхода пиков из окна записи.

С,ат.% 70-,

6050 40 30 20 10 0

,2 1

—I-'-г-

20 30

—г-40

а)

60 70 мин

в) it, мин

Рис. 3. Содержание элементов по глубине для образца сравнения и t- ЦТС (a), z — ЦТС (б), zp - ЦТС (в). Кривые 1,3,5,7, - образец сравнения;

2,4,6,8 - пленка. 1,2-0; 3,4 - РЬ; 5,6 - Ti; 7,8 - Zr

Составы эталона и пленок измеряли микроанализатором с электронным возбуждением характеристического рентгеновского излучения, реализованным на базе сканирующего растрового электронного микроскопа высокого разрешения S-4800 Hitachi.

Изображение поверхности эталона во вторичных электронах приведено на рис. 4. Области сбора информации с эталона показаны нумерован-

ными квадратами. В отмеченных 10 областях были получены спектры характеристического рентгеновского излучения. На рис. 5 приведены 10 значений отношения концентраций (РЬ+БгУСП+гг), РЬ/(Т\+Тх) и Ti/(Ti+Zr), вычисленные по этим спектрам для разных областей эталона Отношения для участков 1-5 получены на наиболее гладких и плоских участках поверхности; 6-9 на относительно шероховатых; 10-й участок снят при сканировании площади 125x125 мкм. Отношение рассчитанных значений атомных концентраций основных элементов ЦТС-19 в измеренных областях последовательно показаны на рис. 5. Цифры на горизонтальной оси соответствуют номеру участка на рис. 4.

Теоретические, в соответствии стехиометриче-ской формулой ЦТС-19, значения отношений

(РЬ+8г)/(Т1+гг), РЬ/(Т1+2г) и Т1/(Т1+2г) равны, соответственно 1,0; 0,95; 0,48. Приведенные на рис. 5 результаты характеризуют, погрешности и воспроизводимость методики измерений.

На рис. 6а приведено изображение во вторичных электронах поверхности пленки, полученной магнетронным напылением на не нагреваемую подложку. Поверхность этой пленки бесструктурная, со следами намечающихся отслоений. На этой пленке исследовались составы в точках,

Рис. 4. Изображение поверхности пластинки ЦТС-19 во вторичных электронах

-■-(РЬ+5г)ЧТ№)

ры(тнгг|

плоских участок

О 2 4 6 8 10

анализ ¡гр уемая позиция

Рис. 5. Измеренные отношения атомных

распределенных вдоль подложки, по ее диаметру. Распределение отношений компонент состава вдоль подложки в пленке, полученной магне-тронным напылением на не нагреваемую подложку, показано на рис. 66.

—ж— т1/(т»-гг) —рь/(п+гг) —(ро+вгупч+гг)

а 2D 4D SB 30 ICQ

Координата пдоль подложки, мм

а) б)

Рис. 6. Поверхность (а) и распределение отношения атомных концентраций (б) пленки магнетронного напыления. Метка - 100 мкм

Максимальные значения отношений (Pb+Sr)/(Ti+Zr) и Pb/(Ti+Zr) находятся над центром магнетрона, минимумы - (Pb+Sr)/(Ti+Zr) и Pb/(Ti+Zr) находятся над зоной эрозии. Отношение концентраций Ti/(Ti+Zr) в пленке близко к данным для эталона, (Pb+Sr)/(Ti+Zr) меньше, чем в эталоне, а под зоной эрозии дефицит свинца наиболее ощутим.

Такое распределение концентрации компонентов может быть вызвано перераспылением пленки частицами, эмитированными зоной эрозии.

Распределение отношения атомных концентраций в пленке диодного напыления на охлаждаемую кремниевую подложку, показанное на рис.7, существенно более однородно. В пленках диодного напыления на нагретые подложки поверхность пленки неоднородна, имеет овальные облас-

1.1 в 10

1 09 3

Z о.в н

t 07 * 0.« 0.5 0.4

Pb/fTi+Zr) -A- Ti/(Ti+Zr} —(Pb+Sr)f(Ti+Zr)

во

0 10 :20 3 0 40 60 60 70 Коардашата вдоль подложки, мм

Рис. 7. Распределение отношения атомных концентраций в пленке диодного напыления

ти, плотность и размеры которых зависят от расстояния от центра. Ло-катьный анализ пленки между этими областями показывает сильное снижение концентрации свинца.

В таблице представлены сравнительные характеристики технологических параметров процесса напыления пленок магнетронным и диодным методами.

Способ Давление газов, Расстояние Скорость осаж-

напыления мбар мишень- дения, нм/мин

подложка, мм

Магнетрон(З) Ра,/Ро2=2.5'10-'/5 10"4 37 50

Магнетрон(2) РАг/РО2=2.510-3/2.5Т0-3 37 40

Диод(4) 1^=1.510 ', Р,0,=210"' 12 15

Диод(5)(охл.) РАг=1.5 10"', Р,01=2 10"1 12 12

Пленки магнетронного напыления без принудительного охлаждения подложки в бедной по кислороду смеси и напыленные на холодную подложку в богатой кислородом смеси дефицитны по свинцу по всей площади, и имеют сильные провалы его концентрации в кольце над эрозионной канавкой магнетрона.

Таким образом, для осаждения пленок с относительно однородным распределением состава по подложке, близким к составу мишени, при

магнетронном напылении требуется принудительное охлаждение подложки и небольшое парциальное давление кислорода. При реализованном варианте диодного распыления однородность и состав сохраняются и при напылении на свободно лежащие подложки, саморазогревающиеся до 400°С.

Термообработка в примененных режимах на состав пленок существенно не влияет (рис. 8). Эти и дальнейшие измерения состава проведены на пленках ЦТС ЛЧТУЗЮг/в! с толщиной слоя ЦТС около 1 мкм. Наличие подслоя платины, спектр излучения которой

1.1 - г ~г -т---■--г »—-_ 1 1 1 ' Г —■ -Т хаъх - ........т.......

