Изготовлены материалы на основе системы двух классических мультиферроиков, фер- рита висмута и манганита иттрия, (1-x)BiFeO-xYMnO(x=0,40, 0,45, 0,50), при различных условиях твердофазного синтеза. Всего выделено четыре режима, отличающихся температурами синтеза и временем выдержки. Методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа исследована кристаллическая структура полученных объектов. Материалы имеют сложный многофазный и практически всегда морфотропный состав, в котором сосуществуют перовскитные фазы с разным искажением элементарной ячейки. В процессе синтеза не исключено образование моноклинной фазы. При температурах синтеза выше 900 °С практически всегда формируется фаза типа ферримагнетика YFeMnO, а при более низких – фаза типа муллита BiFeO. Изучено зеренное строение участков поверхности поперечных сколов полученных керамик. Проведенный анализ формирования микроструктуры в различных режимах синтеза показал, что при температурах спекания выше 900 °С морфология поверхности представляет собой набор из кристаллитов разной фракции, имеющих форму шестиугольных и прямоугольных призм. При температурах спекания ниже 900 °С отмечено наличие эффекта «окутывания» зерен частицами субмикронного размера. Этот эффект может быть связан с магнитными свойствами, но требует дополнительных исследований. Проведен рентгеноспектральный анализ элементного состава участков сколов. Вне зависимости от формы кристаллитов в их энергетических спектрах присутствуют линии, характерные для всех пяти компонент, входящих в изучаемую систему. Это может свидетельствовать об образовании смеси твердых растворов.

The phase composition, nanostructure, and properties of Ba2NdFeNb4O15/Si(001) multiferroic thin films have been studied by X-ray diffraction analysis, scanning probe microscopy, and capacitance-voltage characteristics analysis. The RF cathode sputtering in an oxygen atmosphere was used for films fabrication. It has been found that the obtained Ba2NdFeNb4O15 films are single-phase, impurity-free, polycrystalline textured (c-oriented), and the out-of-plane strain is 0.8%, which leads to the presence of ferroelectric properties at room temperature. It is shown that the surface roughness of the films is ~ 15.39 nm, the lateral size of the crystallites is ~ 134 nm, and the relative permittivity in the temperature range of -190…150 °C is 95-130. The reasons for the revealed regularities are discussed.

С использованием метода ВЧ-катодного распыления в атмосфере кислорода изготовлена гетероструктура на основе мультиферроика феррита висмута и сегнетоэлектрика ниобата бария-стронция – BiFeO 3 (1000 нм)/Sr 0.5 Ba 0.5 Nb 2 O 6 (1000 нм)/Pt(001)/MgO(001), в которой отсутствовали примесные фазы, а среднеквадратичная шероховатость поверхности составляла не более 1% от ее толщины. Установлено, что в гетероструктуре все слои выращены эпитаксиально: SBN-50 получен с формированием ориентационных доменов, развернутых в плоскости сопряжения на ±18.4° относительно осей подложки MgO, а слои BFO и Pt – с ориентацией кристаллографических осей параллельно осям подложки MgO. Показано, что величина сегнетоэлектрической поляризации в материале при U = 90 В составляла 59.3 мкКл/см 2 , а для описания закономерностей изменения относительной диэлектрической проницаемости (ε) гетероструктуры при t = 25–250°C достаточно учесть зависимости ε( t ) для каждого из слоев. Обсуждаются причины выявленных закономерностей.

Двухслойная гетероструктура BiFeO/SrBaNbO была напылена на монокристаллическую подложку (001)MgO методом высокочастотного распыления в атмосфере кислорода. Слои гетероструктуры получены эпитаксиально, где нижний слой SrBaNbO получен с формированием 2 типов ориентационных доменов, а верхний слой BiFeO находится в соотношении полной параллельной ориентации с подложкой. Поверхность гетероструктуры, по данным атомносиловой микроскопии, представляет из себя блочную структуру с низким значением среднеквадратичной шероховатости поверхности. Исследование поверхности гетероструктуры методами магнитно-силовой микроскопии показало наличие отклика на границах зерен, связанного только со слоем BiFeO. Обсуждены причины выявленных эффектов.

