Технология создания магнитоуправляемого мемристора на основе нанотрубок диоксида титана
Нанотрубки диоксида титана феррит висмута пленки YBCO атомно-слоевое осаждение магнетронное распыление слоистые структуры мемристивные устройства
Изобретение относится к высокоэффективному способу изготовления тонкопленочных структур мультиферроиков, а именно соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа на поверхности наноразмерных трубок TiO2 и недодопированного YBa2Сu3O6+x (YBCO), обладающих чувствительными в зависимости от приложенного внешнего постоянного магнитного поля мемристивными свойствами, методом атомно-слоевого осаждения, заключающемся в послойном нанесении металлоорганических прекурсоров на основе висмута и железа, и последующей термообработке для формирования структур при температурах менее 600 °С.
Областями применения пленок на основе мультиферроиков являются информационные и энергосберегающие технологии. Заявляемые слоистые пленочные структуры могут быть использованы при создании функциональных устройств электронной техники, в частности, при изготовлении элементов с различными принципами записи, хранения и обработки информации, в том числе транзисторов, ячеек памяти нового поколения (сегнетоэлектрической и мемристивной), резистивных гибридных структур, содержащих сверхпроводящие и сегнетоэлектрические слои и т.д.
В последнее время широко изучаются соединения на основе BiFeO3 (BFO), имеющие ромбоэдрически искаженную структуру перовскита типа ABO3, проявляющие при комнатной температуре свойства: сегнетоэлектричество с высокой температурой Кюри (TC ~ 1103 K) и антиферромагнетизм G-типа с температурой Нееля (TN ~ 643 K), в сочетании с другими соединениями, такими как TiO2, LaSrMnO, LaCaMnO, и YBaCuO (YBCO) и др, в том числе, и в наноструктурированном виде. Интерес к таким многослойным системам вызван благодаря хорошему согласованию кристаллической решетки, спиновой и зарядовой модуляций, а также новым эффектам, возникающим на интерфейсах. В частности, накопление зарядов вблизи границы раздела, чтобы экранировать сегнетоэлектрическую поляризацию. При этом, структура пленок BFO также может быть изменена, регулируя процессами деформации и изменяя тепловое расширение между слоями и подложками. 
Использование материалов BFO, обладающих: фотоэлектрическим и фото-сегнетоэлектрическим эффектами в видимом свете, спонтанной поляризацией, пьезоэффектом и резистивной коммутацией, в частности, в сочетании со структурами TiO2 и YBCO, дает возможность изготовления на их основе новых многофункциональных устройств, в том числе и управляемых, кроме электрического поля, магнитным полем или световым излучением. Например, получение слоистых структур на основе BFO и TiO2, как материал: эффективный электродный для суперконденсаторов [1] и   светорезистивный для мемристивных устройств [2].
В свою очередь, популярность использования соединений на основе YBCO обусловлена проявляемыми этим материалами свойствами, чувствительными к содержанию кислорода, среди которых и эффект Джозефсона. При этом гистерезисный характер вольт-амперных кривых гетероструктур на основе YBCO позволит использовать их в качестве резистивных переключателей. Слоистые структуры на основе YBCO и BFO могут быть использованы для изготовления энергонезависимых запоминающих устройств Джозефсона, предполагающих импульсами напряжения обратимое переключение сопротивления в сегнетоэлектрических туннельных переходах [3].
Задача предлагаемого изобретения – изготовление тонкопленочных структур, обладающих мемристивными свойствами, чувствительными в зависимости от приложенного внешнего постоянного магнитного поля.

Для получения пленочных структур используют методы: физические (в основном, импульсное лазерное напыление, магнетронное распыление) и химические (осаждение из раствора или газовой фазы, а также методы атомно-слоевого осаждения – АСО). 
Методы АСО применяется для нанесения конформных покрытий без точечных дефектов и сложной конфигурации поверхности, в том числе упорядоченных пористых структур. Данный метод основан на химическом осаждении из газовой фазы и предполагает последовательный напуск маталлоорганических прекурсоров в реакционную камеру, при которых реакция осуществляется на поверхности подложки, а непрореагировавшие вещества выводятся из реактора потоком инертного газа. Обычно реализуют два способа формирования структур на поверхности подложки: осаждение осуществляется при высоких температурах непосредственно на поверхности подложки; создание аморфных слоев из соответствующих компонентов и последующая термообработка для самоорганизации структур. 
