Рост, структура и механические свойства пленок системы Li-Nb-O тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дыбов Владислав Анатольевич

• Дыбов Владислав Анатольевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Дыбов Владислав Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Литературный обзор

1.1. Структура и химический состав ниобата лития

1.2. Применение пленок ниобата лития

1.2.1. Оптические устройства на основе волноводов

1.2.2. Устройства на поверхностных акустических волнах (SAW)

1.2.3. Ячейки памяти и нейроморфные системы

1.3. Методы синтеза тонких пленок ниобата лития

1.3.1. Дискретное термическое испарение и конденсация в вакууме

1.3.2. Эпитаксия из жидкой фазы

1.3.3. Химическое осаждение из паровой фазы

1.3.4. Золь-гель процесс

1.3.5. Импульсное лазерное осаждение

1.3.6. Высокочастотное магнетронное распыление

1.4.Механизмы роста и ориентированная кристаллизация пленок

ниобата лития

1.5. Свойства пленок LiNbO3 и гетероструктур на их основе 27 ГЛАВА 2 Методика эксперимента

2.1 Метод получения пленок

2.2 Методы постконденсационной обработки

2.3 Методы исследования и пробоподготовки 38 ГЛАВА 3 Структурные превращения в результате

кристаллизации квазиаморфных пленок состава Li-Nb-O

3.1 Структура и фазовый состав пленок на основе ниобата лития

после термической обработки

3.2 Структура и фазовый состав пленок на основе ниобата лития

после фотонной обработки

ГЛАВА 4 Структура, субструктура и фазовый состав кристаллических

пленок на основе ниобата лития

2

4.1 Особенности роста пленок на начальных стадиях (интегральная толщина до 100 нм)

4.2 Тонкие пленки (толщина от 100 нм до 1 мкм)

4.2.1 Влияние условий процесса ВЧМР на структуру и фазовый

состав получаемых пленок

4.2.2 Влияние подложки на структуру, фазовый состав и ориентацию получаемых пленок

ГЛАВА 5 Механические свойства пленок ниобата лития

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Ниобат лития ЬЫ) является одним из наиболее

перспективных сегнетоэлектрических материалов достаточно широкого спектра применения характеризуется большими величинами температуры Кюри (Тс = 1210 °С), ширины запрещенной зоны (Eg = 3,7 еУ), пьезоэлектрических и электрооптических коэффициентов.

В настоящее время монокристаллический ниобата лития — это материал для функциональных сегнетоэлектрических элементов, оптоэлектроники (оптические волноводы, кольцевые микрорезонаторы), акустоэлектроники (пьезоэлектрические преобразователи в линиях задержки, фильтрах) и полупроводниковой электроники (ячейки энергонезависимой памяти FRAM). Применение пленок ниобата лития может значительно упростить технологию изготовления элементов при производстве МДП-структур.

Ряд существующих и потенциальных применений пленок LN предъявляет к ним следующие требования, обеспечивающие близость функциональных свойств к свойствам монокристаллов: однофазный состав, высокая степень одноосной или двухосной текстуры, минимальные значения внутренних напряжений, зачастую -шероховатость поверхности на уровне единиц нанометров, высокое качество границы пленка - положка.

Многие из предложенных способов синтеза пленок LN имеют существенные недостатки: жидкофазная эпитаксия и золь-гель процесс не исключают загрязнение пленок компонентами раствора; плазмоструйное распыление отмечается высокой производительностью, но не обеспечивает фазовую и структурную однородность пленок. Возможности управления фазовым составом и текстурой пленок реализуют вакуумные процессы: дискретное термическое испарение, импульсное лазерное испарение (PLD), высокочастотное магнетронное распыление (ВЧМР). При этом для первого процесса характерны предельно низкая скорость роста, что ограничивает его применение очень тонкими пленками. Для второго процесса свойственна большая скорость осаждения, при этом возможно развитие

шероховатости в следствие поступления на подложку жидкой фазы (капли). Наиболее перспективный процесс для нанесения пленок сложных оксидов -высокочастотное магнетронное распыление, в котором наиболее полно обеспечивается воспроизведение в пленке элементного состава мишени.

Несмотря на большое количество работ, по исследованию пленок LN, полученных в вакуумных процессах, отсутствуют однозначные представления о механизме роста пленок в процессе ВЧМР. При широком использовании в качестве подложек эпитаксиальных слоев (А1203, 7п0, 7г02 и др.) открытым остается вопрос о возможности получения текстурированных пленок на поверхности монокристаллического кремния. Также не достает данных по кристаллизации квазиаморфных пленок LN. Стоит отметить, что при относительно активном развитии подходов в создании гетероструктур на основе пленок ниобата лития, закономерности деформации в условиях механической нагрузки рассмотрены преимущественно для монокристаллов, и практически не рассмотрены для пленок ЬМ

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 18-33-00836 и № 18-29-11062) и государственного задания проект № FZGM-0007 «Нелинейные явления в функциональных и конструкционных гетероструктурах на основе оксидных систем».

Исходя из оценки состояния исследований пленок LN сформулирована цель работы: установление закономерностей морфологических и структурных превращений при росте пленок системы Li-Nb-O в процессе высокочастотного магнетронного распыления и последующей обработки.

В рамках поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Характеризация структуры пленок системы Li-Nb-O, выращенных на неподогреваемой подложке, и фазовых изменений, происходящих в процессе кристаллизации, активируемой последующей обработкой;

2. Исследование фазового состава, субструктуры и ориентации пленок на различных стадиях их роста на подогретых ориентирующих и неориентирующих подложках;

3. Установление параметров процесса, обеспечивающих формирование однофазных (ЫКЮ3) пленок с одноосной и двуосной текстурой;

4. Установление зависимости твердости и модуля упругости пленок от субструктуры.

Научная новизна исследования.

1. Предложен способ выращивания однофазных нанокристаллических текстурированных пленок LiNbO3 в процессе ВЧМР мишени состава Ь№Ю3, отличающийся тем, что процесс осуществляется с использованием одного ионно-плазменного источника и подложка размещается над областью прикатодного пространства, где воздействие плазмы на подложку максимальное при удельной мощности, выделяемой на магнетроне, от 15 до 35 Втсм-2(подтвержден патентом РФ №2762756).

2. Установлены эффекты пространственной неоднородности плазменного разряда и состава рабочего газа в формировании структуры и текстуры пленок LN;

3. Установлено, что структура пленок системы Li-Nb-O, полученных при Тп < 400°С, квазиаморфная;

4. Методами ПЭМ установлены структурно-морфологические изменения в пленках LN на подложках Si и SiO2, происходящие на стадиях роста от островковой до сплошной пленки;

5. Методом наноиндентирования установлено, что твердость кристаллических пленок ниобата лития (11 ГПа) соизмерима с твердостью монокристаллического LN.

Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологических процессов получения текстурированных и гетероэпитаксиальных пленок ниобата лития с параметрами, свойственными массивным образцам, что позволит использовать их в качестве функциональных слоев в МДП-гетероструктурах.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Структурно-морфологические изменения, происходящие в процессе роста пленок LiNbO3 на (001^ и SiO2/Si подложках, являются следствием дискретного зарождения, роста островков и их коалесценции (реализуется вид роста по Фольмеру и Вебберу);

2. Пространственная неоднородность плазменного разряда в процессе ВЧМР проявляется в зависимости текстуры пленки от положения подложки относительно зоны эрозии мишени;

3. Текстура пленок LN зависит от состава исходного рабочего газа на начальной стадии роста;

4. Деформация поликристаллических пленок ниобата лития носит упругопластический характер и с уменьшением размера зерен проявляется отрицательный эффект Холла-Петча.

Достоверность и надежность результатов.

Экспериментальные данные получены на достаточном количестве исследованных образцов, что обеспечивает надежность результатов. Достоверность полученных экспериментальных данных подтверждается их воспроизводимостью и использованием надежных и проверенных методик. Анализ экспериментальных данных проводился на основе большого количества литературных данных с использованием современных моделей и теоретических подходов. Всё перечисленное подтверждает достоверность полученных результатов и выводов диссертации.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Рост, структура и механические свойства пленок системы Li-Nb-O»

Апробация работы.

