Вплив катіонної нестехіометрії та структурної невпорядкованості кисню в епітаксіальних плівках на надлишковий шум нормальної фази - Диссертация

Так, застосування ВТНП плівок як чутливих елементів у мікроболометрах антенного типу дозволяє суттєво збільшити коефіцієнт перетворення потужності випромінювання у сигнал, досягти пікосекундної швидкодії, підвищити ефективність антени за рахунок зменшення опору при охолодженні. Виконати компютерне моделювання методом Монте-Карло просторових розподілів атомів кисню CUO-площини і розрахунки енергій барєру їх переходу (спектрів дефектів-флуктуаторів - ДФ) у найближчі вузли решітки в залежності від конфігурації розташування сусідніх атомів кисню, від режимів післяростових термообробок (стартової та кінцевої температур, швидкості зміни температури), від ступеня заповнення киснем CUO-площини, від наявності одноосьової деформації і блоковості епітаксіальних плівок YBA2Cu3O7. Для досягнення зазначеної мети були використані наступні методи: - Комплекс експериментальних засобів локальних досліджень, який вміщував вивчення розподілу у просторі стехіометричних та структурних дефектів епітаксіальних YBA2Cu3O7 плівок (за допомогою рентгенодифракційного аналізу та рентгеноспектрального мікроаналізу, електронної мікроскопії, термо-ЕРС ) і дослідження електрофізичних властивостей (провідності, інтенсивності та спектру ФШ, критичного струму та температури переходу у надпровідний стан). Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному: - Вперше методом комплексних локальних досліджень структурних та шумових властивостей епітаксіальних YBA2Cu3О7 плівок на потрійній фазовій діаграмі катіонних станів, поблизу складу (123), були знайдені два розрізи з максимальними температурами Тс (вздовж ліній (123)-(110) і (123)-(105) та два розрізи з мінімальними Тс (вздовж ліній (123)-(202) і (123)-(011)) і розроблена модель катіонного дефектоутворення, що описує як область гомогенних складів, так і область значних відхилень від стехіометрії, яким вже відповідає фазове розшарування плівок. Особистий внесок здобувача полягає у розробці методики і програм компютерного моделювання процесів структурного упорядковування атомів кисню у базовій CUO-площині епітаксіальних YBA2Cu3O7 плівок під час їх термічної обробки, при наявності деформації і блокової мікроструктури, розрахунках спектрів ДФ і ФШ на основі результатів моделювання та співставлення їх з експериментальними результатами [3-6]; участі у виконанні експериментальних комплексних досліджень структурних і електрофізичних властивостей плівок та компютерній обробці отриманих результатів [1,2]; визначенні оптимальних технологічних режимів росту, термічної обробки, травлення плівок для застосування їх в антенних мікроболометрах [7-10]; участі в узагальненні, аналізі та обговоренні результатів.У першому розділі роботи проведено аналітичний огляд літературних джерел, які містять інформацію про вплив структурної впорядкованості атомів кисню у базовій площині YBA2Cu3O7 на електрофізичні властивості даних ВТНП кристалів і плівок. Огляд пропонованих моделей свідчить про те, що джерелами шуму нормальної фази - дефектами-флуктуаторами (ДФ) плівок YBA2Cu3 O7 в актуальному для мікроелектроніки діапазоні частот є атоми кисню CUO-площини, які здійснюють термоактивовані переходи через барєри (з Е~1,ЧЕВ) між мінімумами двоямного потенціалу, розташованими між найближчими заповненим і вільним вузлами ланцюжкових кисневих субграток. Незважаючи на достатньо інтенсивні дослідження електрофізичних властивостей ВТНП епітаксіальних плівок на основі сполуки YBA2Cu3O7, постає ряд нерозвязаних проблем, а саме: - Не встановлено корреляції між інтенсивністю фліккер-шуму (ФШ), величиною критичної температури і струму, і локального катіонного складу плівок. Розділ II присвячено: 1) визначенню залежності величини похибки рентгеноспектрального мікроаналізу від параметрів досліджуваних епітаксіальних YBA2Cu3O7 плівок (тип атома, товщина плівки, технологія її росту), 2) виявленню корреляцій між інтенсивністю ФШ, величиною критичної температури Tc, струму jc і локального катіонного складу плівки з використанням діаграми потрійних катіонних станів, а також 3) розробці мікромоделей катіонних дефектів, що були використані для реконструкції дефектів, які спостерігаються на зображеннях електронної мікроскопії. У розділі 2.1 наведено результати попередньої оцінки YBA2Cu3O7 плівок для добору зразків, необхідних для виконання задачі, наведено параметри використаних методик і апаратури, обгрунтовано можливість застосування рентгеноспектрального мікроаналізу для проведення комплексних локальних досліджень складу і електрофізичних властивостей плівок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

N.A. Bert, A.V. Lunev, Yu.G. Musikhin, R.A. Suris, V.V. Tretyakov, A.V. Bobyl, S.F. Karmanenko, A.I. Dedoborez. Mechanisms of cation defect formation in epitaxial YBA2Cu3O7-x films. Physica C 280, (1997) p. 121-136. Дисертантом виконані експериментальні вимірювання та компютерна обробка результатів.