1.0- V

0.3- РЬ/(Т1+21г) -

ел-

0.7-

0В-

О 10В 2Я 300 400 500 600 700

Температура т.о., ПС

Рис. 8. Зависимость относительных атомных концентраций пленок от максимальной температуры термообработки

накладывается на спектр излучения свинца, приводит к завышенным

расчетным концентрациям последнего. Это завышение зависит от локальных значений толщины и со-~ afir"/"* става пленки ЦТС и толщины пла-

жения поверхности пленок, полу-YL^á^lÉhpBBV*. ченные зондовым атомно-силовым

"фЩВР», „ микроскопом SOLVER 47 PRO

(измерения проводились в атмосфере воздуха в «контактном» режиме) с разным увеличением и разными методами. Для исследования рельефа поверхности был экспериментально выбран контактный режим сканирования.

Наиболее информативным для оценки рельефа поверхности напыленных пленок представляются «трехмерные» H-3d изображения (рис. 9а). Оно дает представление о рельефе данных пленок на уровне 6 ± 2 нм.

Шероховатость поверхности пленок Pt измерялась на профило-метре Talystep производства фирмы Taylor-Hobson.

Результаты измерений показывают, что исходные подложки и все слои до термообработки имеют параметры Ra (среднее арифметическое отклонение профиля от ^ средней линии) и Rq (среднее квад-

ратичное отклонение профиля от средней линии) около 1 нм. Максимальные отклонения демонстрирует слой Pt(140 hm)/Tí(20 hm)/Sí02/Sí, напыленный без нагрева и бомбардировки. После термообработки композиции, содержащие адгезионный слой Ti, сильно увеличивают Ra и R4, платина без титанового подслоя практически сохраняет исходные значения.

Циклическая переполяризация пленок ЦТС осуществлялась синусоидальным полем на частоте 200 Гц с регистрацией напряжения и заря-

да по схеме Сойера-Тауэра (рис.10). На вставках указаны рассчитанные из толщииы пленки ЦТС и площади контактной площадки значения плотности поверхностного заряда и напряженности поля в пленке.

Сегнетоэлектрические свойства пленки ЦТС в исследованных образцах подтверждает также обнаруженное нами наличие пироотклика при нагревании образца гетероструктуры Б^ЮгЛЧЛЧ/ЦТСЛЧ. Измерялся пиросигнал в слое РЩТСЛЧ и в слое образца, изготовленном без верхнего слоя платины для контроля однородности пленки ЦТС. В последнем случае верхний электрод наносился с помощью серебряной ¿шсты. Измерения проводились динамическим методом с прямоугольной модуляцией светового потока на частоте 10 кГц. Для исследуемых мишеней направление поляризации - от подложки к поверхности. Полученное значение пирокоэффициента составило 0,5-10'4 Кл/м2К, что в два ^аза меньше, чем в родственной керамике на основе ЦТС.

0.08

0.06 о. 0.04

° 0.02 с

0.00 я 0.02

■0.04

•0.06

■■0.08 -I

ШЛО 4-,-,--т-,-т-т-7-,-т-т--т-,—

•30 -20 -10 0 10 20 30

Напряжение на структуре,V

Рис.10. Петля гистерезиса для экспериментальной пленочной структуры З^ЗЮг/ТУР^ЦТС/Р^ полученной последовательным напылением слоев.

Измерение температурной зависимости емкости образца гетерост-руктур 31/3102/Т!/РГ/ЦТС/Р1 в слое РГ/ЦГС/РГ и в слое/Pt/PZT/Ag контрольного образца, изготовленного без верхнего слоя платины, показал наличие размытого пика диэлектрической проницаемости с плато' в области температур 250-350°С, что также является признаком сегнетоэлек-трических свойств объекта, то есть наличия фазового перехода в этом интервале температур, который присущ материалам на основе ЦТС.

Возрастание диэлектрической проницаемости образцов при росте температуры от комнатной до 300 °С составило 100 раз.

Наличие петли гистерезиса и ее вид однозначно свидетельствует о существовании сегнетоэлектрической фазы в пленках. Малая величина поверхностного заряда (в десять раз меньше, чем в хороших объемных материалах) указывает на не оптимальность условий изготовления структуры.

В пятой главе рассмотрены основные режимы и параметры технологического процесса получения изделий МЭМС с использованием пленок типа РгТ/Р^И/ВЮ;,/^ на примере микрореле.

Анализ состояния исследований и разработок показал, что все ведущие мировые фирмы разрабатывают и изготавливают изделия микро-и наносистемной техники, отличающиеся повышенными технико-экономическими показателями. Особенно это относится к созданию систем на кристалле, изготавливаемых на основе кремния и сегнетоэлек-трических пленок.

В данной работе разработан способ осаждения пленок пьезокера-мики на основе метода диодного осаждения. Разработан маршрут изготовления микроакселерометра, изготавливаемого по технологии микроэлектронного производства. Проведен анализ методов получения пленочных гетероструктур ЦТС в микроэлектронике. Разработан маршрут изготовления микрореле, включающий в себя следующие операции:

1) Используется кремниевая пластина <100>. Для проведения дальнейших операций проводится окисление.

2) Нанесение металлизации: последовательно три слоя Т1 (0,05-10" м), № (0,075 10"6 м) и Р1 (0,1 10'6 м) методом магнетронного распыления на установке УВН 75 Р-3.

3) Нанесение пленки ЦТС-19 толщиной I мкм золь-гель методом. Нанесение проводится циклично по 80-100 нм в цикле. В каждом цикле производится отжиг при 650 °С около 1 мин.

4) Нанесение слоев Т1 (0,05-10'6 м) и Р1 (0,1 ■ 10"6 м).

5) Отжиг. Проводится в среде 02 в течение 5-20 мин. при температуре 650-700 °С для формирования слоя ЦТС и улучшения адгезии верхнего электрода.