Результаты диссертации представлялись на следующих Международных и Российских конференциях и семинарах:

- VII Всероссийская конференция по наноматериалам «НАНО 2020» (Москва, 2020г.);

- 13-я Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым телом» (Минск, Беларусь, 2019г.);

- VI Международная молодежная научная конференция, посвященная 70-летию основания Физико - технологического института «Физика. Технологии. Инновации. «ФТИ - 2019» (Екатеринбург, 2019г.);

- XXIV Международная научная конференция «Релаксационные явления в твердых телах» (Воронеж, 2019г.);

- VIII Всероссийская конференция с международным участием, посвященная 100-летию Воронежского государственного университета «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах (ФАГРАН-2018)» (Воронеж, 2018г.);

- XV Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2018г.);

- VIII Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» (Москва, 2017г.);

- IX Международная научная конференция «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы будущего» (Иваново, 2017г.);

- II Всероссийская молодежная научно-техническая конференция с международным участием «Инновации в материаловедении» (Москва, 2015г.).

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе 7 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Автор принимал непосредственное участие в синтезе образцов, при анализе, систематизации, обсуждении результатов и подготовке статей к публикации. Экспериментальные данные, представленные в диссертации, получены автором лично.

Объём и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 171 наименования. Основная часть работы изложена на 101 страницах, содержит 44 рисунка и 4 таблицы.

ГЛАВА 1. Литературный обзор 1.1 Структура и химический состав ниобата лития

Кристаллическая структура ниобата лития, в основе которой лежит плотнейшая гексагональная упаковка из атомов кислорода, реализуется в пространственной группе симметрии Я3е. Октаэдрические пустоты этой упаковки заселены упорядоченно на 1/3 ниобием, на 1/3 литием, последняя треть октаэдров остаётся пустой. Фрагменты кристаллической структуры ниобата лития изображены на рисунках 1.1 и 1.2. Основу структуры составляют слегка деформированные кислородные октаэдры О6, соединённые между собой так, что у них имеются общие грани и рёбра. Кислородный каркас построен по типу плотнейшей гексагональной упаковки. Октаэдрические пустоты каркаса расположены вдоль полярной оси Ъ и только на две трети могут быть заполнены катионами (Ы+, ИЬ+5, примесные атомы), а остальные октаэдрические пустоты остаются вакантными. С этой точки зрения структурой, близкой к идеальной потенциально могут обладать монокристаллы стехиометрического состава (Я = 1) высокой степени совершенства. В кристаллах, обеднённых по литию, в том числе и в кристаллах конгруэнтного состава (Я = 0,946), катионная подрешётка существенно разупорядочена [1].

Достаточно «рыхлая» катионная подрешётка ниобата лития допускает внедрение в структуру самых разнообразных ионов. Для высокосовершенных кристаллов в формировании оптических характеристик наиболее важную роль играют дефекты, определяемые тонкими особенностями упорядочения катионной подрешётки, обусловленные незначительными изменениями отношения Я = Ы/ИЬ или присутствием малых количеств примесей, которые способны легко замещать ионы лития и ниобия в структуре и внедряться в вакантные октаэдрические пустоты, вызывая локальные изменения существующего порядка в расположении катионов вдоль полярной оси. При концентрациях примесей на уровне сотых и десятых долей процента могут существенно изменяться диэлектрические и оптические свойства кристалла.

а) Последовательность искаженных октаэдров вдоль полярной оси Ъ; б) Идеализированное расположение атомов в единичной ячейке, вид

по оси Ъ

Рис. 1.1 Кристаллическая структура ЬМЬ03 [1]

Рис. 1.2 - Расположение кислородных атомов относительно атомов лития и ниобия, соответствующее реальной структуре ЬЫЬ03 [1]

Ниобат лития - фаза переменного состава, отличающаяся широкой областью гомогенности на фазовой диаграмме (Рис. 1.3а) от 44,5 до 50,5 мол. % Li2O при 1460 °С и от 49,5 до 50,5 при 293 °С. Точка конгруэнтной кристаллизации, в которой состав расплава соответствует составу растущего из него кристалла, не совпадает со стехиометрией. Такие структуры обычно отличаются значительной пространственной неоднородностью и сложным спектром дефектов, создающих трудно моделируемый структурный беспорядок.

Рис. 1.3- Фазовая диаграмма системы Li2O-NЪ2O5(а) и ее укрупненный

фрагмент(б)

Положение точки конгруэнтного плавления на фазовой диаграмме находится в диапазоне составов от 48,3 до 48,65 мол. % Li2O. Одной из причин такой особенности может служить неконтролируемый дефицит кислорода в исходной пятиокиси ниобия, вносящий неопределенность в отношение R=Li/Nb уже на стадии приготовления исходной реакционной смеси. Другой причиной может быть разная летучесть основных компонентов, что в зависимости от термической предыстории (режимов синтеза шихты и времени экспозиции расплава) может приводить к изменению отношения R.

С использованием этих зависимостей разработан ряд методик контроля

однородности кристалла ниобата лития и отклонения его состава от

стехиометрического. Эти методы, основанные на измерении какой-либо из

11

физических характеристик кристалла, являются косвенными и должны опираться на измерения, выполненные прямыми методами химического и физико -химического анализа. Состав конгруэнтного плавления однозначно определяется лишь положением дистектической точки на фазовой диаграмме системы Li2O-ЫЬ205. Более того, использование некоторых методов в значительной степени ограничивается существенной зависимостью физических свойств кристалла от степени его структурного совершенства и присутствия неконтролируемых примесей. Таким образом, методы могут давать разные результаты для различных кристаллов даже при одинаковом отношении R в них.

Кроме того, свойства ниобата лития и степень его однородности сильно зависят от термической предыстории кристалла. При понижении температуры ниже 910 °С пределы растворимости резко сужаются (Рис. 1.3б) и может выпадать новая фаза. Ниже 910 °С интервал растворимости может составлять только 0,5 мол.% по каждую сторону от точки, соответствующей стехиометрическому составу. Таким образом, состав конгруэнтного плавления оказывается вне области гомогенности. Поскольку установление равновесия при температурах ниже 910 °С требует весьма длительного времени (сотни часов), то неравновесные составы можно получать методом быстрого охлаждения, учитывая при этом, что кристаллы одинакового состава, подвергнувшиеся послеростовому отжигу в неодинаковом режиме, могут отличаться по степени однородности.

Ниобат лития является типичной конгруэнтно плавящейся нестехиометрической фазой переменного состава. Характерной особенностью фазовой диаграммы ниобата лития является то, что максимумы на кривых ликвидуса и солидуса оказываются сильно сглаженными и положение дистектической точки не совпадает со стехиометрическим составом (рис. 1.3). При переходе вдоль области гомогенности наблюдается монотонное изменение различных свойств и в ее пределах нет четко определенного состава, который бы характеризовался максимальным порядком в расположении разноименных атомов или ионов. Кристалл стехиометрического состава с R=1 - не обладает какими-либо особыми свойствами.

1.2 Применение пленок ниобата лития.

Идея интеграции сегнетоэлектриков и полупроводников, впервые реализованная в 60-е годы прошедшего века, продолжает развитие в создании ряда многофункциональных устройств на основе объединения уникальных свойств сегнетоэлектриков (энергонезависимая память, электрооптическая модуляция, пьезоэлектрическая чувствительность) и возможностей интегральной полупроводниковой технологии. В этом разделе рассмотрены основные устройства.

1.2.1 Оптические устройства на основе волноводов.

Одно из перспективных применений ниобата лития как элементной базы электрооптических устройств - это высокоскоростные (>20 ГГц) модуляторы. Тонкопленочный LiNЪO3, в отличие от объемного, обеспечивает более высокую интенсивность на единицу мощности в волноводах, и соответственно больший нелинейно-оптический эффект, и меньшую длину взаимодействия. Возможность формирования пленки на различных подложках, расширяет спектр практических приложений.

Вследствие высокой степени оптической локализации в волноводе в тонкопленочных волноводных оптических модуляторах необходима существенно меньшая мощность управляющего сигнала по сравнению с объемными электрооптическими устройствами. Одним из ключевых вопросов при рассмотрении применимости пленок LiNЪO3 в волноводах является раскрытие механизмов исключения или минимизации оптических потерь (включающих поглощение, утечки, внутреннее рассеяние, поверхностное рассеяние и рассеяние на границах раздела) и обусловленные ими требования, предъявляемые к структуре пленки и поверхностям раздела.

Утечки проявляются, например, в тех случаях, когда тонкопленочный

волновод формируется на подложке с высоким показателем преломления

13

(например, с п = 3,8 для X = 633 нм), и оптическая мода будет неизбежно «утекать» в подложку. Степень утечек зависит от толщины пленки и, как показали расчеты [11], для достижения предельно допустимого уровня утечек 1 дБ/см необходимо формирование пленок LiNbO3 толщиной около 400 нм.