Н.И. Гуливец, А.В. Бобыль, А.И. Дедоборец, Б.И. Пелешенко. Функция распределения атомов макроскопически изотропних обьектов в дифракционных исследованиях. Письма в ЖТФ 23(5) 1997, с.21-26. Дисертантом розроблена компютерна програма регуляризації функції розподілу.

A.V.Bobyl, R.A.Suris, A.I. Dedoborez, A.I.Morosov, I.A.Khrebtov, V.N. Leonov, V.G. Malyrov, I.I. Shaganov. Flicker noise in metals with structural instability. Proc. 14th Intern. Conf. "Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations”, Leuven, 1997, p.397-400. Дисертантом виконано моделювання методом Монте- Карло процесів структурного упорядковування атомів кисню у CUO-площині.

A.V. Bobyl, A.I. Dedoborez, A.I. Morosov, R.A. Suris. Twins and defect-fluctuators in YBACUO epitaxial films: Monte-Carlo simulation of the film annealing and detwining. First Intern. Workshop. “Nucleation and Non-Linear Problems in the First-Order Phase Transitions” (NPT98). 29 June-3 Jule 1998, St. Petersbyrg, p.14. Дисертантом виконано компютерне моделювання процесів релаксації в YBACUO епітаксіальних плівках в процесі їх термічної обробки.

А. В. Бобыль, А. И. Дедоборец, А. И. Морозов, Р. А. Сурис. Двойники и дефекты-флуктуаторы эпитаксиальных пленок YBA2Cu3O7 : моделирование процессов отжига и монодоменизации методом Монте-Карло. Нерганические материалы, № 8, 1999, с. 1002-1006. Дисертантом розроблено програму компютерного моделювання процесів монодоменізації та розрахунку енергій дефектів-флуктуаторів.

А. А. Берзин, А. В. Бобыль, А. И. Дедоборец, А. И. Морозов, Р. А. Сурис. Моделирование спектров 1/f-шума в эпитаксиальных пленках YBA2Cu3O7. ФТТ, 41, 1999, с.29-36. Дисертантом створена компютерна програма моделювання та розрахунку спектрів 1/f-шуму при наявності деформації та блокової структури плівок.

А.В. Бобыль, М.Э.Гаевский, А.И.Дедоборец, С. Ф. Карманенко, В. Н.Леонов, А. В.Лунев, А. А. Семенов, Р. А. Сурис, И. А. Хребтов. Избыточный шум эпитаксиальных пленок YBA2Cu3O7 и болометры антенного типа на их основе. ФТТ 41, в.11, 1999, с.35-39. Дисертантом проведено моделювання процесів росту і термічної обробки плівок та визначення оптимальних технологічних параметрів.

A.V. Bobyl, A.A. Bersin, A.I.Dedoborez, I.A.Khrebtov, V.N.Leonov, R.A. Suris. Excessive noise of epitaxial YBA2Cu3O7 films for antenna-like bolometers. Proc.15th Intern. Conf. "Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations", Hong Kong, 1999, p.158-161. (Доповідь по результатам роботи [7].)

С. Ф. Карманенко, А. А. Семенов, В. Н. Леонов, А. В. Бобыль, А.И. Дедоборец, А. В. Лунев, А. В. Нащекин, Р. А. Сурис. Источники фликкер-шума и технология сверхпроводящих микрополосков на основе пленок иттрий-бариевого купрата. ЖТФ 70, в. 4, 2000, с.63-72. Дисертантом шляхом Монте-Карло моделювання процесів формування кисневих дефектів-флуктуаторів з урахуванням видалення кисню на границях блоків запропоновані оптимальні режими вирощування та травлення епітаксіальних плівок YBACUO.

S. F. Karmanenko, A. A. Semenov, I. A. Khrebtov, V. N. Leonov, T. H. Johansen, Yu. M. Galperin, A.V. Bobyl, A. I. Dedoboretz, M. E. Gaevski, A. V. Lunev and R. A. Suris. Fabrication process and noise properties of antenna-coupled microbolometers based on superconducting YBCO films. Supercond. Sci. Technol. 13, 2000, p. 273-286. Дисертантом розроблені технологічні режими виготовлення чутливих елементів антенних мікроболометрів з конкурентними параметрами.