6) Осаждение маскирующего слоя 8Ю2 в плазмохимической установке, толщиной 0,3-0,6 мкм

7) Формирование маски 8Ю2 литографическим методом и плазмохи-мическим травлением в атмосфере СНР3+Аг+8Ю2. Протравливается верхняя металлизация (Р^ Т1). Для травления металлов используется плазмохимическое травление в атмосфере 8Р6.

t ~

а)

Ti/NiiPt SiQ2

8) Нанесение маски Si02 для формирования области ЦТС. Травление пленки ЦТС в ионно-химической установке

9) Нанесение маски Si02. Фотолитография и формирование нижнего электрода плазмохимическим методом.

10) Плазмохимическое удаление Si02 частично с кремниевой пластины. Глубокое ионно-химическое травление Si на глубину 1-2 мкм.

11) Формирование с помощью фотолитографии (с двусторонним совмещением) маски в нижнем слое Si02 (с обратной стороны).

12) Сквозное травление кремниевой пластины в растворе КОН (30%) при 70 °С в течение 13 часов.

13) Формирование контактных площадок с помощью напыления А1 и

фотолитографии.

=Ti/Pt

В результате получается структура, схема которой показана на рис. 11. На рис. 12 представлено микроскопическое изображение структуры микрореле.

Поляризация осуществлялась при температуре порядка 150 °С в течение 1 часа при напряжении 5 В или при напряженности поля 35-60 кВ/см). Проведенные испытания макетов показали, что полученные результаты соответствуют современному нуч-но-техническому уровню.

Рис. 11. Схематическое

изображение

акселерометра:

а) сечение;

б) вид сверху

Рис. 12. Изображение РЭМ изготовленного макета микрореле

Приложения содержат документы, подтверждающие внедрение результатов работы, а также тексты программ для математического моделирования пьезокерамических элементов.

Заключение и основные выводы

Проведенный анализ состояния исследований и разработок показал, что все ведущие мировые фирмы разрабатывают и изготавливают изделия микро- и наносистемной техники, отличающиеся повышенными технико-экономическими показателями. Особенно это относится к созданию систем на кристалле, изготавливаемых на основе кремния и сег-нетоэлектрических пленок.

В данной работе разработаны физические и технологические основы процесса формирования пленок пьезокерамики ЦТС с использованием метода диодного осаждения. Разработана оптимальная последовательность операций получения микроакселерометра, изготавливаемого по технологии микроэлектронного производства.

Проведены комплексные исследования, включающие:

• разработку требований к качеству материала;

• разработку технологии получения пьезоэлектрических тонких пленок;

• проведение необходимых расчетов и математического моделирования;

• разработка методики экспериментальных исследований оптических и электрофизических свойств макетных образцов, подготовка макетов экспериментальных образцов, а также испытательных стендов;

• изготовление макетов, проведение экспериментов, обработка данных;

• сопоставление результатов эксперимента с результатами расчетов и математического моделирования.

Задачи, которые ставились в работе, решены в полном объеме. Как показывают испытания макетов, полученные результаты соответствуют современному научно-техническому уровню.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Показано, что методами математического моделирования можно провести модульный и гармонический анализ характеристик вибраций тонкопленочных балок на основе керамики ЦТС и спрогнозировать длительные динамические характеристики структуры.

2. На основе рентгеноструктурных исследований показано, что оптимальным температурным интервалом для напыления сегнетоэлектри-ческих пленок ЦТС со структурой типа перовскита является интервал от 570°С до 630°С, а указанные температуры могут служить реперными точками при технологическом получении этих структур.

3. Установлено, что пленки, полученные диодным напылением являются более однородными по составу, чем пленки полученные магнетронным напылением. При диодном напылении состав пленок однороден на площади диаметром до 80 мм (при диаметре пластины кремния 100 мм).

4. Показано, что при оптимальных режимах напыления элементный и фазовый состав пленок цирконата-титаната свинца соответствует составу мишени. Такое соответствие имеет место на 95% толщины пленки, исключение составляет тонкая приповерхностная зона. Охлаждение подложки в процессе напыления пленки ниже оптимального температурного интервала приводит к изменению состава напыляемой пленки.

5. На основании диэлектрических и пироэлектрических исследований установлено, что полученные пленки при комнатной температуре проявляют сегнетоэлектрические свойства.

6. Разработана структура и топология конструкции семейства приборов: актюаторов, акселерометров, датчиков давления и микрореле, получаемых на основе тонких пленок ЦТС.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

в журналах из списка ВАК:

1. Горнев Е.С., Дайнеко A.B., Зайцев H.A., Пастухова Ю.М. Исследование и разработка микровакумного триода на основе полевой эмиссии // Нано- и микросистемная техника. 2007. № 5. С.59-63.

2. Каплунов И.А., Малышкина О.В., Дайнеко A.B., Педько Б.Б., Шаш-ков М.С., Иванова А.И. Структура и физические свойства керамики

цирконата-титаната свинца // Глобальный научный потенциал. 2011. №8. С.100-103.

в других рецензируемых изданиях:

3. Головнин В.А., Горнев Е.С., Дайнеко A.B., Желкобаев Ж.Е., Календин В.В., Лысов И.Д., Тодуа П.А., Чихалов Ю.В. Измерение наноперемещений, реализуемых многослойными пьезокерамичес-кими актюаторами (АПМ) при помощи лазерных измерителей наноперемещений (ЛИН) // Труды 16 конференции РЭМ-2009. Черноголовка, 2009. С. 88.

4. Малышкина О.В., Мовчикова A.A., Барабанова Е.В., Головнин В.А., Дайнеко A.B., Соловьев М.А., Эмбиль И.А., Пугачев С.И. Пироэлектрические свойства пьезокерамических материалов // Вестник ТвГУ. Серия «Физика». 2010. Выпуск 8. С.85-101.

5. Малышкина О.В., Мовчикова A.A., Калугина О.Н., Педько Б.Б., Головнин В.А., Дайнеко A.B., Марченко В.А. Исследование пьезокерамических пленок ЦТС методом прямоугольной тепловой волны // Вестник ТвГУ. Серия «Физика». 2010. Выпуск 9. С. 38-51.

6. Головнин В.А., Горнев Е.С., Дайнеко A.B., Добрынин Д.А., Друи-на Д.В., Мамкина Н.О. Сравнительные характеристики пьезокерамических механоэлектрических преобразователей для генерации электричества // Вестник ТвГУ. Серия «Физика». 2010. Выпуск 11. С. 33-46.