Для решения заявленной задачи, изготовления слоистых структур на основе соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа, используется второй способ. При этом необходимо учесть, сложность формирования состава BiFeO3 в тонкопленочной форме, из-за испарения оксида висмута в процессе осаждения, в результате которого образуется большое количество дополнительных фаз. 
Патентная литература
Известны способы получения [4-7] материалов на основе BiFeO3, включающие, обычно, подготовку подложки для роста, синтез аморфных слоев и процессы термообработки для формирования необходимой структуры, часто при высоких температурах в несколько этапов.
В работе [4] изготовлена функциональная ячейка, сформированная на слое кремниевой подложки и включающая функциональный слой BFO, в том числе с замещенным Bi на La, с необязательным промежуточным слоем из SrTiO3, обеспечивающим согласованный переход между подложкой и слоем BFO. Согласующий слой получен методом осаждения металлорганических соединений из газовой фазы с использованием нагреваемого испарителя. Слои электрода состава SrRuO3 и BFO были нанесены методом импульсного лазерного осаждения. Температура подложки для SrRuO3 и BFO составляла 650 и 670 °С, а скорость осаждения – 0,7 и 7 Нм/мин, соответственно. После напыления пленки отжигались в течение одного часа при 390 °C (охлаждении до этой температуры со скоростью 5 °С/мин в атмосфере кислорода). Недостатком данного способа является возможность загрязнения пленки твердыми частицами, возникающими при высоких скоростях осаждения материала мишени.
В патенте [5] описывается метод АСО получения пленок BFO, используя в качестве прекурсоров соединения Bi(thd)3 и Fe(thd)3, а окислителя – H2O. Процесс нанесения включает несколько этапов: промывание подложки для роста пленок и формирования гидроксильной группы поверхностного слоя подложки; введение в камеру Bi-содержащего прекурсора и далее газообразного азота, продувка гидроксильного остатка; введение окислителя; повторная продувка азотом для удаления остатков реакции; повторение данных этапов от 2 до 5 раз до образования слоя Bi-O; далее введение Fe-содержащего прекурсора, также продувка азотом и запуск окислителя; повторное продувание азотом.  Для образования одного слоя из BiFeO3 на подложке необходимо повторить все этапы 10 раз, а для многослойной пленки – многократное повторение всех этапов. Отжиг аморфной пленки проводится при температуре из интервала 200÷800°C. Недостатками данного метода являются не только сложность (повторение всех этапов в 10 раз) процесса нанесения, но и трудности, связанные с удалениями остатков реакции. 
В работе [6] для получения пленок феррита висмута изготавливают раствор смеси абиетатов висмута и железа путем введения нитратов Fe(NO3)3⋅9H2O и Βi(ΝO3)3⋅5H2O в расплав абиетиновой кислоты (С19Н29СООН) при перемешивании и с последующим охлаждением до комнатной температуры. Далее синтезированный раствор смеси измельчают в шаровой планетарной мельнице, растворяют в органическом растворителе (с концентрацией 0,05-1,5 мг/г) в равномольном соотношении и наносят на подложку, сушат при 80-150 °С в течение не менее 10 мин и обжигают в течение 0,5-2 часов на воздухе или в инертной атмосфере при температуре из интервала 500÷600 °С (скорость нагрев до температуры обжига составляет 5-40 °С/мин). Основным недостатком этого способа является сложность избавления от остаточных продуктов реакции в пленке. 
Однако остаточные продукты могут бить использованы в качестве соединений для легирования материалов, например, сверхпроводников, как показано в [7]. Авторы данного патента изготовили регулируемые резисторы, содержащие гибридную структуру из сверхпроводящего материала YBCO и сегнетоэлектрического материала BFO. 