Внутреннее рассеяние является естественным процессом при сопряжении оптической моды в волноводе и другой, например, излучательной моды. Изменения величины показателя преломления неизбежно вызывает рассеяние в волноводе. Это происходит из-за неоднородности материала волновода (пленки): наличие аморфных включений, нежелательных фаз (Ы№308, Ы3№04), разориентация зерен в поликристаллической пленке. Даже в высоко текстурированных поликристаллических пленках может быть значительное внутреннее рассеяние вследствие наличия субграниц и внутренних механических напряжений. Поверхностное рассеяние и рассеяние на границах раздела сильно зависит от шероховатости поверхности и может превышать объемное рассеяние. Критической является величина шероховатости порядка 1 нм, обеспечение которой представляет непростую технологическую задачу, требующую решения на этапе роста пленок LiNЮ3.В работе [12] показано, что независимо от метода получения сегнетоэлектрических пленок на сапфировых подложках, существует устойчивая корреляция между толщиной пленок и шероховатостью их поверхности, которая, как правило составляла 1% от толщины. Авторы объясняют такую тенденцию эффектом образования зернограничных желобков в результате конкуренции поверхностной энергии межзеренных границ и энергии свободной поверхности в процессе роста пленки при коалисценции островков. Минимизация полной энергии происходит посредством образования желобков.

Отсюда следует, что основной путь уменьшения оптических потерь в волноводах - это формирование высококачественных двухосных текстур пленок Ы№03, а лучше эпитаксиальных структур, что является сложной задачей.

1.2.2 Устройства на поверхностных акустических волнах (SAW)

Поверхностные акустические волны (SAW1) переносят большую часть своей энергии в приповерхностном слое материала толщиной в пределах одной-двух акустических длин волн. Это дает возможность осуществлять их взаимодействие с веществом на такой поверхности. Кроме того, SAW также могут иметь связанное с ними электрическое поле, если возбуждаются в пьезоэлектрическом материале. Это взаимодействие вызывает изменение характеристик волны (амплитуда, фаза, скорость и т.д.) что лежит в основе функционирования химических сенсоров на SAW. Не рассматривая принцип действия таких сенсоров (он детально изложен в ряде исчерпывающих обзоров, например в [13]), акцентируем внимание лишь на требованиях к материалу для их создания.

Материалам для устройств на SAW должны быть свойственны в первую очередь: пьезоэлектрический эффект, высокая температура Кюри, большое удельное электрическое сопротивление, высокая пьезочувствительность. Для ниобата лития характерны все перечисленные свойства, поэтому он стоит в одном ряду с наиболее востребованными пьезоэлектрическими материалами, такими как кварц, цирконат-титанат свинца (Pb(ZrTi)O3), титанат бария (BaTiO3) и титанат висмута (Bi4Ti3O12), превосходя по некоторым параметрам конкурентов. В частности, исключительно высокая температура Кюри и большая пьезоэлектрическая постоянная характеризуют ниобат лития как уникальный материал для высокотемпературных акустических сенсоров.

В работах [14, 15, 16] отмечается, что параметры фильтров на SAW в значительной мере зависит от структуры и морфологии поверхности пленок LiNbO3. Показано [14], что SAW фильтры имели плохие характеристики, вследствие большой шероховатости поверхности и пористости пленок. В [16] к основным характеристикам пленок для SAW фильтров относят наличие преимущественной ориентации и малую шероховатость поверхности пленок,

1 SAW(surface acoustic wave) - поверхностная акустическая волна.

15

которые в значительной степени зависят от способа их синтеза. Авторы работы [17], отмечая трудность в формировании ориентированных пленок LiNbO3 в процессе химического осаждения из паровой фазы, показали, что созданное SAW устройство работало на частоте 6,3 ГГц, соответствующей скорости SAW 12500 м/с, т.е. превышающей аналогичную характеристику для объемного LiNbO3.

В работе [18] на примере созданного SAW фильтра на основе пленок LiNbO3, синтезированных в процессе высокочастотного магнетронного распыления (ВЧМР) на алмазных подложках, отмечают сильную зависимость структуры от технологических режимов этого процесса и предлагают оптимальные температуру подложки, состав реактивного газа и мощность магнетрона. Однофазная кристаллическая структура пленок и относительно низкая шероховатость поверхности (~10 нм) обеспечивали работу SAW фильтра на частоте 2 ГГц при скорости SAW 8200 м/с.

1.2.3 Ячейки памяти и нейроморфные системы.

Тонкие пленки LiNbO3 могут стать основой для создания перспективных видов RAM2 памяти, таких как FRAM (FeRAM)3 и RRAM (ReRAM)4.

Существует относительно большое количество работ, направленных на изучение возможности применения тонких пленок LiNbO3 в FRAM ячейках (например [19, 20, 21, 22, 23]), и в этом аспекте можно выделить следующие основные задачи:

- выращивание однофазных, ориентированных, бездефектных пленок LiNbO3 с сегнетоэлектрическими характеристиками, близкими к соответствующим для объемного монокристалла;

- создание идеальных границ раздела гетероперехода пленка/подложка.

2

RAM(random-access memory) - память с произвольным доступом к ячейкам.

3 FRAMferroelectric random-access memory) - память с произвольным доступом к ячейкам, основанная на принципе сегнетоэлектрической записи.

4 RRAM(resisftve random-access memory) - память с произвольным доступом к ячейкам, основанная на принципе резистивной записи.

При условии решения этих задач тонкие пленки LiNbO3 в качестве основного функционального элемента могут заменить традиционные сегнетоэлектрические материалы (PbZrxTii-xO3, ВаТЮз и SrBi2Ta2O9) в ячейках создаваемой в настоящее время FRAM памяти [24, 25, 26, 27]. Использование MOS гетероструктур металл/LN/Si позволит внедрить ячейки FRAM, применяя два дополнительных масочных шага при производстве обычных CMOS5-структур. Это делает возможным, например, интеграцию FRAM в микроконтроллеры. Упрощение технологических этапов производства ячеек FRAM памяти позволит ей, вследствие значительных преимуществ [25, 28], конкурировать на массовом рынке с доминирующей на сегодня Flash- памятью.

В ряде работ показаны возможности применения пленок LiNbO3 в ячейках RRAM памяти и нейроморфных сетях на базе мемристоров [29, 30, 31, 32]. Основная задача в этом направлении состоит в разработке общей фундаментальной модели, описывающей поведение мемристоров. Так, в [33, 34] сообщалось о мемристивном эффекте в пленках TiO2, где изменение сопротивления связывали с движением вакансий кислорода, активированным электрическим током (так называемый процесс электроформирования). В [35] мемристивный эффект был продемонстрирован в пленках VO2, где механизм памяти связан с переходом изолятор-металл в этих структурах [36].

Модель мемристивного проявления в гетероструктурах на основе LiNbO3 связывают чаще всего по аналогии с TiO2, с движением кислородных вакансий [29, 32], но как отмечается в работе [30] эта модель не идеально коррелирует с экспериментальными данными, а в работе [31] представлены некоторые доказательства, предполагающие участие ионов лития в процессе резистивного (мемристивного) переключения.

На сегодняшний день применительно к RRAM LiNbO3 видится в качестве альтернативного материала, поскольку решения на его основе технологически более сложные, и ему трудно конкурировать с близкой к производству технологии

5 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) - комплементарная структура металл-оксид-полупроводник.

17

RRAM на базе аморфного SiO2 [37]. Но как сообщается в некоторых работах [29, 30, 31], LiNbO3 имеет большую перспективу применительно к нейроморфным системам.

В результате создания твердотельных накопителей на базе ячеек RAM памяти FRAM и RRAM станет возможным получение более надежных, высокоскоростных, долговечных и защищенных накопителей информации по сравнению с Flash-накопителями и HDD6. В свою очередь нейроморфные системы могут стать основой, для создания самообучающегося искусственного интеллекта.

Потенциальные области применения пленок LiNbO3 значительно расширяет обнаружение в них ферромагнетизма. В работах [38, 39] предложено легировать пленки LiNbO3 методом имплантации ионов. Авторы предлагают механизм, согласно которому Co замещает Nb в решетке ниобата лития. В подтверждение этого механизма в работах [40, 41] показано, что кислородные вакансии ответственны за проявление ферромагнитных свойств в наночастицах LiNbO3. В работе [40] показали, что механо-химический синтез LiNbO3 с последующим отжигом, приводящий к образованию высокой концентрации кислородных вакансий позволяет получать образцы, проявляющие ферромагнитные свойства.