7. Малышкина О.В., Мовчикова A.A., Иванова А.И., Калугина О.Н., Дайнеко A.B. Влияние структурных дефектов на коэффициент тепловой диффузии сегнетоэлектрической керамики // Труды международного междисциплинарного симпозиума «Физика межфазных границ и фазовые переходы» (МФГФП1). Ростов-на-Дону. 2011. С. 105-108.

Технический редактор A.B. Жильцов Подписано в печать 14.11.2011. Формат 60 х 84 '/16. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ №458. Тверской государственный университет Редакционно-издательское управление Адрес: Россия, 170100, г. Тверь, ул. Желябова, 33. Тел. РИУ: (4822) 35-60-63.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Дайнеко, Андрей Владимирович

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 гетероструктур 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.

Введение диссертация по физике, на тему "Процессы формирования пьезокерамических микроструктур на поверхности монокристаллического кремния"

Актуальность работы.

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.

Можно выделить пять основных направлений получения плёнок сегнетоэлектрических материалов: магнетронное напыление, лазерное распыление, химическое осаждение из газовой фазы с использованием металлоорганических соединений (МОСУБ), шелкография и золь-гель метод.

Золь-гель метод дает точное управление структурой вещества и низкую температуру подложки, однако очень чувствителен к составу раствора и процесс обладает низкой повторяемостью, при этом имеет относительно низкую цену производства.

Наиболее подходящим процессом для производства сегнетоэлектрических пленок является магнетронное осаждение, обладающее рядом преимуществ и хорошо отлажено технологически. Применение этого процесса позволит встроить формирование сегнетокерамических структур в стандартный технологический процесс изготовления различных микросхем.

- исследование влияния состава мишени на формирование сегнетоэлектрических осаждаемых пленок;

- разработка физических и технологических основ процесса формирования сегнетокерамических пленок Р2Т на поверхности кремниевых пластин для МЭМС, интегрированных в технологию кремниевых приборов.

В соответствии с целью были поставлены следующие основные задачи:

- разработка модели электроупругих гетерогенных структур изделий произвольной формы;

- выбор, обоснование и разработка материалов и технологии изготовления мишеней для напыления ЦТС;

- определение основных параметров режимов получения гетерострукгур пленок типа Р2Т/Р1/Т1/8102/81;

- получение и исследование гетероструктур пленок типа Р2Т/Р1ЛП/8Ю2/81; выбор и обоснование технологии напыления плёнок ЦТС на кремниевую подложку;

- разработка основ технологического процесса получения изделий МЭМС с использованием пленок типа Р2Т/Р1/П/8Ю2/81 на примере микрореле.

Научная новизна:

Практическая значимость диссертационной работы заключается в выработке и реализации технических решений:

Положения выносимые на защиту:

3. Состав мишеней и оптимальные режимы напыления однородных сегнетоэлектрических пленок на основе цирконата-титаната свинца. Апробация работы.

Основные результаты исследований представлены на российских и международных конференциях и симпозиумах: 16 конференция РЭМ-2009 (Черноголовка, Россия. 2009); The XXII International Conference on relaxation phenomena in solids. (Воронеж, Россия. 2010); 19 Национальная конференция по физике сегнетоэлектриков BKC-XIX (Москва, Россия. 2011); Международный междисциплинарный симпозиум «Физика межфазных границ и фазовые переходы» (МФГФП1) (Ростов-на-Дону - пос. JIoo, Россия. 2011). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, включая две статьи в журналах списка ВАК.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы при выполнении опытно-конструкторских работ:

ОКР «Разработка базовых технологий изготовления пьезокерамических пленок и монолитных многослойных пьезокерамических элементов, совместимых с интегральной технологией микроэлектроники», 2007 - 2008 г.г.

НИОКР «Разработка и внедрение промышленной технологии сегнето-электрических пленок для микро- и наносистемной техники и изделий на их основе», 2007-2009 г.г.

ОКР «Разработка базовой технологии изготовления и конструкции радиочастотных микропереключателей, микрореле на тонких пьезоэлектрических пленках», 2008 - 2009 г.г.

Личный вклад соискателя: Все включенные в диссертацию данные получены лично автором или при его непосредственном участии. Практическая реализация разработок осуществлена с участием сотрудников ОАО «НИИ «Элпа» (г. Зеленоград): Е.С. Горнев, В.А. Головнин, В.Г. Никифоров, А.Г. Сегала, А.Г. Итальянцев, Ю.В. Шульга. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 142 страницы основного текста, 55 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 123 наименований и 2 приложения.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Основные результаты и выводы

Проведенный анализ состояния исследований и разработок показал, что все ведущие мировые фирмы разрабатывают и изготавливают изделия микро-и наносистемной техники, отличающиеся повышенными технико-экономическими показателями. Особенно это относится к созданию систем на кристалле, изготавливаемых на основе кремния и сегнетоэлектрических пленок.

В данной работе разработан способ осаждения пленок пьезокерамики с использованием метода диодного осаждения. Разработан маршрут изготовления микроакселерометра, изготавливаемого по технологии микроэлектронного производства.

Проведены комплексные исследования, включающие:

• разработку требований к качеству материала;

• разработку технологии получения пьезоэлектрических тонких пленок;

• проведение необходимых расчетов и математического моделирования;

• изготовление макетов, проведение экспериментов, обработка данных;

• сопоставление результатов эксперимента с результатами расчетов и математического моделирования;

На основании проведенных исследований сделаны следущие выводы: 1. Показано, что методами математического моделирования можно провести модульный и гармонический анализ характеристик вибраций тонкопленочных балок на основе керамики ЦТС и спрогнозировать длительные динамические характеристики структуры.

2. На основе рентгеноструктурных исследований показано, что оптимальным температурным интервалом для напыления сегентоэлектрических пленок ЦТС со структурой типа перовскита является интервал от 570°С до 630°С, а указанные температуры могут служить реперными точками при технологическом получении этих структур.