Не патентная литература 
В работе [8] были получены тонкие пленки гетероструктур на основе соединений BFO на подложках Pt/TiO2/SiO2/Si(100) методом химического осаждения. Для этого раствор был приготовлен растворением нитратов в водном растворе лимонной кислоты, при перемешивании и выпаривании при температурах до 90 °C для образования хелатов металлов. Далее растворы смешивали. После гомогенизации температуру раствора повышали до 100 °C и добавляли этиленгликоль для достижения полимеризации раствора. Вязкость раствора контролировали, меняя содержание воды. Слои раствора наносили в течение 30 с на подложки методом центрифугирования при скорости 5000 об/мин. Затем пленки отжигали в течение 1 ч при 300 °C (скорость нагрева 3 °C/мин) для удаления органического материала. После чего каждый слой кристаллизовали в течение 2 часов в атмосфере воздуха при температурах 500 и 550 °C (скорость нагрева 5 °C/мин). Этот процесс повторяли 10 раз для слоя пленок, и пять раз для каждого слоя при формировании многослойных структур (всего 10 слоев). В конце после нанесения верхнего электрода пленку подвергали повторной обработке в течение 1 часа в атмосфере кислорода при 300 °C. Недостатками является не только сложность контроля толщины при нанесении слоев центрофугированием, но и трудность удаления побочных продуктов реакций.
В статье [9] методом АСО были выращены пленки BFO на подложках Pt/SiO2/Si с использованием прекурсоров – 2,3-диметил-2-бутоксида висмута (III), трет-бутоксида железа (III) и воды. Температуры разложения для прекурсоров из Fe и Bi выше ~170 и 200 °C, соответственно. Прекурсор из Fe является твердым веществом с ограниченной термической стабильностью, а прекурсор из Bi представляет собой жидкость, с температурой испарения приблизительно до 60-70 °С. Осаждение проводилось при 150 °C, аморфные слои BiOx с толщиной ~7.2 нм получались за 180 циклов (со скорость роста 0,4 Å/цикл), а слои FeOx с толщиной примерно 4 нм – за 200 циклов (0,2 Å/цикл). Цикл нанесения начинался и завершался слоем FeOx (200 циклов, 4 нм) для ограничения процессов диффузии Bi во время высокотемпературного отжига. Длительность импульсов прекурсора висмута составляла 0.4 с, прекурсора железа – 0.5 с, воды – 0.5 с, а продувка азотом осуществлялась после каждого цикла прекурсора металла в течение 1.5 с и в течение 3 с после напуска воды. Образцы с выращенными ламинарными слоями были отожжены в течение одного часа при 500 °C в атмосфере азота, что привело к взаимной диффузии слоев и образованию фазы BFO. Проблема высоких токов утечки в толстых пленках решают уменьшением толщины пленки, приводящим к снижению дефектов по глубине. 
В работе [10] методом АСО получены тонкие пленки BFO на подложках Pt/Ti/SiO2/Si(100) и Si(100) со слоем собственного оксида. В качестве газа-носителя использовали азот. Ферроцен (Fe(Cp)2) и би-трифенил (Bi(ph)3) выпаривали при 180 и 200 °C, соответственно. Температура осаждения составляла 250 °C, время импульса и продувки составляла 0.5/7с для O3, 0.5/7.5 с для Fe(Cp)2 и 0.5/7.5 с для Bi(Ph)3, соответственно. Аморфные слои были выращены со скоростью роста для субцикла (Fe(Cp)2 – O3) ~ 0.30 Å/цикл, а для (Bi(Ph)3 – O3) – примерно 0,44 Å. Образцы пленок термообрабатывались, согласно режимам: в течение 1 часа при 550 °C в атмосфере азота; в течение 1 и 24 часов при 550 °C в атмосфере кислорода, соответственно. Основным недостатком является трудность получения пленок толщиной менее 70 нм, так как они формируются Bi-дефицитными.  
В работе [11] были выращены поликристаллические тонкие пленки BiFeO3 на подложках SiO2/Si(001) и Pt(111) методом АСО с использованием прекурсоров – ферроцена, трифенил-висмута и озона. Авторы заявляют, что они добились контролируемых и воспроизводимых результатов по росту аморфных пленок при температуре роста 290 °C. Хотя им удалось обеспечить контроль над стехиометрией катионов (при соотношении Bi/Fe в диапазоне 0.3÷2.4), однако, вопросы обеспечения однородности по составу еще не до конца решены. 
