Наноструктура и сегнетоэлектрические свойства наноразмерных пленок BaTiO3/SrRuO3/MgO(001)

Киселев, Д.А. и Стрюков, Д.В. и Павленко, А.В. (2025) Наноструктура и сегнетоэлектрические свойства наноразмерных пленок BaTiO3/SrRuO3/MgO(001). Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов (17). С. 92-101.

PDF - Опубликованная версия
2MB

Абстракт

В работе методом высокочастотного катодного распыления в атмосфере кислорода были синтезированы высококачественные сегнетоэлектрические гетероструктуры BaTiO3/SrRuO3/MgO(001) с толщиной пленки BaTiO3 от 36 до 360 нм. Комплексными методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей зондовой микроскопии проведено детальное исследование их кристаллической структуры, морфологии поверхности, пьезоэлектрических и сегнетоэлектрических характеристик. Установлено, что все полученные пленки являются однофазными и гетероэпитаксиальными. Рентгенодифракционные измерения выявили наличие значительной деформации элементарной ячейки, которая достигает максимума (~4,4%) для самых тонких пленок и уменьшается с ростом толщины. Показано, что шероховатость поверхности пленок, оцененная по данным сканирующей зондовой микроскопии, закономерно увеличивается с толщиной, подчиняясь закону масштабирования. Методом силовой микроскопии пьезоотклика продемонстрирована возможность локального переключения поляризации в пленках и обнаружено увеличение величины остаточного пьезоэлектрического отклика с ростом толщины сегнетоэлектрического слоя. Методом Кельвин-зондовой спектроскопии измерен поверхностный потенциал пленок и установлена тенденция к его снижению с увеличением толщины. В работе обсуждаются причины выявленных закономерностей. Полученные результаты важны для понимания размерных эффектов в сегнетоэлектрических наноразмерных пленках и их применения в микроэлектронике и функциональных устройствах

Абстракт (англ.)

High-quality ferroelectric BaTiO3/SrRuO3/MgO(001) heterostructures with BaTiO3 film thicknesses ranging from 36 to 360 nm were synthesized using high-frequency cathode sputtering in an oxygen atmosphere. A comprehensive study of their crystal structure, surface morphology, piezoelectric and ferroelectric properties was conducted using X-ray structural analysis and scanning probe microscopy. It was established that all the obtained films are single-phase and heteroepitaxial. X-ray diffraction measurements revealed a significant deformation of the unit cell, which reaches a maximum (~4,4%) for the thinnest films and decreases with increasing thickness. It was shown that the surface roughness of the films, estimated from scanning probe microscopy data, systematically increases with thickness, following a scaling law. Piezoresponse force microscopy demonstrated the possibility of local polarization switching in the films and revealed an increase in the magnitude of the residual piezoelectric response with the growth of the ferroelectric layer thickness. The surface potential of the films was measured by Kelvin probe force spectroscopy, and a tendency for it to decrease with increasing thickness was established. The paper discusses the reasons for the observed patterns. The obtained results are important for understanding size effects in nanoscale ferroelectric films and their applications in microelectronics and functional devices

Тип объекта:	Статья
Сведения об авторах:	Киселев Дмитрий Александрович – к.ф.-м.н., заведующий кафедрой материаловедения полупроводников и диэлектриков, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», старший научный сотрудник Фрязинского филиала ФГБУН «Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН» Стрюков Даниил Валерьевич – к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник отдела физики, химии, информатики, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН» Павленко Анатолий Владимирович – д.ф.-м.н., заведующий отделом физики, химии, информатики, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН»
Ключевые слова:	сегнетоэлектрик, BaTiO3, диэлектрические характеристики, сканирующая зондовая микроскопия, поляризация
Ключевые слова (англ.):	ferroelectric, BaTiO3, dielectric characteristics, scanning probe microscopy, polarization
Категории:	5 Математика. Естественные науки 5 Математика. Естественные науки > 53 Физика 5 Математика. Естественные науки > 53 Физика > 537 Электричество. Магнетизм. Электромагнетизм 5 Математика. Естественные науки > 53 Физика > 537 Электричество. Магнетизм. Электромагнетизм > 537.2 Статическое электричество. Электростатика > 537.22 Получение электричества. Распределение электричества. Накопление электричества > 537.226 Электрические свойства диэлектриков. Проницаемость. Диэлектрическая прочность. Сегнетоэлектричество
Подразделения:	Институты, НИИ > Институт радиотехники и электроники РАН Университеты > Национальный исследовательский университет "МИСиС",г.Москва Другие организации > Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН
ID Code:	15540
Deposited On:	17 Июн 2026 08:06
Последнее изменение:	17 Июн 2026 08:06

Repository Staff Only: item control page