Хотя практическое использование мультиферроидных свойств ниобата лития находится на стадии разработки, активизация работ по синтезу пленок, создает предпосылки успешной интеграции в существующую элементную базу оптоэлектроники.

1.3. Методы синтеза тонких пленок ниобата лития

При выборе процесса синтеза пленок LiNbO3, необходимо опираться на его возможности сохранения элементного состава и структуры объемного материала, а также на возможность воспроизведения данного процесса. Известно множество вариантов способов синтеза пленок ниобата лития. В основном это следующие

6 HDD(Aard (magnetic) disk drive, HMDD) - память с произвольным доступом к ячейкам, основанная на принципе магнитной записи.

процессы: золь-гель процесс, дискретное термическое испарение в вакууме; импульсная лазерная абляция (PLD7); высокочастотное магнетронное распыление (ВЧМР 8); химическое осаждение из паровой фазы (CVD9); жидкофазная эпитаксия (LPE10); ионно-лучевое распыление (IBS11); процесс Печини [42].

1.3.1 Дискретное термическое испарение и конденсация в вакууме

В одной из первых работ по применению этого способа к ниобату лития [43] была исследована возможность ориентированной кристаллизации пленок LiNbO3 на поверхности тонких (менее 1 мкм) эпитаксиальных пленок (111)Ag.

Низкая производительность способа и разработки более совершенных способов привели к тому, что термическое испарение уже не используется.

1.3.2 Эпитаксия из жидкой фазы

В 1975г. впервые была показана возможность синтеза пленок LiNbO3 на поверхности монокристаллического LiTaO3 [44, 45, 46, 47].

И хотя метод редко используется для получения пленок ниобата лития, есть сообщения об успешном создании этим методом оптических волноводов на основе тонких пленок LiNbO3 на монокристаллическом ниобате лития [48, 49]. Отмечается, что при легировании атомами Zn шероховатость пленок растет с ростом концентрации примеси. При таком легировании достигнут низкий уровень оптических потерь (0,154 ± 0,002 дБ/мм, X = 1 мкм), а шероховатость поверхности достигала рекордно малой величины (0,2-0,3 нм). В процессе псевдоморфного эпитаксиального роста между пленкой и подложкой образуется переходный слой Zn:LiNbO3 с содержанием цинка, зависящим от температуры подложки. При этом

7 PLD(pulsed laser deposition) - импульсная лазерная абляция (осаждение)

8 RFMS(radio frequency magnetron sputtering) - высокочастотное магнетронное осаждение

9 CVD(chemical vapor deposition) - химическое осаждение из газовой фазы

10 LPE(liquidphase epitaxy) - эпитаксия из жидкой фазы

11 IBS(ion beam sputtering) - ионно-лучевое распыление.

разница в показателе преломления на границе пленка - подложка зависела от содержания 7п в пленке [48].

1.3.3 Химическое осаждение из паровой фазы

На синтез пленок ЫКЪ03 в процессе СУО основное влияние оказывает давление смеси в реакторе. Установлено [50], что при пониженном давлении (~266,6 Па) на сапфировых подложках образуются поликристаллические пленки, содержащие фазы ЫКЪ03 и LiNЪ308. Повышение давления до ~2666 Па приводило к образованию однофазных пленок LiNЪO3, с текстурой <0001>. Величина напряжений в пленках уменьшалась от 1,3 ГПа до 0,9 ГПа с увеличением давления от ~666,5 Па до ~101,3 кПа.

1.3.4 Золь-гель процесс

Впервые возможность получения пленок мультикомпонентных оксидов была показана в работе [51], относительно широко для получения пленок Ы№03 золь-гель процесс начали использовать с конца 80-х годов [52, 53].

Ввиду высокой реактивности геля формирование пленок происходит при существенно более низких температурах по сравнению с другими способами. Способ крайне трудоемкий и ресурсозатратный (в процессе приготовления золя используются достаточно дорогостоящие прекурсоры), а синтезируемые им пленки Ы№03 часто содержат дополнительные фазы (Ы№308 и №205).

Авторы работы [54] связывают образование фазы LiNЪ308 с протеканием реакции между LiNbO3 и слоем естественного оксида на поверхности подложки. При этом отмечается зависимость содержания LiNЪ308 в полученных пленках от температуры отжига.

Шероховатость зависит как от условий осаждения, так и молярной концентрации компонентов в растворе [55]: от 10,6 нм до 16 нм при изменении концентрации от 0,25 до 1 моль/л.

1.3.5 Импульсное лазерное осаждение

Впервые возможность синтеза сегнетоэлектрических пленок способом РЬЭ показали авторы работы [56]. При этом широкое распространение для синтеза пленок ЫИЬО3 способ получил только в 1990-е годы [57, 58, 59, 60].

Способ РЬЭ базируется на процессе абляции мишени при воздействии коротких импульсов (20-30 с) сфокусированного лазерного излучения. Держатель подложек находится в атмосфере с повышенным давлением кислорода, необходимым для формирования оксида. Характеристики пленок зависят от распределения компонентов потока при абляции, давления газа в камере, расстояния от мишени до подложки, энергии и частоты импульсов лазерного излучения.

Пленки, выращенные в процессе РЬЭ, как правило, были неоднородными по составу и структуре. В ряде ранних работ установлено образование Ы-дефицитной фазы ЫМЬ3О8 [58, 59, 60]. В качестве эффективного средства было предложено использовать обогащенную литием мишень [58]. Имеются данные о зависимости образования фазы ЫМЬ3О8 от взаимного расположения подложки и мишени [61], и содержания кислорода в рабочей среде [62].

В более поздних работах [63, 64, 65] установлена зависимость элементного состава, структуры и морфологии поверхности пленок от структуры мишени и режимов РЬЭ. В процессе абляции монокристаллической мишени на подложках из сапфира и структурах 8Ю2/81 при Тп = ~700 °С [63] получены однородные по структуре пленки состава, близкого к стехиометрии ЫМЬО3, с размером зерен 50200 нм, не содержащим трещин. При этом отмечается, что пленки, полученные на сапфире, характеризуются большей прозрачностью по сравнению с пленками на гетероструктурах SiO2/Si.

В работе [64] при синтезе поликристаллических пленок ЫМЬО3 на

поверхности гетероструктур нанокристаллический алмаз^ (Тп = 650 °С) была

установлена нелинейная зависимость средней шероховатости поверхности от

парциального давления кислорода. Наблюдаемую зависимость объясняют

21

конкуренцией процессов рассеяния на атомах рабочей среды (при высоком давлении) и вторичном распылением фронта роста (при малых давлениях).

В работе [65] тоже сообщается об успешном синтезе высокоориентированных пленок LiNЮ3 с одноосной текстурой <0001> на подложках 8Ю2/Б1, при Тп = 650 °С. Установлена зависимость степени преимущественной ориентации от температуры подложки в процессе роста пленки: с повышением Тп степень ориентации уменьшается до формирования пленок с произвольной ориентацией зерен при 750 °С. При этом, однофазные пленки Ы№03 с текстурой <0001> формируются только при давлении кислорода в рабочей камере 40 Па. Повышение давления кислорода подавляет формирование несегнетоэлектрической фазы Ы№308.

Минимальную шероховатость (4,3 нм) достигали при температуре подложек 600 °С; при 500 °С она увеличивалась до 5,1 нм, а при 700 °С - до 5,8 нм. Минимум оптических потерь соответствовал минимальной шероховатости. Авторы объясняют такую зависимость шероховатости от температуры подложки изменением подвижности адатомов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дыбов Владислав Анатольевич, 2022 год

Список литературы

1. Кузьминов Ю.С. Ниобат и танталат лития - материалы для нелинейной оптики // Наука. 1975. 224 C.

2. Matthias B.T., Remeika J.P. Ferroelectricity in the Ilmenite Structure // Phys. Rev. American Physical Society. 1949. Vol. 76. № 12. P. 1886-1887.

3. Ballman A.A. Growth of piezoelectric and ferroelectric materials by the Czochralski technique // J. Am. Ceramic Soc. 1965. Vol. 48. № 2. P. 112

4. Wong K.K. Properties of lithium niobate // London: INSPEC/Institution of Electrical Engineers. 2002. P. 417.

5. Volk T., Wohlecke M. Lithium niobate: defects, photorefraction and ferroelectric switching // Berlin;Heidelberg: Springer. 2008. P. 247.