Пленка YBCO и слоистые структуры BFO/YBCO были выращены в [12], на монокристаллических подложках SrTiO3 (STO) с ориентацией (001), методом импульсного лазерного осаждения. Перед изготовлением пленок YBCO некоторые подложки STO отжигались в течение 8 ч при 1000 °C в потоке кислорода перед осаждением. На поверхности пленки YBCO толщиной 80 нм этим же методом наносился слой BFO толщиной 160 нм. Температура отжига в атмосфере кислорода составляло 430 °C. 
Как и в работе [12], методом импульсного лазерного осаждения изготовлялись в [13] пленки BFO (с толщиной от 30 до 160 нм) на монокристаллических подложках STO с ориентацией (001), отжигались в течение 8 ч при 1000 °C в потоке кислорода, а далее в этой же камере наносился следующий слой YBCO (до 100 нм). Осаждение осуществлялось в атмосфере кислорода при 650 °C для пленки BFO и при 700 °C для пленки YBCO. 
Основным недостатком способов [10 и 11] является загрязнения получаемых слоев пленки твердыми частицами от предыдущего циклов нанесения (YBCO), осуществляемых в одной и той же камере, что в свою очередь приводит к дефектности и неоднородности пленок YBCO, выращенных на более толстых пленках BFO.
Слоистые структуры на основе YBCO (толщина 30 нм) и BFO (от 0 до 15 нм) получались на подложках STO методом импульсного лазерного осаждения [3].  Однородность при нанесении пленок в атмосфере кислорода обеспечивалась вращающимся держателем подложек. Температуры роста составляли 700 °C для YBCO и 560 °C для BFO.  Основными недостатками способа [3] являются сложности процесса нанесения слоев, предполагающего чередований методов (центрифугирования и лазерного осаждения), и плазменной обработки для удаления всех остатков с поверхности YBCO (или BFO).
Двухслойная тонкопленочная структура на основе BFO и YBCO создана [14] на подложках STO методом импульсного лазерного осаждения. Нижний слой YBCO толщиной ∼100 нм наносился в потоке кислорода при температуре подложки 780 °C, а далее слой BFO (толщиной ∼130 нм) – при 670 °C. 
В работе [15] многослойные композитные пленки получали методом импульсного лазерного напыления. Мишень YBCO для распыления изготовлена методом твердофазного спекания в два этапа при 850 °C в течение 60 часов и 920 °C в течение 156 часов. Разные композитные пленки получались при температурах 790 и 800 °C. Термообработка всех образцов осуществлялась в течение 30 минут при 500 °C в атмосфере кислорода. 
Недостатком приведенных способов [14, 15], в основном, является высокие температуры спекания, приводящие к механическим напряжениям и растрескиванию образцов.
Из известных способов получения соединений на основе BFO и YBCO с перовскитной структурой, наиболее близкими по технической сущности является материалы, описанные в [16, 17].
Близкой к данной методике является метод, приведенный в [16], предполагающий электрохимическим анодированием получение нанотрубок состава TiO2 и нанесение на их поверхности пленок BFO. Пластина из Ti подвергалась предварительной очистке в несколько этапов. Процесс анодирования осуществлялся в течение 20 часов при 20 °C, после которого осуществлялись повторные чистки образца в этаноле и ацетоне. На поверхности, термообработанного в течение 90 минут на воздухе в трубчатой печи при 400 °C, нанотрубок, погружая на 4 часа в раствор пентагидрата нитрата висмута с нонагидратом нитрата железа в 2-метоксиэтаноле, наносят слой BFO при комнатной температуре. Образец после чего сушили под инфракрасной лампой и отжигали в течение 2 часов в трубчатой печи при 480 °C на воздухе. Недостатками являются не только длительность анодирования, но и плохая адгезия слоя BFO с подложкой, а также сложность удаления побочных продуктов реакций. 
