Твёрдые растворы титаната бария-стронция (Ba,Sr)TiO3 (BST) обладают сегнетоэлектрическими свойствами при комнатной температуре, что даёт возможность конструировать управляемые микроэлектронные устройства на их основе. Такие устройства характеризуются низкими диэлектрическими потерями, низким током утечки, отсутствием проблем усталости и старения материала. Среди твёрдых растворов титаната бария состав (Ba,Sr)TiO3 отличается наименьшим размытием структурного фазового перехода, что делает его наиболее удобным материалом для промышленного производства конденсаторов интегральных микросхем и другой микро- и наносистемной техники. Так, высокий коэффициент преломления и возможность эффективного воздействия на оптические и диэлектрические свойства тонких пленок (Ba,Sr)TiO3 путём планарного переключения позволяют использовать этот материал для разработки активных волноводов, а также электрооптических модуляторов, включая фотонно-кристаллические [6]. С помощью внешнего электрического поля легко осуществляется управление поляризацией диэлектрика [10], что открывает возможность управления диэлектрической проницаемостью. Таким образом, плёнки титаната бария-стронция могут быть использованы в современных оптических интегральных схемах для маршрутизации информационных потоков.
Задача облегчается тем, что в рамках феноменологической теории твердых растворов удается достаточно детально и с хорошей точностью моделировать эмпирически наблюдаемые свойства образцов [8], что даёт возможность вычисления материальных констант для теоретических разработок прикладной направленности.
Разработка оптических интерфейсов в интегральных микросхемах представляет значительный практический интерес, поскольку они значительно менее чувствительны к помехам, а также позволяют проводить бесконтактное тестирование полупроводниковых пластин непосредственно в процессе производства, что увеличивает процент выхода годных изделий. При этом нет потребности в каком-либо теоретическом прорыве, принципиальный подход ясен, требуется лишь решить технологические проблемы скейлинга [1] при переходе к меньшим физическим размерам, обеспечить сверхмалое энергопотребление, минимальное время релаксации, а также решить проблему интеграции с кремниевой электроникой, базирующейся на матрицах пористой структуры [11]. Работы по решению этих актуальных проблем ведутся в том числе в филиале МГТУ МИРЭА в г. Дубне, где уже получены патенты по теме формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца [2], что должно облегчить разработку аналогичного процесса для титаната бария-стронция.
При разработке методов получения плёнок BST необходимо учитывать, что их свойства не просто квалиметрически [5] отличаются от соответствующих объёмных материалов вследствие специфики фазовых переходов в гетероэпитаксиальных структурах на наноуровне [9], но и зависят от толщины слоя. Особенно существенно изменяются оптические свойства, имеется корреляция между толщиной слоя и энергией основного межзонного перехода [7]. Эти особенности необходимо строго учитывать при разработке технологий, но именно они представляют особый интерес в плане управления свойствами соответствующего элемента схемы электронного устройства.
Настоящая работа подготовлена в ходе научно-исследовательской работы студентов [4] в соответствии с учебным планом, применяемым в филиале МГТУ МИРЭА в г. Дубне [3].