6. Щербина О., Палатников М., Коханчик Л. Синтез, свойства кристаллов LiNbO3 и LiTaO3 с микро- и наноструктурами // LAP. 2013. C. 168.

7. Muralt P. et al. Ferroelectric thin films for micro-sensors and actuators: a review // J. Micromechanics Microengineering. 2000. Vol. 10. № 2. P. 136-146.

8. Jayadevan K.P., Tseng T.Y. Review composite and multilayer ferroelectric thin films: Processing, properties and applications // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2002. Vol. 13. № 8. P. 439-459.

9. Poberaj G. et al. Lithium niobate on insulator (LNOI) for micro-photonic devices // Laser Photon. Rev. 2012. Vol. 6. № 4. P. 488-503.

10. Buchal C., Siegert M. Ferroelectric thin films for optical applications // Integr. Ferroelectr. 2001. Vol. 35. № 1. P. 1-10.

11. Pogossian S.P., Le Gall H. Modeling planar leaky optical waveguides // J. Appl. Phys. 2003. Vol. 93. № 5. P. 2337.

12. Fork D.K., Armani-leplingard F., Kingston J.J. Application of Electroceramic Thin Films to Optical Waveguide Devices // MRS Bull. 1996. № July. P. 53-58.

13. Wohltjen H. Mechanism of operation and design considerations for surface acoustic wave device vapour sensors // Sensors and Actuators. 1984. Vol. 5. №2 4. P. 307325.

14. Lee T.C. et al. Surface acoustic wave applications of lithium niobate thin films // Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. № 2. P. 191-193.

15. Runde D. et al. Integrated optical electric field sensor based on a Bragg grating in lithium niobate // Appl. Phys. B. 2006. Vol. 86. № 1. P. 91-95.

16. Shih W.-C. et al. Growth of C-Axis Oriented LiNbO3 Film on Sapphire by Pulsed Laser Deposition for Surface Acoustic Wave Applications // Jpn. J. Appl. Phys. 2008. Vol. 47. № 5. P. 4056-4059.

17. Kadota M. et al. High-frequency lamb wave device composed of MEMS structure using LiNbO3 thin film and air gap // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2010. Vol. 57. № 11. P. 2564-2571.

18. Dogheche E. et al. Growth Process and Surface Acoustic Wave Characteristics of LiNbO3/Diamond/Silicon Multilayered Structures // Jpn. J. Appl. Phys. 2003. Vol. 42. № Part 1. №. 2A. P. 572-574.

19. S. Tan, T. Gilbert. et al. Sputter deposited c-oriented LiNbO3 thin films on SiO2 // J. Appl. Phys. 1996. Vol. 79. № 7. P. 3548-3553

20. Moon S. at al. Characteristics of Metal-LiNbO3-Si for a Single Transistor FRAM // Conference: Applications of Ferroelectrics. 2000. ISAF 2000. Proceedings of the 2000 12th IEEE International Symposium on. 2000. Vol. 2.

21. Vinay Gupta. et al. Growth and characterization of c-axis oriented LiNbO3 film on a transparent conducting Al:ZnO inter-layer on Si // J. Mater. Res. 2004. Vol. 19. №. 8. P. 2235-2239.

22. Lanzhong Hao. et al. Epitaxial fabrication and memory effect of ferroelectric LiNbO3 film/AlGaN/GaN heterostructure // Appl. Phys. Lett. 2009. Vol. 95. 232907.

23. Peng You,.et al. Growth of highly near-c-axis oriented ferroelectric LiNbO3 thin films on Si with a ZnO buffer layer // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 102. 051914.

24. Зайцев И. Что же стало с FRAM памятью? // Компоненты и технологии. 2007. № 8. С. 60-64.

25. Такиев А.С. Будущие технологии памяти: FeRAM изнутри. 2003. https://3dnews.ru/172104.

26. Патент US8658435 B2

27. Патент US6605835 B2

28. Scott J.F., Paz de Araujo C.A. Ferroelectric memories // Science 1989. Vol. 246. P. 1400-1405.

29. Wang Shu et al. Experimental study of LiNbO3 memristors for use in neuromorphic computing // Microelectronic Engineering. 2017. Vol. 168 P. 37-40.

30. Haitao Li. et al. Memristive behaviors of LiNbO3 ferroelectric diodes // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 97. 012902.

31. Jordan D. Greenlee, Cole F. Petersburg et al. In-situ oxygen x-ray absorption spectroscopy investigation of the resistance modulation mechanism in LiNbO2 memristors // Appl. Phys. Lett. 2012. Vol. 100. 182106.

32. Xinqiang Pan. et al. Rectifying filamentary resistive switching in ion-exfoliated LiNbO3 thin films // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 108. 032904.

33. Strukov D. B. et al. The missing memristor found // Nature (London). 2008. Vol. 453. P. 80-83.

34. Yang J.J. et al. Memristive switching mechanism for metal/oxide/metal nanodevices // Nature Nanotechnol. 2008. Vol. 3. P. 429-433.

35. Driscoll T. et al. Phase-transition driven memristive system // Appl. Phys. Lett. 2009. Vol. 95, P. 043503/1-043503/3.

36. Massimiliano Di Ventra. et al. Elements with Memory: Memristors, Memcapacitors, and Meminductors // IEEE. 2009. Vol. 97. № 10. P. 1717-1724.

37. Патент US 20130134379 A1

38. Sheng P. et al. Structure and ferromagnetism in vanadium-doped LiNbO3 // J. Appl. Phys. 2012. Vol. 112. № 3. P. 1-7.

39. Song C. et al. Room temperature ferromagnetism and ferroelectricity in cobalt-doped LiNbO3 film // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 92. № 26. P. 2901-262901.

40. Diaz-Moreno C. et al. Multiferroic response of nanocrystalline lithium

niobate // J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111. № 7. P. 5-8.

88

41. Ishii M. et al. Ferromagnetism of Nano-LiNbO3 with Vacancies // Trans. Mater. Res. Soc. Japan. 2012. Vol. 37. № 3. P. 443-446.

42. Vasconcelos N.S.L.S. et al. Epitaxial growth of LiNbO3 thin films in a microwave oven // Thin Solid Films. 2003. Vol. 436. № 2. P. 213-219.

43. Постников В.С., Иевлев В.М., Золотухин И.В., Родин Г.С. Выращивание эпитаксиальных пленок LiNbO3 // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1973. Т. 9. № 8. С. 1455—1456.

44. Ballman A.A. et al. The growth of LiNbO3 thin films by liquid phase epitaxial techniques // Journal of Crystal Growth. 1975. Vol. 29. № 3. P. 289-295.

45. Kondo S. et al. Liquid-phase-epitaxial growth of single-crystal LiNbO3 thin film // Applied Physics Letters. 1975. Vol. 26. № 9. P. 489-491.

46. Miyazawa S., Fushimi S., Kondo S. Optical waveguide of LiNbO3 thin film grown by liquid phase epitaxy // Applied Physics Letters. 1975. Vol. 26. № 1. P. 8-10.

47. Ballman A.A., Tien P.K. Technique for growth of thin film lithium niobate by liquid phase epitaxy. Google Patents, 1976.

48. Dubs C. et al. Rib waveguides based on Zn-substituted LiNbO3 films grown by liquid phase epitaxy // Opt. Mater. (Amst). 2009. Vol. 31. № 11. P. 1650-1657.

49. Lu Y., Dekker P., Dawes J.M. Growth and characterization of lithium niobate planar waveguides by liquid phase epitaxy // J. Cryst. Growth. 2009. Vol. 311. № 5. P. 1441-1445.

50. Margueron S. et al. Effect of deposition conditions on the stoichiometry and structural properties of LiNbO3 thin films deposited by MOCVD // Proc. SPIE 8626, Oxide-based Materials and Devices IV, 862612. 2013. Vol. 8626. P. 862612-862618.

51. Dislich H. New Routes to Multicomponent Oxide Glasses // Angew. Chemie Int. Ed. English. 1971. Vol. 10. № 6. P. 363-370.

52. Hirano S., Kato K. Formation of LiNbO3 films by hydrolysis of metal alkoxides // J. Non. Cryst. Solids. 1988. Vol. 100. № 1. P. 538-541.

53. Nashimoto K., Cima M.J. Epitaxial LiNbO3 thin films prepared by a sol-gel process // Mater. Lett. 1991. Vol. 10. № 7-8. P. 348-354.

54. Simoes A.Z. et al. Potassium niobate thin films prepared through polymeric precursor method // Mater. Lett. 2004. Vol. 58. № 20. P. 2537-2540.