4. Показано, что при оптимальных режимах напыления элементный и фазовый состав пленок цирконата титаната свинца соответствует составу мишени. Такое соответствие имеет место на 95% толщины пленки, исключение составляет тонкая приповерхностная зона. Охлаждение подложки в процессе напыления пленки ниже оптимального температурного интервала приводит к изменению состава напыляемой пленки.

6. Разработана структура и топология конструкции семейства приборов: актюаторов, акселерометров, датчиков давления и микрореле, полученых на основе тонких пленок ЦТС.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Дайнеко, Андрей Владимирович, Тверь

1. Choi, S.-B. Piezoelectric Actuators. Control Applications of Smart Materials / S.-B. Choi, Y.-M. Han. Baco Raton : CRC Press, 2010. - 280 p.

2. Schwartz, M. Smart Materials / M. Schwartz. Baco Raton : CRC Press, 2008. -554 p.

3. Ye, Z. Handbook of Advanced Dielectric, Piezoelectric and Ferroelectric Materials Synthesis, Properties and Applications / Z. Ye Baco Raton : CRC Press, 2008. - 600 p.

4. Uchino, K. Advanced Piezoelectric Materials. Science and Technology / K. Uchino. Baco Raton : CRC Press, 2010. - 688 p.

5. Togawa, T. Biomedical Transducers and Instrumants / T. Togawa, T. Tamura, P. Ake Oberg. Baco Raton : CRC Press, 1997.-384 p.

6. Vetelino, J. Introduction to Sensors / J. Vetelino, A. Reghu. Baco Raton : CRC Press, 2010.-208 p.

7. Borboni, A. Meso- to Micro- Actuators. A Theoretical and Practical Approach / A. Borboni Baco Raton : CRC Press, 2008. - 416 p.

8. Silva, C. W. Sensors and Actuators. Control System Instrumentation / C. Silva W. -Baco Raton : CRC Press, 2007. 698 p.

9. Nam, К. H. AC Motor Control and Electrical Vehicle Applications / К. H. Nam. -Baco Raton : CRC Press, 2010.-449 p.

10. Sodano, H. A. Comparison of Piezoelectric Energy Harvesting Devices for Recharging Batteries / H. A. Sodano, D. J. Inman. // LA-UR-04-5720, Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2005. - Vol. 16 (10). - P. 799-807.

11. Jha, A. R. MEMS and Nanotechnology-Based Sensors and Devices for Communications, Medical and Aerospace Applications / A. R. Jha Baco Raton : CRC Press, 2008.-432 p.

12. Малышкина О.В., Мовчикова А.А., Барабанова Е.В., Головнин В.А., Дайнеко

13. A.В., Соловьев М.А., Эмбиль И.А., Пугачев С.И. Пиро-электрические свойства пьезокерамических материалов // Вестник ТвГУ. Серия «Физика». 2010. Выпуск 8.1. C.85-101.

14. Barbero, Е. J. Introduction to Composite Materials Design, Second Edition. 2nd Edition / E. J. Barbero. Baco Raton : CRC Press, 2010. - 562 p.

15. Phase coexistence in PZT ceramic powders / Fernandes C., Hall D.A., Cockburn M.R., Greaves G.N. //Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 1995. - Vol. 97. - P.137-141.

16. Schaumburg, H. Keramik Hrsg. / H. Schaumburg. Stuttgart: B.G. Teubner, 1994.

17. The Monoclinic Phase in PZT: New Light on Morphotropic Phase Boundaries / B. Noheda, J. A. Gonzalo, R Guo., S.-E. Park, L.E. Cross, D.E. Cox, G. Shirane // Fundamental physics of ferroelectrics. 2000 - Vol. 535, № 12. - P. 304-313.

18. Noheda, B. A monoclinic ferroelectric phase in the Pb(ZrixTix)03 solid solution /

19. B. Noheda, D.E. Cox, G. Shirane et al. // Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol. 74, № 14. - P. 2059-2061.

20. Noheda, B. Stability of the monoclinic phase in the ferroelectric perovskite Pb(Zr. xTix)03 / B. Noheda, D.E. Cox, G. Shirane // Phys. Rev. В.- 2000. Vol. 63, № 1. - P. 014103-9 p.

21. Noheda, B. Structure and high-piezoelectricity in lead oxide solid solutions / B. Noheda // Curr. Opin. Solid State a. Mater. Sci. 2002. - Vol. 6, № 1. - P. 27-34.

22. Tetragonal-to-monoclinic phase transition in a ferroelectric perovskite: The structure of Pb(Zr0.52Ti0.48)O3. / B. Noheda, J. A. Gonzalo, L. E. Cross, R. Guo, S.-E. Park,

23. D. E. Cox, G. Shirane //Phys. Rev. B. 2000 - Vol. 61, № 13. - P. 8687-8695.

24. Bellaiche, L. Finite-Temperature Properties of Pb(ZrixTix)03 Alloys from First Principles Garcia A., Vanderbilt D. / L. Bellaichel, A. Garcia, D. Vanderbilt // Phys. Rev. Lett. 2000. - Vol. 84, № 23. - P. 5427-5430.

25. Fu H. Cohen R.E. //Nature. 2000. - Vol. 403, № 6767. - P. 281-283.

26. Исупов, В. А. Сосуществование фаз в твердых растворах цирконата-титаната свинца / В. А. Исупов, // ФТТ. 2001. - Т. 43, № 12. - С. 2166-2169.

27. Аверин, И. А. Управление свойствами твердых растворов Pb(Ti^Zr/^)03 посредством внешних воздействий / И. А. Аверин, Р. М. Печерская // ФТТ. 2006. -Т. 48, №6. -С. 1096-1098.

28. Фрайдек, Дж. Современные датчики / Дж. Фрайдек // Техносфера : справочник. M., 2005. - С. 588.

29. Стратегия развития направления пьезокерамических изделий / А. Я. Сафронов, Б. Г. Парфенов, В. А. Чернов, В. М. Климашин // Международная научно-практическая конференция 23-26 августа, 2005, Ростов-на-Дону, Россия. С. 143-146.

