Н.С. Жукова1, А.Е. Ганжа2, М.А. Князева3, Н.А. Архипов4, А.В. Филимонов5, А.С. Голтаев6, А.В. Павленко7, Р.Г. Бурковский8

1-5,8 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

6 СПбАУ РАН им. Ж.И. Алферова (Санкт-Петербург, Россия)

7 НИИ физики ЮФУ (г. Ростов-на-Дону, Россия)

1 zhukovaaa3781@gmail.com; 2 alexander.ganzha@gmail.com; 3 kniazeva.maria225@yandex.ru; 4 nick10arkh@mail.ru; 5 filalex@inbox.ru; 6 goltaev@goltaev.ru; 7 tolik_260686@mail.ru; 8 roman.burkovsky@gmail.com

Постановка проблемы. Особый интерес для радиотехники представляет создание устройств, масштабируемых в широком диапазоне размеров. Антисегнетоэлектрики (АСЭ) позволяют масштабировать устройства вплоть до микронных размеров, что открывает перспективы миниатюризации радиотехнических компонентов, особенно, для современных систем связи. В этом плане особый интерес представляют АСЭ, интегрированные в эпитаксиальные тонкие плёнки. Такому формату АСЭ материалов свойственны стабилизация отдельных кристаллических фаз и появление новых фаз, а также возможность более быстрого перехода между фазами из-за воздействия эпитаксиальных натяжений. Благодаря этому тонкопленочные АСЭ являются наиболее подходящими материалами для реализации на их основе устройств радиотехники и микроэлектроники нового поколения. Синтез таких структур на сегодняшний день происходит, в основном, с помощью таких методов, как молекулярно-пучковая эпитаксия и метод импульсного лазерного осаждения (PLD). Однако при промышленном производстве тонких плёнок высокого качества данные методы не эффективны из-за низкой скорости роста пленок, высоких требований к вакууму, высокой стоимости и многостадийности. В то же время одностадийный метод высокочастотного катодного напыления, с помощью которого можно быстро и непрерывно выращивать структуры произвольного (в разумных пределах) масштаба, не позволяет получить структуру со сложной стехиометрией, поэтому на сегодняшний день данный метод не используют для роста эпитаксиальных пленок свинец-содержащих перовскитных антисегнетоэлектриков. Применение метода высокочастотного катодного напыления для выращивания таких пленок значительно упростит и удешевит процесс их научного исследования, а также их последующее промышленное изготовление.

Цель. Выполнить исследование тонких пленок, выращенных из мишени PbHfO3 (гафната свинца), методом высокочастотного катодного распыления.

Результаты. Представлены результаты применения метода высокочастотного катодного распыления в кислородной среде для синтеза тонких пленок свинецсодержащих перовскитов. На подложках Si(001) и SrRuO3/SrTiO3/MgO(001) выращены пленки с химическим составом, соответствующим PbHfO3. Методами монокристальной рентгеновской дифракции, энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа и сканирующей электронной микроскопии проведена детальная характеристика полученных структур. Показано, что метод позволяет успешно синтезировать как поликристаллические, так и монокристаллические эпитаксиальные тонкие пленки с гладкой поверхностью. Обнаружено, что упорядочение в монокристаллической пленке отличается по параметрам решетки как от возможного для перовскитного PbHfO3, так и для всех конфигураций оксидов свинца и гафния с нужной степенью окисления, что свидетельствует об образовании новой, ранее не наблюдавшейся фазы. Продемонстрированы необычные свойства данной фазы, которые определяют перспективность ее дальнейшего изучения.

Практическая значимость. Представленные результаты подтвердили потенциал метода высокочастотного катодного распыления как альтернативного подхода для синтеза сложных оксидных пленок в промышленности. В дальнейшем планируется проведение исследования возможности ее применения в новых перспективных радиотехнических компонентах, реализованных с использованием миниатюрных тонкопленочных гетероструктур на основе перовскитных антисегнетоэлектриков.

Жукова Н.С., Ганжа А.Е., Князева М.А., Архипов Н.А., Филимонов А.В., Голтаев А.С., Павленко А.В., Бурковский Р.Г. Высоко-частотное катодное распыление в кислородной среде: перспективы синтеза свинецсодержащих перовскитных пленок для радиотехнической компонентной базы // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 3. С. 135−142. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202503-12

1. Jurečič V., Rojac T., BobnarV., Novak N. Origin of enhanced dielectric tunability in antiferroelectric ceramic systems // Advanced Functional Materials. 2025. V. 35.2. P. 2412739. DOI:10.1002/adfm.202412739.
2. Polcawich R.G., Judy D., Pulskamp J.S., Trolier-McKinstry S., Dubey M. Advances in piezoelectrically actuated RF MEMS
   switches and phase shifters // 2007 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium. IEEE. 2007. P. 2083-2086.
   DOI: 10.1109/MWSYM.2007.380297.
3. Jiang Y., Tian Z., Kavle P., Pan H., Martin L.W. Effect of fabrication processes on BaTiO3 capacitor properties // APL Materials. 2024. V. 12.4. P. 041116. DOI: 10.1063/5.0203014.
4. Lee C.H., Orloff N.D., Birol T., Zhu Y., Goian V., Rocas E., Haislmaier R., Vlahos E., Mundy J.A., Kourkoutis L.F., Nie Y., Biegalski M.D., Zhang J., Bernhagen M., Benedek N.A., Kim Y., Brock J.D., Uecker R., Xi X.X., Gopalan V., Nuzhnyy D., Kamba S., Muller D.A., Takeuchi I., Booth J.C., Fennie C.J., Schlom D.G. Exploiting dimensionality and defect mitigation to create tunable microwave dielectrics // Nature. 2013.V. 502.7472. P. 532-536. DOI: 10.1038/nature12582.
5. Mesyats G.A. Electron emission from ferroelectric plasma cathodes // Physics-Uspekhi. 2008. V. 51. №. 1. Р. 79.
   DOI: 10.1070/PU2008v051n01ABEH006426.
6. Einat M. et al. 95 GHz gyrotron with ferroelectric cathode // Physical Review Letters. 2012. V. 109. № 18. Р. 185101.
   DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.185101.
7. Si Y., Zhang T., Liu C., Das S., Xu B., Burkovsky R.G., Wei X.K., Chen Z. Antiferroelectric oxide thin-films: Fundamentals, properties, and applications //Progress in Materials Science. 2024. V. 142, P. 101231. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2023.101231.
8. Burkovsky R.G., Lityagin G.A., Ganzha A.E., Vakulenko A.F., Gao R., Dasgupta A., Xu B., Filimonov A.V., Martin L.W. Field-induced heterophase state in PbZrO3 thin films // Phys. Rev. 2022. V. 105. P. 125409. DOI: 10.1103/physrevb.105.125409.
9. Lityagin G.A., Vakulenko A.F., Gao R., Dasgupta A., Filimonov A.V., Burkovsky R.G. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1236.
   P. 012018. DOI: 10.1088/1742-6596/1236/1/012018.
10. Мухортов В.М., Юзюк Ю.И. Гетероструктуры на основе наноразмерных сегнетоэлектрических пленок: получение, свойства и применение. Ростов- на-Дону: Изд-во Южного научного центра РАН, 2008. 224 с.
11. Павленко А.В., Стрюков Д.В., Тер-Оганесян Н.В. Структура и сегнетоэлектрические свойства гетероэпитаксиальных тонких пленок NaNbO3, полученных методом RF-катодного распыления // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. Вып. 2. С. 15-18.
    DOI: 10.21883/PJTF.2020.02.48945.1804.