Слоистая структура BFO/YBCO была получена эпитаксиально методом магнетронного распыления [17]. Слой YBCO, с толщиной 100 нм нанесен на подложке STO (001) при технологических параметрах: температурой осаждения около 805 °C, ток распыления 0.4 А, напряжение распыления 100 В, давление 30 Па, среда кислорода и аргона (соотношение составляла 1:2) и скорость осаждения около 50 нм за 1 час. Далее наносится следующий слой BFO при 670 °C и давлении ~5 Па. После нанесения слоев осуществлялась термообработка при 450 °C. Недостатками приведенного способа, в основном, являются высокие температуры спекания, приводящие к механическим напряжениям и растрескиванию образцов.
Наиболее близким к предлагаемому способу также является способ [18] изготовления пленок феррита висмута на поверхности сапфировой подложки (r – плоскости) методом молекулярного наслаивания, используя металлоорганические соединения Bi(mmp)3 и Fe(C5H5)2 и последующую термообработку в атмосфере воздуха при температуре 630-670 °C в течение 1 часа. В отличие от метода [18], в рамках данной заявки предлагается получение слоистых структур, а точнее соединений на основе BFO в сочетании с материалами TiO2 и YBCO, в том числе и в наноструктурированном виде, обладающих свойством резистивной коммутации.
Техническим результатом изобретения является получение пленок, обладающих мемристивными свойствами, чувствительными к приложенному внешнему постоянному магнитному полю, методом атомно-слоевого осаждения путем послойного нанесения металлоорганических прекурсоров на основе висмута и железа, и последующей термообработке в течение не более 1 часа и при температурах менее 600 °С.

Сущность изобретения заключается в следующем.
Сущность изобретения заключается в способе изготовления тонкопленочных структур мультиферроиков, а именно, соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа, на поверхности наноразмерных трубок TiO2 и недодопированного YBa2Сu3O6+x (YBCO), обладающих мемристивными свойствами, чувствительными к внешнему постоянному магнитному полю, методом атомно-слоевого осаждения, заключающемся в послойном нанесении металлоорганических прекурсоров на основе висмута и железа, и последующей термообработкой в течение не более 1 часа при температурах менее 600 °С. 
Преимуществами заявляемого способа являются: снижение температуры спекания (менее 600 °С); сокращение длительности спекания (не более 1 часа); возможность создания материалов, обладающих резистивной коммутацией. 
Пример 1а. Изготовление подложки – основа из наноразмерных трубок состава TiO2.  
Трубки состава TiO2 были получены методом анодного окисления пластин Ti, расположенных на расстоянии не менее ~3 см друг относительно друга во фторопластовом стакане. Предварительную ультразвуковую очистку поверхности пластин проводили в 2 этапа: в растворе этанола (С2H5OH, чистота 99,9%) и в H2O в течение 15 и 5 минут, соответственно. Для приготовления раствора электролита использовали этиленгликоль (C2H6O2, чистота 99,9%) и фторид аммония (NH4F, чистота 99,9%) в соотношении 99.7% и 0.3%. Образцы изготавливались при технологических параметрах: силе тока не более 10 мА; напряжениях и временах из интервалов 20÷50 В и 2÷10 часов; при температурах не более 30 °С. В конце осуществлялась очистка и высушивание образцов при температурах не более 50 °С не менее 15 мин. Термическую обработку проводили при температурах 400, 450 и 500 ºС в течение 30, 25 и 20 мин, соответственно (скорость подъема до этих температур составляла ~6 ºС/мин, а снижения – примерно 2,5 ºС/мин). 
На фиг. 1а приведены рентгенограмма и зависимость вольт-амперных характеристик. Пики на рентгенограммах соответствуют фазам диоксида титана TiO2 – 93% и металлического титана Ti – 7%. Средний размер кристаллитов, рассчитанный по формуле Шеррера, составлял не более 40 нм, длина трубок – не более 2.8 мкм, а диаметр не выше 50 нм.
Измерения ВАХ проводились циклически (от -5 до 5 В) при планарном размещении зондов (измерительный ток не выше 1 мА) на автоматизированной установке, используя функцию калибратора-мультиметра Keithley 2400. Сопротивления: удельное ~17,2 Ом·см, растекания ~19 кОм и поверхностное ~ 86,2 кОм. Обнаружен гистерезисный характер зависимости ВАХ. Сопротивление в высокоомном состоянии составляет ~3,8*1010 Ом, в низкоомном – примерно 8,79*109 Ом. 