30. Волович, А. Интегральные акселерометры. Электронный ресурс. / А. Волович, Г. Волович // Электронный научно-технический журнал «Компоненты и технологии» 2000, Режим доступа: http://www.kit-e.ru/articles/elcomp/200201 66.php. - Загл. с экрана.

31. Зимин, В. Применение акселерометров в автомобильной сигнализации / В. Зимин // Схемотехника. 2001. - № 3. - С. 2.

32. Шурыгина, В. Долгожданные МЕМС. Технология малых форм / В. Шурыгина // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2002. - № 4. - С. 8-13.

33. Yu, H.G. Lead zirconate titanate MEMS accelerometer using interdigitated electrodes / H. G. Yu, L. Zou, R. Wolf// Sensors and Actuators. 2003 - A 107, - P. 2635.

34. Сигов, А. С. Сегнетоэлектрические тонкие пленки в микроэлектронике / А. С. Сигов // Соросовский образовательный журнал. 1996. -№ 10. - С. 83-91.

35. Каплунов И.А., Малышкина О.В., Дайнеко А.В., Педько Б.Б., Шаш-ков М.С., Иванова А.И. Структура и физические свойства керамики цирконата-титаната свинца // Глобальный научный потенциал. 2011. №8. С.100-103.

36. Chen, Q. Growth of highly oriented of Pb(Zrx Т1.х)Оз film on porous silicon / Q. Chen, К. H. Wong // Thin Solid Films. 2001. - Vol. 397. - C. 1-3.

37. Hiroshi, Funakubo. Comparison of deposition behavior of Pb(Zr Ti)03 film and its end-member-oxide films prepared by MOCVD / Hiroshi Funakubo, Kuniharu Nagashima // Thin Solid Films. 2000. - Vol. 368. - C. 261-265.

38. Данцигер, А. Я. Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов: физика, кристаллохимия, технология / А. Я. Данцигер // Аспекты дизайна пьезоэлектрических материалов. Ростов-на-Дону, - 2001. - Т. 1. - С. 408.

39. Crescini, D. Large bandwidth and thermal compensated piezoelectronic think-film acceleration tranducer / D. Crescini, D. Marioli // Sensors and Actuators. A 87, 2001, c.131-138.

40. Такиев, А. С. Будущие технологии памяти: Fe RAM изнутри.ЗВ News. Fe RAM memory. Электронный ресурс. / А. С. Такиев // 2003 Режим доступа: http://www. 3 dnews.ru/cpu/feram-memory. - Загл. с экрана.

41. Akedo, Yun. New Dunctional ceramic deposition method for MEMS / Akedo, Yun, Ichiki Masaaki, Maeda Ryutaro // Ferroelectrics, 1999, - Vol. 224, - № 1-4, - P.331-337.

42. Witvrow, A. Tilmaus H.A., De Wolf I. // Microporousand mesoporous Mater 2004. -Vol. 76, №1/4,- P.245-257.

43. Deposition of PZT thin films by excimer laager ablation for piezoelectric application / Kikuchi Kaoru, Wang Zhanjie, Umezawa Akihiro, Maeda Ryutaro // Ferroelectro. 1999. - Vol. 224, № 1/4. - P. 267-273.

44. Akedo, J. Piezoelectric properties and poling effect of Pb (Zr, Ti)03 think films prepared for microactuators by aerosol deposition/ J. Akedo, M. Lebedev // Apple. Phys. Lett. 2000. - Vol. 77, № 11.-P.1710-1712.

45. Wang Jing, Zhang Liang Ying, Yao Xi, Li Yian Kang The effect of pyrolyzing temperature to the microstructure of PZT /РТ multiplayer thin films. Ceram Int. 2004. -Vol. 30, №7,-P.1521-1524.

46. Effect of substrate material in the zystallinity and epitaxy of Pb (Zr, Ti )03 thin films./ K. S. Hwang, T. Manabe, T. Nagahama, L. Yamaguchi, T. Kumagai, S. Mizuta // Thin solid films. 1999. - Vol. 347 № 1/2 - P. 106-111.

47. Lian, L. Effects of thickness on the piezoelectric and dielectric properties lead zirconate titanate thin films / L. Lian, N. R. Sottos // J. Appl. Phys. 2000. - Vol. 87, № 8 - P.3941-3939.

48. Han Geun, Yu. Lead zirconate titanate MEMS accelerometer using interdigitated electrodes. / Han Geun Yu, L. Zoub, R. Wolf //Sensors and Actuators. A 107 (2003). -P.26-3 5.

49. Beeby, S. Design and fabrication of a micromachined silicon accelerometer with thick-film printed PZT sensors. / S. P. Beeby, J. N. Ross, N. M. White // J. Micromech. Microeng. 2000. - Vol. 10, - P.322-328.

50. Influence of the different loss parameterson piezoelectric material performances. / L. P. Tran-huu-hue, P. Audrain, F. Levassart, M. Lethiecy // Ferroelectrics. 1999. - Vol. 224, № 1/4.-P. 177-184.

51. Cattan, Eric. Remnant piezoelectric constant of PZT thin films. / Eric Cattan, Gabriel Velu, Thibautt Haccart // Ferroelectrics. 1999. - Vol. 224, № 1/4, - P.307-314.

52. Горнев E.C., Дайнеко А.В., Зайцев H.A., Пастухова Ю.М. Исследо-вание и разработка микровакумного триода на основе полевой эмиссии // Нано- и микросистемная техника. 2007. № 5. С.59-63.

53. Fabrication and characterization of micromachined accelerometers based on PZT thin films / J. Baborowski, S. Hediger, P. Muralf, Ch. Wuethrich // Ferroelectrics. 1999. -Vol. 224, № 1/4. - P. 283-290.

54. Yinyin, Zhao. MEMS-based Piezoelectric Microphone for Biomedical Apllication / Yinyin Zhao // MEMS AlliancePoster Session, -pt. 1. 1998.

55. Sang-Gook. Thin film micromirror array (TMA)- a new chip-based display device for large screen display / Sang-Gook. // SID Asia Display. - 1998.