55. Fakhri M.A. et al. Optical investigation of nanophotonic lithium niobate-based optical waveguide // Appl. Phys. B Lasers Opt. 2015. Vol. 121. № 1. P. 107-116.

56. Schwartz H., Tourtellotte H.A. Vacuum Deposition by High-Energy Laser with Emphasis on Barium Titanate Films /. Vac. Sci. Technol. 1969. Vol. 6. P. 3763

57. Baumann R.C., Rost T.A., Rabson T.A.. Deposition and physical characterization of thin films of lithium niobate on silicon substrates // J. Appl. Phys. 1990. Vol. 68. P. 2989.

58. Shibata Y., Kaya K., Akashi K. Epitaxial growth of LiNbO3 thin films by excimer laser ablation method and their surface acoustic wave properties // J. Appl. Phys. 1992. Vol. 61. P. 1000.

59. Ogale S. B. et al. Pulsed laser deposition of stoichiometric LiNbO3 thin films by using O2 and Ar gas mixtures as ambients // J. Appl. Phys. 1992. Vol. 11. P. 5718.

60. Lee S.H. et al. Low - temperature growth of epitaxial LiNbO3 films on sapphire (0001) substrates using pulsed laser deposition // J. Appl. Phys. 1995. Vol. 67. P. 43.

61. Gonzalo J. et al. Li deficiencies in LiNbO3 films prepared by pulsed laser deposition in a buffer gas // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 82 P. 3129.

62. Balestrino G. et al. Epitaxial LiNbO3 thin films grown by pulsed laser deposition for optical waveguides // Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 78 P. 1204.

63. Jelinek M. et al. Composition, XRD and morphology study of laser prepared LiNbO3 films // Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 2013. Vol. 110. № 4. P. 883-888.

64. Wang X. et al. Oxygen pressure dependent growth of pulsed laser deposited LiNbO3 films on diamond for surface acoustic wave device application // J. Cryst. Growth. 2013. Vol. 375. P. 73-77.

65. Wang X. et al. Influence of substrate temperature on the growth and optical waveguide properties of oriented LiNbO3 thin films // J. Cryst. Growth. 2007. Vol. 306. P. 62-67.

66. Foster N.F. The deposition and piezoelectric characteristics of sputtered lithium niobate films // J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40. № 1. P. 420-421.

67. Russo D.P.G., Kumar C.S. Sputtered ferroelectric thin-film electro-optic modulator // Appl. Phys. Lett. 1973. Vol. 23. № 5. P. 229-231.

68. Takada S. et al. Optical waveguides of single-crystal LiNbO3 film deposited by rf sputtering // Appl. Phys. Lett. 1974. Vol. 24. № 10. P. 490.

69. Hewig G.M. et al. R.F. Sputtering of LiNbO3 thin films // Thin Solid Films. 1982. Vol. 88. № 1. P. 67-74.

70. Rabson T.A., Baumann R.C., Timothy A. Ferroelectrics Thin film lithium niobate on silicon // Ferroelectrics. 1990. Vol. 112. № February 2013. P. 265-271.

71. Kanata T., Kobayashi Y., Kubota K. Epitaxial growth of LiNbO3-LiTaO3 thin films on AbO3 // J. Appl. Phys. 1987. Vol. 62. № 7. P. 2989-2993.

72. Iyevlev V. et al. Electrical and structural properties of LiNbO3 films, grown by RF magnetron sputtering // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2011. Vol. 22. № 9. P. 1258-1263.

73. Иевлев В.М. и др. Структура и свойства пленок LiNbO3, полученных методом высокочастотного магнетронного распыления // Перспективные материалы. 2010. Том. 3. С. 26-33.

74. Сидоров Н.В., Калинников В.Т. Процессы разупорядочения в сегнетоэлектрических кристаллах и их проявление в спектрах комбинационного рассеяния света // Апатиты: изд. Кольского научного центра РАН. 2001. 158 с.

75. Sumets M. et al. Electrical properties of Si-LiNbO3 heterostructures grown by radio-frequency magnetron sputtering in an Ar + O2 environment // Thin Solid Films. 2014. Vol. 552. P. 32-38.

76. Akazawa H., Shimada M. Factors driving c-axis orientation and disorientation of LiNbO3 thin films deposited on TiN and indium tin oxide by electron cyclotron resonance plasma sputtering // J. Appl. Phys. 2006. Vol. 99. № 12. P. 124103.

77. Иевлев В.М., Родин Г.С. Рост и структура конденсированных пленок BaTiO3 и LiNbO3 // Сб. Вопросы физики твердого тела. - Воронеж: ВПИ, 1973. С. 136-141.

78. Родин Г.С. Получение, субструктура, ориентация и фазовый состав пленок ниобат лития: дис. канд. ф.-м. наук. Воронеж, 1986.

79. Park S.K. et al. Properties of LiNbO3 thin film prepared from ceramic Li-Nb-K-O target // Solid State Commun. 1999. Vol. 111. № 6. P. 347-352.

80. Глезер А.М., Шурыгина Н.А. Аморфно-нанокристаллические сплавы // М.: Физ.-мат. лит. 2013. 452 с.

81. Simoes A.Z. et al. Influence of oxygen atmosphere on crystallization and properties of LiNbO3 thin films // J. Eur. Ceram. Soc. 2004. Vol. 24. № 6. P. 1607-1613.

82. Kiselev D. A. at al. Effect of Annealing on the Structure and Phase Composition of Thin Electro-Optical Lithium Niobate Films // Inorganic Materials. 2014. Vol. 50. № 4. P. 419-422.

83. Абросимова Г.Е. Эволюция структуры аморфных сплавов // УФН. 2011. Т. 181. С. 1265-1281.

84. База данных PCPDFWIN, № 820459, 740312, 772144.

85. Вавилова В.В., Иевлев В.М., Канныкин С.В., Ильинова Т.Н., Заболотный В.Т., Корнеев В.П., Аносова М.О., Балдохин Ю.В. Нанокристаллизация и изменение свойств аморфного сплава Fe80,2P17,1Mo2,7 при термической и фотонной обработках // Металлы. 2014. № 6. С. 43-50

86. Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Дыбов В.А. и др. Синтез ниобата лития в процессе кристаллизации аморфной пленки системы Li-Nb-O // Неорг. Мат. 2019. Т. 55, № 12.

87. Хейденрайх Р. Основы просвечивающей электронной микроскопии. М.: Мир. 1966. С. 471.

88. Bornand V. at al. LiNbO3 thin films deposited on Si substrates: a morphological development study // Materials Chemistry and Physics. 2002. Vol. 77. P. 571-577.С. 1313-1318.

89. Akazawa H., Shimada M. Correlation between interfacial structure and c-axis-orientation of LiNbO3 films grown on Si and SiO2 by electron cyclotron resonance plasma sputtering // Journal of Crystal Growth. 2004. Vol. 270. P. 560-567.

90. Akazawa H. et al. Mechanism for LiNb3O8 phase formation during thermal annealing of crystalline and amorphous LiNbO3 thin films // J. Mater. Res. 2007. Vol. 22. P. 1726-1736.

91. Veignant F. et al. Structural evolution of lithium niobate deposited on sapphire (0001): from early islands to continuous films // J. Cryst. Growth. 1999. Vol. 196. № 1. P. 141-150.

92. Иевлев В.М. Тонкие пленки неорганических материалов: механизм роста и структура: уч. пособие // Воронеж: ВГУ. 2008. С. 496.

93. Lee G.H., Yoshimoto M., Koinuma H. Self-assembled island formation of LiNbO3 by pulsed laser deposition on a-Al2O3 substrate // Appl. Surf. Sci. 1998. Vol. 127. P. 393-397.

94. Feigelson R.S. Epitaxial growth of lithium niobate thin films by the solid source MOCVD method // J. Cryst. Growth. 1996. Vol. 166. № 1. P. 1-16.

95. Shtansky D. V et al. Crystallography and structural evolution of LiNbO3 and LiNb1-xTaxO3 films on sapphire prepared by high-rate thermal plasma spray chemical vapor deposition // J. Mater. Res. 2001. Vol. 16. № 8. P. 2271-2279.

96. HE J., YE Z. Highly C-axis oriented LiNbO3 thin film on amorphous SiO2 buffer layer and its growth mechanism // Chinese Sci. Bull. 2003. Vol. 48. № 21. P. 2290.

97. Akazawa H. Nucleation and crystallization of Li2O-Nb2Os ternary compound thin films co-sputtered from LiNbO3 and Li2O targets // Thin Solid Films. 2014. Vol. 556. P. 74-80.