Пример 1б. Изготовление соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа, на поверхности наноразмерных трубок TiO2.
 Получали образцы на установке АСО «ALDCERAM® ML-200» (ДГУ, НОЦ «Нанотехнологии»).  Осаждения соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа, на поверхности наноразмерных трубок TiO2, осуществлялись согласно рекомендациям, приведенным в патенте РФ № 2718467C1.
Для получения образцов выбран режим последовательной транспортировки металлоорганических прекурсоров в АСО-реактор (при температуре подложки, расположенной в 3-х см от входного отверстия, ~ 250 °C и вакууме не менее 10-3 Па). 
В качестве металлоорганических прекурсоров использовали Bi(mmp)3 (с температурой испарения Tисп из примерно 130÷170 °C) и ферроцен (Fe(C5H5)2, со значением Tисп ~90 °C), а в качестве промежуточного окислителя – озон. Длительность последовательных напусков для Bi(mmp)3 и ферроцена составляла не более 1 с, а для озона  ̶  не более 5 с. Продувка осуществлялась азотом в газообразном состоянии (чистота не ниже 99,999%). Для формирования необходимой структуры проводилась термическая обработка в течение не более 1 часа при температурах не выше 600 °С.
На фиг. 1б приведены рентгенограмма и зависимость вольтамперных характеристик. Прецизионные измерения ВАХ при размещении зондов «сендвич-геометрия» осуществляли с помощью атомно-силового микроскопа Ntegra Spectra (режим измерения ВАХ, верхний электрод являлся зонд, а нижним – электрод из Pt). Пики на рентгенограммах соответствуют фазам феррита висмута (∇) – 54.5%, диоксида титана TiO2 (*) – 31.7% и металлического титана (●) – 9.9% с долей дополнительных фаз менее 4% – Bi2O3 (ο). Средний размер кристаллитов, рассчитанный по формуле Шеррера, составлял не более 55нм. Зависимость ВАХ имеет гистерезисный вид, характерный для мемристивных структур. Наибольший эффект переключения наблюдается при напряжении ~ 1В.
На фиг. 1в, 1г и 1д приведены измерения сопротивления и ВАХ без и в присутствии постоянного поперечного магнитного поля, выполненные на автоматизированной установке, используя функцию калибратора-мультиметра Keithley 2400.
Как видно, при прочих равных условиях, в магнитном поле значения сопротивления ниже, полученные образцы проявляют зависимость мемристивных свойств от постоянного магнитного поля.
Пример 2а. Изготовление подложек – пленок состава YBCO методом магнетронного распыления.
В качестве мишени использовали наноструктурированную керамику YBa2Cu3O7–, изготовленную из нанопорошков, полученных методом сжигания нитрат – органических прекурсоров, согласно рекомендациям, приведенным в патенте РФ № 2601073 [19].
Для получения нанопорошков, нитраты иттрия, бария и меди растворяли в воде (в соотношении материал/вода, равном 0.03:1) и добавляли глицерин в количестве 0.5÷1.5% от общей массы водного раствора нитратов. Далее этот нанопорошок термообрабатывался в течение 20 часов при 910 ºС, прессовался (с добавлением бутилового спирта) под давлением не менее ~ 100 МПа и спекался при 920 ºС в течение 1 часа за один этап. Плотность образца составляла примерно 6 г/см3.
Методом магнетронного распыления наноструктурированных мишеней получены пленки YBCO на кремниевых подложках, согласно рекомендациям, приведенным в работе [20]. Пленки распылялись при следующих технологических параметрах: среда распыления Ar/O2(3/1), давление ~10 Па; конфигурация расположения мишень-подложка − 40°off-axis; расстояние мишень подложка – 1.2 см; температура подложки 700 ºС и ток разряда –150 мА.
Пример 2б. Изготовление соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа, на поверхности недодопированного YBCO. Процесс осаждения осуществлялся аналогично примеру 1б. 
