Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Отработаны технологические приемы синтеза кремний-углеродных пленок методом плазмохимического осаждения из парофазовой смеси. Определены технологические параметры легирования кремний-углеродных пленок с помощью метода лазерной абляции мишени. Получены образцы кремний-углеродных пленок с шероховатостью 1-5 нм, уменьшающейся с увеличением толщины наносимого слоя. Разработаны эффективные методики формирования протяжённых заряженных доменных стенок (ЗДС) в кристаллах LiNbO3 и LiTaO3. Проведён анализ полученных доменных структур с помощью силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика, селективного травления, токовой зондовой микроскопии. Отработаны технологические параметры нанесения электродов сложной геометрии методом оптической литографии. Синтезированы структуры с электродами сложной геометрии и промежуточным слоем из кремний-углеродной пленки. В качестве материала электродов использовались никеля и ITO (оксид индия-олова). На 4 пластинах монокристаллического сапфира с односторонней полировкой с размерами 15х15 мм^2 было сформировано по 25 структур. Исследованы мемристивные и электрофизические свойства полученных образцов кремний-углеродных пленок и сегнетоэлектрических кристаллов со сформированными ЗДС. Было показано, что при превышении порогового напряжения переключения доменной структуры измерение ВАХ изменяет не только локальную доменную структуру, но и проводящее состояние кристалла. Исследована зависимость влияния последовательности импульсов напряжения на переключение структуры из проводящего состояния в непроводящее и обратно. Результаты по исследованию электрофизических и мемристивных свойств были опубликованы в Journal of Materials Chemistry C, Том 9, Выпуск 43, Страницы 15591 - 15607. Также результаты работы были представлены на международной конференции International Conference on Functional Materials (ICFM-2021) (устный доклад “Tailoring of stable induced domains near a charged domain wall in lithium niobate by probe microscopy” Кубасов Илья Викторович).

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведена оценка влияния материала электродов (титан и никель), толщины (5 нм, 10 нм, 50 нм) и уровня легирования (7% и 15%) функционального на мемристивное переключение в композитных материалах на основе кремний-углеродной пленки, легированной оксидом (ниобат лития). Исследованы мемристивные свойства и возможность реализации биполярного резистивного переключения с помощью варьирования параметров синтеза и материала электродов. Отработаны технологические параметры получения композитных материалов на основе кремний-углеродной матрицы с сегнетоэлектрическими включениями методом плазмохимического осаждения с одновременным ассистированием лазерной абляцией мишени (длина волны 266 нм; длительность импульса не больше 10 нс; частота импульсов – 10 Гц). Установлены механизмы электропроводности ЗДС и монодоменных областей в сегнетоэлектрических кристаллах LN. Доминирующим механизмом электропроводности при повышенных электрических полях в монодоменной области кристалла и ЗДС типа T-T является проводимость током, ограниченный концентрацией носителей заряда (SCLC). Электропроводность ЗДС H-H происходит путем туннелирования электронов в зонд АСМ после напряжения ~25 вольт. При этом энергия локализации электронов непосредственно на ЗДС H-H составляет ≈0,42 эВ. В слабых электрических полях во всех областях кристаллов доминирующим механизмом проводимости является омическая проводимость. Проведены температурные измерения электрофизических параметров кристаллов со сформированными ЗДС и определены температурные зависимости электропроводности. Основной вклад в электропроводность восстановленных кристаллов ниобата лития вносят связанные поляроны, локализующиеся на антиструктурных дефектах NbLi. Энергии активации проводимости монодоменной области составила ≈0,64 эВ, что соответствует дрейфовой подвижности связанных поляронов в кристалле. Температурная энергия активации электропроводности ЗДС типа H-H была определена ≈0,79 эВ.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В ходе выполнения 3 года проекта были отработаны технологические параметров изготовления структур на композитах типа “кремний-углеродная пленка (КУП) на кристалле с ЗДС”. Показано, что оптимальной температурой испарения полифенилметилсилоксана (ПФМС) в резервуаре рабочей камеры с исходным веществом является 350 ℃, а оптимальной температурой подложки для получения КУП с минимальным количеством дефектов и максимальной скоростью осаждения - 200 ℃. Оптимальными параметрами потенциала, подаваемого на подложку для формирования тянущего ионы поля за счёт локализации электронного облака вблизи подложки, стали частота 200 кГц и соотношение положительного и отрицательного пикового значения напряжения, равного 100/400 В/В. Изготовленные композитные структуры типа “кремний-углеродная пленка на кристалле с ЗДС” были исследованы методами атомно-силовой микроскопии при помощи зондового микроскопа MFP-3D Asylum Research. Отработана методика сканирования композитных структур при помощи атомно-силового микроскопа. В соответствии с моделью Герца найден эффективный радиус кантилевера – 7нм. Визуализирована доменная сегнетоэлектрическая структура после переключения проводящего состояния мемристивной структуры методом силовой микроскопии пьезоотклика. Глубина детектирования пьезоэлектрических доменов составила 1-2 мкм. Методом токовой атомно-силовой микроскопии (c-AFM) была определена ширина проводящего канала ЗДС в структурах типа “кремний-углеродная пленка на кристалле с ЗДС”, которая составляла 200 нм. Исследована электропроводность ЗДС в структуре типа “кремний-углеродная пленка на кристалле с ЗДС” методом токовой атомно-силовой микроскопии (c-AFM). Методом Кельвина исследовано зарядовое состояние композитных структур типа “КУП на кристалле с ЗДС” до и после многократных циклов перезаписи. Отработаны параметры методики получения мемристорных структур в композитных материалах с оптимальными характеристиками. Определены параметры синтеза, при которых композитная структура обладает наибольшем отношением сопротивлений в состояниях высокого (HRS) и низкого значений (LRS), обладает наибольшем числом циклов перезаписи и воспроизводимостью сопротивлений с наименьшем полем переключения проводящего состояния - длительность напыления КУП 2 мин, толщиной напыленного слоя 15 нм и подложкой из химически восстановленного ниобата лития (LN). Определена температурная стабильность композитных структур типа “кремний-углеродная пленка на кристалле с ЗДС”. Исследовано влияние материала электродов на мемристивные свойства композитных структур типа “кремний-углеродная пленка на кристалле с ЗДС” в слабых (плоские электроды) и сильных (электрод нанесён на зонд СЗМ) электрических полях. Исследовано влияние сегнетоэлектрических и аморфных кремний-углеродных составляющих синтезируемых структур на характеристики резистивного переключения. Установлено, что независимо от метода формирования бидоменной структуры, наличие полярной легированной КУП позволило уменьшить минимальные напряжения переключения сегнетоэлектрической доменной структуры. Показано, что из двух типов ЗДС - “голова-к-голове” и “хвост-к-хвосту” - в образцах с последним типом отсутствовали мемристивные свойства. Определены влияние толщины плёнки и состава легирующих примесей на характеристики резистивного переключения. Показано, что наличие легированный КУП с толщиной 15 нм позволяет уменьшить минимальное отрицательное напряжение переключения в 2 раза. С повышением толщины пленки эффект снижается. Образцы, легированные включениями никеля, показали сравнению с образцами, легированными титаном.