С использованием рентгендифракционного анализа, диэлектрической спектроскопии, методов анализа сегнетоэлектрических свойств и сканирующей зондовой микроскопии исследованы фазовый состав, наноструктура и свойства тонких пленок мультиферроика Ba2NdFeNb4O15. Для роста пленок на поверхности монокристаллической подложки Pt/MgO(001) использовался одностадийный метод ВЧ-катодного распыления в атмосфере кислорода. Установлено, что полученные пленки Ba2NdFeNb4O15 являются однофазными, беспримесными и с-ориентированными, что позволило изучить их диэлектрические свойства вдоль полярного направления. В пленках имели место деформации растяжения элементарной ячейки 1.35% вдоль полярной оси), что привело к реализации в пленке Ba2NdFeNb4O15 сегнетоэлектрической фазы при комнатной температуре. Обсуждаются причины выявленных закономерностей и перспективы использования данного материала в виде наноразмерных тонких пленок. Ключевые слова: мультиферроик, диэлектрические характеристики, сегнетоэлектрик, тетрагональная вольфрамовая бронза.

С использованием технологии прерывистого напыления на поверхности монокристаллической подложки MgO(001) изготовлены гетероструктуры BiFeO3/(Sr, Ba)Nb2O6. Проведены исследования структуры, профиля состава по толщине, морфологии поверхности и диэлектрических характеристик материалов. Установлено, что несмотря на формирование двух типов ориентационных доменов (±18.4o) в слое (Sr, Ba)Nb2O6, верхний слой BiFeO3 находится в соотношении полной параллельной ориентации с подложкой MgO(001). Показано, что состав пленок феррита висмута и ниобата бария-стронция по толщине пленки не изменяется, соответствует составам распыляемых керамических мишеней, признаков наличия буферных слоев не выявлено. Представлены результаты исследования диэлектрических и сегнетоэлектрических характеристик гетероструктуры. Обсуждаются причины выявленных закономерностей. Ключевые слова: тонкие пленки, гетероструктура, ниобат бария-стронция, феррит висмута.

The crystal structure and Mossbauer spectroscopy studies results for BiFeO3 film growth on the MgO(001) single crystal substrate are present in the paper. It been shown that film have high crystal perfection and low defectiveness which results in appearing of narrow lines during the θ-2θ and φ scanning and the small (lower than 0.7°) disorientation of film and substrate crystal axes. It is been revealed that unit cell of BiFeO3/MgO(001) heterostructure possess monoclinic symmetry and deformation of unit cell is negligible. The Mossbauer study shows that magnetic subsystem of film has spatial spin-modulated structure with zero value of anharmonicity parameter (m). This indicate that at room temperature the magnetic anisotropy changes from the "easy axis" type to "easy plane" type.

Представлены результаты получения и исследования структуры и диэлектрических характеристик тонких пленок слоистого титаната висмута с различной ориентацией кристаллитов относительно плоскости подложки (100)Si с использованием в качестве подслоя (Ba, Sr)TiO. В зависимости от условий роста и химического состава подслоя можно получать монокристаллические или текстурированные пленки слоистого титаната висмута с различной доменной структурой. Одновременное измерение пьезоотклика и вольт-фарадных характеристик позволило сделать вывод о том, что эффект поля в МСЭП-структуре полностью определяется сегнетоэлектрической поляризацией, обусловленной перестройкой доменного строения при внешнем полевом воздействии, а влияние поверхностных состояний незначительно.