56. Sang -Gook. Micromachined thin -film mirror array for reflective light modulation / Sang -Gook et al. // Annals of the CIRP. 1997. - Vol. 46, № 1, - P.455-458.

57. Jun, S. Finite element analysis of a IBM suspension integrated with a PZT microactuator / S. Jun, Z. Zhaowei // Sensors and Actuators. 2002 - A 100. - P.257-263.

58. Tsuchiya, К. Development of RF magnetron sputtering method to fabricate PZT thin film actuator. / K. Tsuchiya // Precision Engineering. 2003, - Vol. 27 - P.258-264.

59. Плешивцев, H. В., Катодное распыление / H. В. Плешивцев. / — М. ; б. и., 1968.-314 с.

60. Каминский, М., Атомные и ионные столкновения на поверхности металла : пер. с англ. / М. Каминский. М. : Мир, 1967. - 506 с.

61. Томпсон М., Дефекты и радиационные повреждения в металлах : пер. с англ. / М. Томпсон. М., 1971.-367 с.

62. Francis F. Chen. Industrial applications of low temperatures plasma physics / Francis F. Chen. // Phys. Plasmas. - June 1995. - Vol. 2, № 6. - P.2164-2175.

63. Singh, N. Experimental and numerical studies on potential distributions in a plasma / N. Singh, R. Kist, H. Thiemann // PI. Phys. 1980 - Vol. 22. - P.695-707.

64. Плазменные ускорители / под общ. ред. Арцимовича JI. А. М. : Машиностроение, 1973. - 312 с.

65. Данилин, Б. С. Исследование магнетронных систем ионного распыления материалов / Б. С. Данилин, В. К. Неволин, В. К. Сырчин, // Электронная техника. Сер. Микроэлектронника. 1977. - Вып. 3 (69). - С. 37-44.

66. Данилин, Б. С. Магнетронные распылительные системы / Б. С. Данилин, В. К. Сырчин. М. : Радио и связь, 1982. - 73 с.

67. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой : пер. с англ. / под ред. Бериша Р. : в 2 т. М. : б. и., 1984-1986. - 2 т.

68. Плазменная технология в производстве СБИС : пер. с англ. / под ред. Айнспрука Н. и Брауна Д. М. : Мир, 1987. - 470с.

69. Sputtering by particle bombardment III / ed. by Behrisch R., Wittmack K. W., Springer- Verl., 1991.

70. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел : сб. ст. ; пер. с англ. М. : Мир, 1989. - 399 с.

71. Фальконе, Д. Теория распыления / Д. Фальконе // УФН. 1992. - Т. 162, № 1. -С. 71.

72. Томашпольский, Ю. Я. Пленочные сегнетоэлектрики / Ю. Я. Томашпольский. М. : Радио и связь, 1984. - 192 с.

73. Структура поверхностных слоев сегнетоэлектрических тонких пленокцирконата-титаната свинца (ЦТС) / В. В. Леманов, Г. Н. Мосина, J1. М. Сорокин, С. В. Штельмах, В. К. Ярмаркин // ФТТ. 1996. - Т. 38. - С. 3108.

74. Кинетика фазовых првращений при термическом отжиге в тонких золь-гель пленках PZT / В. Я. Шур, Е. Б. Бланкова, A. JI. Субботин, Е. А. Борисова, А. В. Баранников // ФТТ. 2001. - Т. 43. - С. 869.

75. Ярмаркин, В.К. Диэлектрическая релаксация в тонкопленочных структурах металл-сегнетоэлектрик PZT-металл / В. К. Ярмаркин, С. П. Тесленко // ФТТ. -1998.-Т. 40.-С. 1915.

76. Самополяризация и миграционная поляризация в тонких пленках цирконата-титаната-свинца / И. П. Пронин, Е. Ю. Каптелов, Е. А. Тараканов, Т. А. Шаплыгина, В. П. Афанасьев, А. В. Панкрашкин // ФТТ. 2002. - Т. 44. - С. 739.

77. Получение пленок титаната свинца, обладающих сегнетоэлектри-ческими свойствами / А. М. Ховив, А. С. Сидоркин, С. О. Яценко, О. Б. Яценко // Неорганические материалы. 1998. - Т. 34, № 4. - С. 462-463.

78. Кристаллическая структура пленок РБТе на Si, легированных индием в процессе роста / А. М. Ховив, А. М. Самойлов, С. Л. Бучнев, Э. А. Долгопо-лова, Ю. В. Сыноров // Неорганические материалы. 2004. - Т. 40, № 4. - С. 414-420.

79. Гуревич, В. М. Электропроводность сегнетоэлектриков / В. М. Гуревич. М. : Изд-во комитета стандарта, 1969. - 383 с.

80. Иона, Ф. Сегнетоэлектрические кристаллы / Ф. Иона, Д. Ширане. М. : Мир, 1965. - 555 с

81. Cole, К. S. Dispersion and Absorption in Dielectrics I. Alternating Current Characteristics / K. S. Cole, R. H. Cole // J. Chem. Phys. 1961. - Vol. 9. -P.341-352.

82. Schroder, T.B. Scaling and Universality of ac Conduction in Disordered Solids / T. B. Schroder, J. C. Dyre // Phys. Rev. Lett. 2000. - Vol. 84. - P. 310-313.

83. Ткачук, Б. В. Получение тонких полимерных пленок из газовой фазы / Б. В. Ткачук, В. М. Колотыркин. М. : Химия, 1977. - 216 с.

84. Буй, М.В. Релаксационно-диффузионная теория межфазных процессов / М. В. Буй, А. В. Рогачев. Гомель : БелГУТ, 1997. - 177 с.

85. Точицкий, Э. И. Влияние реиспарения на кинетику поверхностной диффузии атомов на подложке при вакуумном осаждении молекулярных пучков / Э. И.

86. Точицкий, В. Е. Тхарев // Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. -Минск, 1978. Ч. 3. - С. 196-199.

87. Лашкевич, В.И. Кинетика поверхностной диффузии и роста зародышей с учетом реиспарения адатомов / В. И. Лашкевич, А. В Рогачев, А. М. Красовский // Вести АН БССР. Сер. физ.-мат. наук, 1980. № 6. - С. 110-114.