98. Mercante A.J. et al. 110 GHz CMOS compatible thin film LiNbO3 modulator on silicon // Opt. Express. 2016. Vol. 24. № 14. P. 15590.

99. Iyevlev V., Kostyuchenko A., Sumets M. Fabricatoin, substructure and properties of LiNbO3 films // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. International Society for Optics and Photonics. 2011. Vol. 7747. P. 77471J-77471J.

100. Bornand V., Papet P. LiNbO3 -based ferroelectric heterostructures // J. Phys. IV. 2005. Vol. 126. P. 89-92.

101. Akazawa H., Fukuda H. Epitaxial ZnO/LiNbO3/ZnO stacked layer waveguide for application to thin-film Pockels sensors // AIP Adv. 2015. Vol. 5. № 5. P. 57163.

102. Kao M.C. et al. Pyroelectric Ta-modified LiNbO3 thin films and devices for thermal infrared detection // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. № 16. P. 5518-5522.

103. Lee C.-T. et al. GaN-Based Enhancement-Mode Metal-Oxide-Semiconductor High-Electron Mobility Transistors Using LiNbO3 Ferroelectric Insulator on Gate-Recessed Structure // IEEE Trans. Electron Devices. 2015. Vol. 62. № 8. P. 2481-2487.

104. Sumets M. et al. Influence Sputtering Conditions on Electrical Characteristics of Si-LiNbO3 Heterostructures Formed by Radio-Frequency Magnetron Sputtering // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2014. Vol. 603. № 1. P. 202-215.

105. Kiselev D.A. et al. The Effect of Silicon-Substrate Orientation on the Local Piezoelectric Characteristics of LiNbO3 Films // J. Surf. Investig. X-ray. Synchrotron Neutron Tech. 2016. Vol. 10. № 4. P. 742-747.

106. Ievlev V. et al. Band diagram of the Si-LiNbO3 heterostructures grown by radio-frequency magnetron sputtering // Thin Solid Films. 2013. Vol. 542. P. 289-294.

107. Sumets M. Charge transport in LiNbO3 -based heterostructures // J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 2017. Vol. 26. № 1. P. 1750011.

108. Ievlev V., Sumets M., Kostyuchenko A. Conduction mechanisms in Si-LiNbO3 heterostructures grown by ion-beam sputtering method // J. Mater. Sci. 2013. Vol. 48. № 4. P. 1562-1570.

109. Hao L.Z. et al. Electron trap memory characteristics of LiNbO3 film/AlGaN/GaN heterostructure // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 96. № 3. P. 32103.

110. Lim D. et al. Characteristics of LiNbO3 memory capacitors fabricated using a low thermal budget process // Solid. State. Electron. 2001. Vol. 45. № 7. P. 1159-1163.

111. Tsirlin M. Influence of gas phase composition on the defects formation in lithium niobate // J. Mater. Sci. 2004. Vol. 39. № 9. P. 3187-3189.

112. Gordillo-Vázquez F.J., Afonso C.N. Influence of Ar and O2 atmospheres on the Li atom concentration in the plasma produced by laser ablation of LiNbO3 // J. Appl. Phys. 2002. Vol. 92. № 12. P. 7651.

113. Simoes A.Z. et al. Influence of Oxygen Flow on Crystallization and Morphology of LiNbO3 Thin Films // Ferroelectrics. 2002. Vol. 271. № 1. P. 33-38.

114. Iyevlev V., Sumets M., Kostyuchenko A. Current-voltage characteristics and impedance spectroscopy of LiNbO3 films grown by RF magnetron sputtering // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2012. Vol. 23. № 4. P. 913-920.

115. Lanfredi S., Rodrigues A.C.M. Impedance spectroscopy study of the electrical conductivity and dielectric constant of polycrystalline LiNbO3 // J. Appl. Phys. American Institute of Physics AIP. 1999.

116. Ievlev V. et al. Dielectric losses and ac conductivity of Si-LiNbO3 heterostructures grown by the RF magnetron sputtering method // J. Mater. Sci. Mater. Electron. Springer US. 2013. Vol. 24. № 5. P. 1651-1657.

117. Joshi V., Roy D., Mecartney M.L. Nonlinear conduction in textured and non textured lithium niobate thin films // Integr. Ferroelectr. Taylor & Francis Group. 1995. Vol. 6. № 1. P. 321-327.

118. Горбенко О.Ю. Структура и свойства перовскитных и перовскитоподобных тонкопленочных материалов, полученных химическим осаждением из пара: дис. д. хим. наук. Москва, 2003.

119. Nakamura A. et al. Dislocation structure at a {1210 }/{1010} low-angle tilt grain boundary in LiNbO3 // J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47. № 13. P. 5086-5096.

120. Furushima Y. et al. Dislocation structures and electrical conduction properties of low angle tilt grain boundaries in LiNbO3 // J. Appl. Phys. 2016. Vol. 120. № 14.

121. Veignant F. Epitaxial growth of LiNbO3 on aAbO3(0001) // Thin Solid Films. 1998. Vol. 336. № 1-2. P. 163-167.

122. Abrahams S.C., Reddy J.M., Bernstein J.L. Ferroelectric lithium niobate. 3. Single crystal X-ray diffraction study at 24°C // J. Phys. Chem. Solids. 1966. Vol. 27. № 6. P. 997-1012.

123. Shandilya S., Tomar M., Gupta V. Deposition of stress free c-axis oriented LiNbO3 thin film grown on (002) ZnO coated Si substrate // J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111. № 10. P. 10-16.

124. Shandilya S. et al. Purely hopping conduction in c-axis oriented LiNbO3 thin films // J. Appl. Phys. 2009. Vol. 105. № 9. P. 94105.

125. Mansingh A., Dhar A. The AC conductivity and dielectric constant of lithium niobate single crystals // J. Phys. D. Appl. Phys. 1985. Vol. 18. № 10. P. 20592071.

126. Shandilya S. et al. Optical properties of the c-axis oriented LiNbO3 thin film // Thin Solid Films. 2012. Vol. 520. № 6. P. 2142-2146.

127. Satapathy S. et al. Blue shift of optical band-gap in LiNbO3 thin films deposited by sol-gel technique // Thin Solid Films. 2012. Vol. 520. № 21. P. 6510-6514.

128. Ching W.Y., Gu Z.-Q., Xu Y.-N. First-principles calculation of the electronic and optical properties of LiNbO3 // Phys. Rev. B. 1994. Vol. 50. № 3. P. 1992-1995.

129. Bhatt R. et al. Urbach tail and bandgap analysis in near stoichiometric LiNbO3 crystals // Phys. status solidi. 2012. Vol. 209. № 1. P. 176-180.

130. Schmidt W.G. et al. LiNbO3 ground- and excited-state properties from first-principles calculations // Phys. Rev. B. 2008. Vol. 77. № 3. P. 35106.

131. Schulz M.B., Matsinger J.H. Rayleigh - Wave Electromechanical Coupling Constants // Appl. Phys. Lett. 1972. Vol. 20. № 9. P. 367-369.

132. Nelson D.F., Mikulyak R.M. Refractive indices of congruently melting lithium niobate // J. Appl. Phys. 1974. Vol. 45. № 8. P. 3688-3689.

133. Choi S.-W. et al. Effect of RTA Treatment on LiNbO3 MFS Memory Capacitors // Korean J. Ceram. 2000. Vol. 6. № 2. P. 138-142.

134. Simoes A.Z. et al. LiNbO3 thin films prepared through polymeric precursor method // Mater. Lett. 2003. Vol. 57. № 15. P. 2333-2339.

135. Easwaran N. et al. Dielectric and AC Conduction Properties of Thermally Evaporated Lithium Niobate Thin Films // Phys. Status Solidi. 1992. Vol. 129. № 2. P. 443-451.

136. Edon V., Remiens D., Saada S. Structural, electrical and piezoelectric properties of LiNbO3 thin films for surface acoustic wave resonators applications // Appl. Surf. Sci. 2009. Vol. 256. № 5. P. 1455-1460.

137. Yamada T., Niizeki N., Toyoda H. Piezoelectric and Elastic Properties of Lithium Niobate Single Crystals // Jpn. J. Appl. Phys. 1967. Vol. 6. № 2. P. 151-155.

138. Kwang-Ho Kim. et al. Properties of lithium niobate thin films by RF magnetron sputtering with wafer target // J. Korean Phys. Soc. 1998. Vol. 32. P. 15081512.