Приведены результаты междисциплинарных исследований сегнетоэлектрических гетероструктур, полученных по принципиально новой технологии, разработанной в лаборатории физики тонких сегнетоэлектрических пленок Южного научного центра Российской академии наук (ЮНЦ РАН). Получаемые по этой технологии гетероструктуры сложных оксидов по структурному совершенству и диэлектрическим свойствам значительно превосходят лучшие зарубежные образцы. Комплексное исследование гетероструктур сложных оксидов (методы рентгендифракционного анализа, исследования диэлектрических характеристик, исследования генерации второй гармоники, спектроскопия комбинационного рассеяния света, высокоразрешающая электронная микроскопия) позволило выявить основные особенности применения такой новой активной среды в микроэлектронике СВЧ, оптическом диапазоне, в устройствах на поверхностных акустических волнах, в микродатчиках, а также разработать и создать в ЮНЦ РАН опытные образцы. Установлена область оптимальных толщин пленок для применения в управляющих устройствах СВЧ-диапазона – между 25 и 50 нм. Эта область характеризуется максимальным коэффициентом управляемости и минимальными диэлектрическими потерями. Более того, методы рентгеноструктурного анализа позволяют однозначно определить механизм роста пленок и установить ожидаемый коэффициент управляемости. Разработанный в ЮНЦ РАН микродатчик на основе наноразмерных сегнетоэлектрических гетероструктур с пороговой чувствительностью l/l 10... 10, работающий в диапазоне частот 10... 10 Гц, позволит создать системы диагностики сложных механических систем в минимальные сроки. При использовании в устройстве на поверхностных акустических волнах в качестве активного элемента тонкой сегнетоэлектрической пленки можно вдвое повысить рабочую частоту преобразователя за счет формирования в пленке периодической доменной структуры, представляющей собой фотонный кристалл. Путем изменения внешнего поляризующего напряжения на электродах пленки можно создавать преобразователи с электрически регулируемым коэффициентом электромеханической связи.

Представлены результаты исследования диэлектрических характеристик тонких пленок ниобата бария-стронция Ba0.5Sr0.5Nb2O6, осажденных на монокристаллические подложки кремния различного типа проводимости без каких-либо буферных слоев. Пленки были получены методов высокочастотного катодного распыления в атмосфере кислорода. Обсуждаются причины выявленных закономерностей формирования диэлектрических характеристик.

Thin films of the congruent composition of the barium-strontium niobates solid solutions Sr0.61Ba0.39Nb2O6 (SBN: 61) with thicknesses from 30 to 630 nm on a MgO (001) substrate were fabricated by RF-cathode sputtering in an oxygen atmosphere. By X-ray diffraction it was found that the films are epitaxial and there are no impurities in them. In the films, there is practically no unit cell deformation in the interface plane and tensile strain is present in the normal to the surface direction, which increases with decreasing film thickness. Dielectric measurements indicate high tunability in the films.

Представлены результаты исследования структуры и динамики решетки тонких пленок мультиферрока BiFcO,. Тонкие пленки BiFcO, были напылены на монокристаллические подложки MgO(OOl) одностадийным методом высокочастотного катодного распыления керамической мишени стехиометрического состава BiFcO, в атмосфере кислорода. Пленки были исследованы методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и дифракции рентгеновских лучей при комнатной температуре. Спектры КРС были получены как в геометрии нормального обратного рассеяния, так и в геометрии обратного рассеяния от торца пленки (side-view backscattering), когда волновые векторы падающего и рассеянного света параллельны оси Y. а поляризация падающего/рассеянного света параллельна оси А либо оси Z. В спектрах КРС пленки выделялись основные линии с частотами 73, 136, 167, 222, 338, 478, 530, 613 см, а также наблюдались небольшие изменения значений данных частот спектральных линий для исследуемой пленки BFO по сравнению с таковыми для объемных монокристаллов, что связано с искажением кристаллической структуры пленки BFO/(001)MgO и отличием ее симметрии от ромбоэдрической. Пленки имеют высокое кристаллическое совершенство и малую дефектность структуры, что проявилось в узких линиях на 0-20- и ф-сканировании. Разориентировки кристаллографических осей пленки и подложки были незначительны и не превышали 0,7°. Установлено, что элементарная ячейка феррита висмута в гетероструктуре BiFcO,/MgO(001) имеет моноклинную симметрию. При этом в пленке присутствует лишь незначительная деформация элементарной ячейки.