88. Иевлев, В. М., Белоногов, Е. К. и др. Патент № 2123738, Н 01 С 9/00, 9/04, (1997).

89. Пленочная композиция на основе углерода и оксида алюминия с высокой удельной поверхностью проводящей фазы / В. М. Иевлев, Т. Л. Тураева, Е. К. Белоногов, А. Ю. Исаев, В. П. Иевлев // ФизХОМ. 1998. -№1. - С. 104-106.

90. Иевлев, В. М. Синтез и субструктура ориентированых пленок CuInSe3 / В. М. Иевлев, Е. К. Белоногов, А. Н. Харин // Неорганические материалы. 2005. - Т. 41, № 1.-С. 15.

91. Баринов, С. М. Синтез компактных нанокристаллических пленок гидроксиапатита / С. М. Баринов, Е. К. Белоногов и др. // ДАН. 2007. - Т. 412, № 3. -С. 347.

92. Иевлев, В. М. Синтез нанокристаллических пленок гидроксиапатита / В. М. Иевлев // Конденсиров. среды и межфазные границы. 2007. - Т. 9, № 3,. - С. 209.

93. Структура, элементный состав и механические свойства пленок, полученных методом ВЧМР гидроксиапатита / Э. П. Домашевская, С. М. Баринов, В. М. Иевлев, А. В. Костюченко, Е.К. Белоногов // Физика и химия стекла. 2008. - Т.34. - С. 798807.

94. Демьянов С.Е. Наноструктуры с треками быстрых тяжелых ионов /

95. С. Е. Демьянов, А. В. Петров, Е. К. Белоногов // Известия РАН. 2008. Т. 72, № 9. -С. 1262-1264.

96. Сигов, A.C. Сегнетоэлектрические тонкие пленки в микроэлектронике / А. С. Сигов // Соросовский образовательный журнал, 1996, -№10. С.83-91.

97. Huang, Z. Low temperature crystallization of lead zirconate titanate thin films by a sol gel method / Z. Huang, Q. Zhang, R. W. Whatmore // J. Apll. Phys, 1999, Vol. 85, №10. - P.7355-7361.

98. Chen Q., Wong K.H. Growth of highly oriented of Pb(Zrx Tiix)03 film on porous silicon / Q. Chen, К. H. Wong // Thin Solid Films, 2001. Vol. 397, - C.l-3.

99. Hiroshi Funakubo. Comparison of deposition behavior of Pb(Zr Ti)03 film and its end-member-oxide films prepared by MOCVD / Hiroshi Funakubo, Kuniharu Nagashima // Thin Solid Films, 2000. Vol. 368, - c.261-265.

100. Данцигер, А.Я. и др. Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов: физика, кристаллохимия, технология. Аспекты дизайна пьезоэлектрических материалов. Ростов-на-Дону, изд-во Ростовский университет, 2001,т. 1 с.408.

101. Бериш, Р., Распыление твердых тел ионной бомбардировкой / Р. Бериш. М. : Мир, 1986.-336 с.

102. Small Particles and Inorganic Clusters. Proceedings, Copenhagen, Denmark, 1996.

103. Fedrigo S., Haslett T. L., Moskovits M.: "Novel metal cluster complexes synthesized by matrix deposition of mass selected clusters", P.99.

104. Sawyer, C.B. Rochell salt as a dielectric / С. B. Sawyer, С. H. Tower // Phys. Rev. -1930.-Vol. 35.-P.269.

105. Лайнс, M. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы : пер. с англ. / Лайнс М., Гласс А. М. : Мир, 1981. 736 с.

106. Барфут, Дж. Полярные диэлектрики и их применение : пер. с англ. / Дж. Барфут, Дж. Тейлор. -М. : Мир, 1981. 526 с.

107. Кременчугский, JI.C. Сегнетоэлектрические приемники излучения / JI. С. Кременчугский. Киев : Наукова думка, 1972. - 234 с.

108. Lang, S.B. Sourcebook of pyroelectricity / S. B. Lang. New York ; London ; Paris : Gordon and Brech Sci. Publishers, 1974. - 562 p.

109. Пироэлектрический эффект и его практическое применение / В. Ф. Косоротов, Л. С. Кременчугский, В. Б. Самойлов, Л. В. Щедрина. Киев : Наукова думка, 1989. - 224 с.

110. Новик, В.К. Пироэлектрические преобразователи / В. К. Новик, Н. Д. Гаврилова, Н. Б. Фельдман. М. : Советское радио, 1979. - 176 с.

111. Glass, A.M. Investigation of electrical properties of SrixBaxNb206 with special referense to pyroelectric detection / A. M. Glass // J. Appl. Phys. 1969. - Vol. 40, № 12. -P.4699-4713.

112. Chynoweth, A.G. Dynamic method for measuring the pyroelectric effect with special reference to barium titanate/ A. G Chynoweth. // J. Appl. Phys. 1956. - Vol. 27. -P.76-84.

113. Chynoweth, A.G. Surface space charge layers in barium titanate. / A. G. Chynoweth//Phys. Rev. - 1956.-Vol. 102, -№ 3. - P.705-714.

114. Glass, A.M. Dielectric, thermal, and pyroelectric properties of ferroelectric LiTa03 / A. M. Glass // Phys. Rev. Vol. 1968. - Vol. 172, № 2. - P.564-571.

115. Физические и математические условия применения прямоугольной тепловой волны для исследования пироэффекта / О. В. Малышкина, А. А. Мовчикова, Н. Б. Прокофьева, О. Н. Калугина // Вестник ТвГУ. Сер. Физика. 2009. - Вып. 7. - С.48-62.

116. Пироэлектрические свойства пьезокерамических материалов / О. В. Малышкина, А. А. Мовчикова, Е. В. Барабанова, В. А. Головнин, А. В. Дайнеко, М. А. Соловьев, И. А. Эмбиль, С. И. Пугачев // Вестник ТвГУ. Сер. Физика. 2010. -Вып. 8.-С. 85-101.