139. Wemple S.H. et al. Relationship Between Linear And Quadratic Electro-Optic Coefficiens in LiNbO3, LiTaO3, And Other Oxygen-Octahedra Ferroelectrics Based On Direct Measurement of Spontaneous Polarization // Appl. Phys. Lett. 1968. Vol. 12. № 6. P. 209-211.

140. Zhao J.P., Liu X.R., Qiang L.S. Preparation and Characterization of LiNbO3 Thin Films Derived from Metal Carboxylate Gels // Key Eng. Mater. 2007. Vol. 336-338. P. 213-216.

141. Kim Y.-S. et al. Properties of LiNbO3 thin films fabricated by CSD (Chemical Solution Decomposition) method(AWAD2003: Asia-Pacific Workshop on Fundamental and Application of Advanced Semiconductor Devices) // Technical report of IEICE. SDM. 2003. Vol. 103. № 162. P. 33-36.

142. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы // Радио и связь. 1982. 72С.

143. Патент РФ на изобретение №2762756 «Способ получения на подложке тон-ких пленок ниобата лития»

144. Akazawa H., Shimada M. Precipitation kinetics of LiNbO3 and LiNb3O8 crystalline phases in thermally annealed amorphous LiNbO3 thin films // Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 2006. Vol. 203. № 11. С. 2823-2827.

145. Tan S. et al. Sputter deposited c -oriented LiNbO3 thin films on SiO2 // J. Appl. Phys. 1996. Vol. 79. № 7. P. 1-7.

146. Дыбов ВА., Сериков Д.В., Сумец М.П., Рыжкова Г.С. Эволюция

фазового состава и электрических свойств аморфных пленок LiNbO3 в процессе

97

термического отжига // Физика. Технологии. Инновации. ФТИ - 2019: тезисы докладов VI Международной молодежной научной конференции, посвященной 70-летию основания Физико - технологического института, Екатеринбург, 20-24 мая 2019 г. / отв. за вып. А. В. Ищенко. - Екатеринбург: УрФУ, 2019.

147. Sumets M., Ievlev V., Dybov V. et al. Synthesis and properties of multifunctional Si-LiNbÜ3 heterostructures for non-volatile memory units // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. Springer US. 2019. Vol. 30, №2 17. P. 1656216570. DÜI: 10.1007/s10854-019-02033-1

148. Дыбов В.А. Фазовый состав и текстура пленок LiNbO3, полученных в процессе ВЧМР и ТО // Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». Москва. 16-19 октября 2018 г. / Сборник трудов. - М:ИМЕТ РАН, 2018, С. 465-466.

149. Сериков Д.В., Дыбов В.А., Рыжкова Г.С. Структура и субструктура плёнок ниобата лития в результате импульсной фотонной и быстрой термической обработки // Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах (ФАГРАН-2018): материалы VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 100-летию Воронежского государственного университета. - Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2018. С. 356357.

150. Sumets M.P., Dybov V.A., Ievlev V.M. LiNbÜ3 films: Potential application, synthesis techniques, structure, properties // Inorg. Mater. 2017. Vol. 53, № 13. P. 13611377

151. Иевлев В.М. Тонкие пленки неорганических материалов: Механизм роста и структура: уч. пособие // Воронеж: издательско полиграфический центр Воронежского государственного университета. 2008. 496 С.

152. Dybov V., Serikov D., Ryzhkova G., Dontsov A. Рост и субструктура пленок ниобата лития // Конденсированные среды и межфазные границы. 2019. Т. 21. № 1, С. 51-59.

153. Рыжкова Г.С., Дыбов В.А., Сериков Д.В. Морфологические особенности пленок ниобата лития на начальных стадиях роста // Физико -химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах (ФАГРАН-2018): материалы VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 100-летию Воронежского государственного университета. - Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2018. С. 349-350.

154. Dybov V. et al. Early stages of lithium niobate films growth fabricated by radio-frequency magnetron sputtering on crystalline (001)Si and amorphous carbon substrates // Surfaces and Interfaces. Elsevier, 2020. Vol. 19, P. 100530.

155. Рыжкова Г.С., Дыбов В.А. и др. Эффект смены типа проводимости в тонкопленочных композиционных покрытиях LiNbO3+Nb2O5 // 57-я научнотехническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов Воронежского государственного технического университета. Секции «Физика твердого тела» и «Физика и техника низких температур»: тез. докл. - Воронеж: ВГТУ, 2017. С. 17

156. Lee T.-H. et al. Investigation of LiNbO3 thin films grown on Si substrate using magnetron sputter // Mater. Sci. Eng. B. 2007. Vol. 136. № 1. P. 92-95.

157. Патент RU2372101C1 «Способ получения на подложке кальций-фосфатного покрытия»

158. Дыбов В.А., Сумец М.П. Костюченко А.В. Синтез и свойства пленок на основе ниобата лития // IX Международная научная конференция «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы будущего». Иваново 1316 сентября 2016г./тезисы докладов. - Иваново: АО «Ивановский издательский дом», 2016. С. 144-145.

159. Селютин А. А., Краснов Н. В., Подольская Е. П. Определение элементного состава твердых растворов Li1-xNaxCo0,07Ga0,93O2 методом maldi-ms // Научное приборостроение. 2010. Т. 20, № 4. С. 93-99.

160. Дыбов В.А., Сериков Д.В., Белоногов Е.К. Синтез текстурированных пленок LiNbO3 // Релаксационные явления в твердых телах: тез. докл. XXIV

Междунар. науч. конф. Воронеж, 24 - 27 сентября 2019 г. - В.: ФГБОУ ВПО «ВГТУ», 2019. C. 78-79.

161. Дыбов В.А., Сериков Д.В., Рыжкова Г.С., Половинкин А.А. Кинетика роста пленок ниобата лития на неориентирующей подложке в процессе высокочастотного магнетронного распыления // Взаимодействие излучений с твердым телом: материалы 13-й Международной конференции, Минск, Беларусь, 30 сентября - 3 октября 2019 г. / редкол.: В.В. Углов (отв. ред.) [и др.]. - Минск: БГУ, 2019, С. 378-380.

162. Сурменев Р.А. Закономерности структурообразования нанокомпозитного кальций-фосфатного покрытия, осаждаемого методом высокочастотного магнетронного распыления. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Томск.: ТПУ.- 2020.- 299 с;

163. Иевлев В.М., Бугаков А.В., Трофимов В.И. Рост и субструктура конденсированных пленок уч. пособие // Воронеж: издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета. 2000. 386 С.

164. Костюченко А.В. Синтез и структура пленок на основе гидроксиапатита. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук / Воронеж.: ВГТУ.- 2009.- 105с.

165. Кристиан Дж. У. Физическое металловедение // М.: Мир. 1968. С. 227.

166. Lacerda L. H. da S., San-Miguel M. A., Lazaro S. R. de. Surface and morphological studies of LiNbO3: p-type semiconductivity on stoichiometric surfaces // New J. Chem. 2021. Т. 45. № 36. С. 16594-16605.

167. Akazawa H., Shimada M. Electron cyclotron resonance plasma sputtering growth of textured films of c-axis-oriented LiNbO3 on Si(100) and Si(111) surfaces // J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film. 2004. Т. 22. № 4. С. 1793.

168. Ievlev V.M., Kostyuchenko A.V., Darinskii B.M., Barinov S.M. Hardness and Microplasticity of Nanocrystalline and Amorphous Calcium Phosphate Coatings // Physics of the Solid State. 2014. V. 56. N. 2, P. 321-329.

169. Дыбов В.А., Касьянов А.К., Белоногов Е.К. Механические деформации

в пленках ниобата лития, полученных в процессе ВЧМР // VII Всероссийская

100

конференция по наноматериалам «НАНО 2020». Москва. 18-22 мая 2020 г. / Сборник материалов. - М.: ИМЕТ РАН, 2020, С. 121-122.

170. Дыбов В.А. Механические свойства текстурированных пленок ЫМЬОз // VII Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва. 7-10 ноября 2017г./Сборник материалов. - М: ИМЕТ РАН, 2017. С. 916-917.

171. Дыбов В.А., Костюченко А.В., Сумец М.П. Влияние условий напыления и постконденсационной термической обработки на структуру и электрические свойства пленок состава ЫКЪОЭ на кремнии // II Всероссийская молодежная научно-техническая конференция с международным участием «Инновации в материаловедении»: сб. мат / Ин-т металлургии и материаловедения им А.А. Байкова РАН. М.: ООО «Ваш полиграфический партнер». 2015. С.101.