Pb(ZrTi)O3/Ba0.2Sr0.8TiО3/Si(001) metal-ferroelectric-semiconductor hetero-structures were fabricated by radio-frequency cathodic sputtering. It was found that Pb(ZrTi)O3 films are single-phase, textured, and Ba0.2Sr0.8TiО3 sublayer thickness in-fluence on the texture preferred orientation (110 or 001). It has been shown that by varying the sublayer thickness and / or the amplitude of one period of the applied ex-ternal bipolar electric field, it is possible to create different electrophysical states of the structure. These electrophysical states can be used in creating of the memory cells and, in particular, a multi-level memory cells.

A study of epitaxial Bi4Ti3O12 thin films with a pre-deposited 4 nm Ba0.4Sr0.6TiO3 sublay-er on (001) MgO substrates has been performed. In the obtained heterostructures, the rotation of the Bi4Ti3O12 film unit cells by an angle of 45° relative to the MgO substrate unit cell in the inter-face plane has been observed. The Bi4Ti3O12 films contain unit cell deformations depending on the thickness of the film and the sign of the deformation changes at a thickness of ~40 nm. The switchable in-plane spontaneous polarization of Bi4Ti3O12 film at the 180° domain structure oc-curs at a film thickness of 10 nm and increases with a thickness up to 54 µC/cm2. The study of the dielectric characteristics of the films confirmed the existence of properties anisotropy in the interface plane and the effect of deformation of the unit cell on the properties of heterostruc-tures.

For the first time, thin films of NaNbO3 on a MgO(001) substrate, on which a SrRuO3 layer was previously deposited, were obtained by RF cathode sputtering in an oxygen atmosphere. According to x-ray diffraction analysis the films are single phase and single-crystalline. The lattice parameters in the tetragonal approximation for the NaNbO3 and SrRuO3 layers were: с(NaNbO3) = 0.3940(1) nm, a(NaNbO3) = 0.389(1) nm; с(SrRuO3) = 0.4004(1) nm, a(SrRuO3) = 0.392(3) nm. The unit cell deformation for NaNbO3 was ε33 = 0.007, ε11 = 0.002. Dielectric and piezoelectric measurements indicate that the films are in a ferroelectric state.

The epitaxial Sr0.5Ba0.5Nb2O6/MgO thin films with different layer thickness, but the same total thickness have been fabricated by RF-cathode sputtering. It has been determined that layer thickness decreasement leads to an increase in the unit cell strain, which is maintained if the thickness of the subsequent layers does not exceed the critical.

Пленки феррита висмута BiFeO выращены на монокристаллической подложке (001) MgO по блочному механизму роста методом высокочастотного катодного распыления с использованием в качестве буферного слоя сегнетоэлектрика BaSr _ TiO при варьировании состава x. Изучение гетероструктур методом рентгеновской дифракции показало, что пленки характеризуются псевдотетрагональной симметрией при комнатной температуре. Определено, что степень тетрагонального искажения слоев BaSr _ TiO возрастает с увеличением концентрации Ba, в то время как в слоях BiFeO она остается практически неизменной. Методом атомно-силовой микроскопии установлено, что пленки BiFeOвыросли по блочному механизму роста, причем блоки строго ориентированы относительно друг друга и кристаллографических осей подложки MgO. Высокотемпературные исследования спектров комбинационного рассеяния света в широком диапазоне температур 295-900 K и частот от 50 до 1600 смпоказали, что интенсивность полосы 1250 см, соответствующей плотности состояний двухмагнонных возбуждений, линейно понижается при повышении температуры. Анализ температурного поведения полосы 1250 см позволяет предполагать, что в изученных пленках BiFeO антиферромагнитный фазовый переход происходит в диапазоне температур 600-700 K. Использование сегнетоэлектрических буферных слоев BaSr _ TiO с разной степенью тетрагонального искажения позволяет управлять деформацией пленок BiFeO, возникающей в результате несоответствия параметров решеток в смежных слоях, и тем самым искусственно варьировать свойства данных структур.