Изобретение и повсеместное распространение технологии беспроводной связи началось в конце XIX века, и во многом благодаря передовым результатам исследований ученых в сфере телекоммуникаций (передача данных при помощи электромагнитных сигналов), в том числе выдающегося российского исследователя, создателя радио и первого директора СПбГЭТУ «ЛЭТИ» – Александра Степановича Попова (1859–1906). С тех пор количество переданной таким образом информации во всем мире постоянно увеличивается. На сегодняшний день наиболее востребованные системы радиосвязи, навигации, радиовещания и спутниковой связи работают в высокочастотном диапазоне. В качестве основных функциональных материалов для создания компонентов таких систем используются полупроводники на основе кремния и ферриты.
Однако в мире постепенно усиливается потребность (и в дальнейшем она будет только возрастать) в увеличении объема и скорости передаваемой информации. Это заставляет ученых искать пути для перехода систем связи на сверхвысокие частоты (СВЧ). А поскольку полупроводники и ферриты обладают рядом недостатков именно на СВЧ, то освоение новых частот требует поиска альтернативных материалов для создания эффективных компонентов электроники будущего.
Работы в данной сфере ведут специалисты СПбГЭТУ «ЛЭТИ» совместно с учеными Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН. В ходе исследования они при помощи метода магнетронного распыления успешно синтезировали тонкие сегнетоэлектрические пленки титаната-станната бария (Ba(Sn,Ti)O₃), которые были впервые легированы хромом методом высокотемпературной диффузии. Сегнетоэлектрические материалы обладают способностью изменять диэлектрическую проницаемость при воздействии внешнего электрического поля, что широко используется для разработки электрически управляемых СВЧ устройств. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Alloys and Compounds.
«Полученные в ходе исследования результаты демонстрируют высокий потенциал предложенного нами метода легирования для получения пленочного материала с новыми свойствами. Насколько нам известно, это первая успешная попытка легирования тонких пленок с использованием метода высокотемпературной диффузии, а также первая демонстрация люминесценции в титанате-станнате бария», – м.н.с. ЛНМ СВЧ, зам. декана ФЭЛ по приему в бакалавриат СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Романович Богдан
При синтезе композитных материалов в качестве подложки использовался оксид алюминия (Al₂O₃), на который была нанесена тонкая пленка BaSn₀.₂Ti₀.₈O₃. Легирование образцов путем высокотемпературной диффузии проводилось из твердотельного диффузанта, в качестве которого выступал порошковый оксид хрома (Cr₂O₃), в резистивной печи, где поддерживалась температура 1300 градусов на протяжении около 30 часов.
Высокотемпературный диффузионный отжиг бесцветного образца привел к его равномерному коричневому окрашиванию. Элементный анализ исследованных образцов показывает равномерное распределение ионов хрома по объему пленки с концентрацией около 12%.
«Изучение свойств полученных композитных материалов показало, что они демонстрируют люминесценцию за счет легирования хромом, и при этом сохраняют перспективные сегнетоэлектрические свойства для СВЧ-применений. Сейчас мы работаем над расширением возможностей метода и улучшением характеристик таких материалов. В перспективе на базе разработанных композитов могут быть реализованы компоненты для оптоэлектроники будущего». – Профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Вилевич Тумаркин
Разработка является результатом работы «Лаборатории новых функциональных материалов для сверхвысокочастотных применений», которая была открыта в конце 2022 года в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» при поддержке Минобрнауки РФ. Задача создания таких лабораторий – получение новых научных результатов и их внедрение на предприятиях электронной промышленности России.