На фиг. 2 приведены рентгенограммы и зависимость вольтамперных характеристик. Проявились пики на рентгенограммах, характерные подложке Si и фазам YBCO и BFO (для сравнения приведены карточки №98-005-6507 и №93-016-8319, соответственно). Прецизионные измерения ВАХ при размещении зондов «сендвич-геометрия» осуществляли с помощью атомно-силового микроскопа Ntegra Spectra. На зависимости ВАХ наблюдается характерный для мемристивных структур гистерезисный вид. Наибольший эффект переключения наблюдается при напряжении ~ 1В (измерительный ток не выше 1 мА). Сопротивления: удельное ~8,5 Ом·см, растекания ~20 кОм и поверхностное ~ 85 кОм.
На фиг. 2б приведены измерения ВАХ без и в присутствии постоянного поперечного магнитного поля, выполненные на автоматизированной установке, используя функцию калибратора-мультиметра Keithley 2400.
Как видно, полученные образцы проявляют зависимость ВАХ от постоянного магнитного поля. Такое поведение дает возможность изготовления новых многофункциональных мемристивных устройств, управляемых, кроме электрического поля и магнитным полем.

Использованная литература
1. Sarkar A. et al. Three-dimensional nanoarchitecture of BiFeO3 anchored TiO2 nanotube arrays for electrochemical energy storage and solar energy conversion // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. – 2015. – Т. 3. – №. 9. – С. 2254-2263.
2. Sarkar A. et al. Multifunctional BiFeO3/TiO2 nano-heterostructure: Photo-ferroelectricity, rectifying transport, and nonvolatile resistive switching property // Applied Physics Letters. – 2016. – Т. 108. – №. 3. – С. 033112.
3. Rouco V. et al. Quasiparticle tunnel electroresistance in superconducting junctions // Nature communications. – 2020. – Т. 11. – №. 1. – С. 1-9.
4. Ramesh R. Bismuth ferrite films and devices grown on silicon // Patent No.: US  20070029593A1, 8.02.2007.
5. Atomic layer deposition method of BiFeO3 film // Patent No.: CN102776486A, China, 14.08.2012.
6. Лупейко Т.Г., Баян Е.М. Способ получения прозрачных наноразмерных плёнок феррита висмута // Патент RU № 2 616 305 C1 от 14.04.2017.
7. Briatico J. et al. Cross-reference to related applications // Patent No.: US9412504B2, 9.08.2016.
8. Ranieri M.G., Amoresi R. A. et al. Magnetoelectricity at room temperature in the LaFeO3/BiFeO3 heterostructures // J Mater Sci: Mater Electron, – 2016, – T. 27, – P. 9325–9334.
9. Marchand B., Jalkanen P. et al. Electric and magnetic properties of ALD grown BiFeO3 films // J. Phys. Chem. C. – 2016, –  T.120, № .13, – P. 7313–7322.
10. Golovina I.S., Falmbigl M. et al. Effect of annealing conditions on the electrical properties of ALD-grown polycrystalline BiFeO3 films // J. Mater. Chem. C, – 2018, – T.6, – P. 5462-5472.
11. Plokhikh A.V., Falmbig M. et al. Formation of BiFeO3 from a binary oxide superlattice grown by Atomic Layer Deposition // Chem Phys Chem, – 2017, – T. 18, –  P. 1966 – 1970.
12. Yang Q. et al. The physical properties and microstructure of BiFeO3/YBCO heterostructures // Vacuum. – 2019. – Т. 167. – С. 313-318.
13. Yang Q. et al. The structural and superconducting properties in the YBa2Cu3O7−δ/BiFeO3 heterostructures //Physica C: Superconductivity. – 2013. – Т. 492. – С. 181-185.
14. Springer D. et al. Interfacial effects revealed by ultrafast relaxation dynamics in BiFeO3/YBa2Cu3O7 bilayers // Physical Review B. – 2016. – Т. 93. – №. 6. – P. 064510.
15. Sebastian M.A. et al. Flux Pinning Enhancements of YBa2Cu3O7-x with Nanosize Magnetic Additions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, –2020. – Т. 756. – №. 1. – С. 012026.
16. Sarkar A., Singh A.K. et al. Three-dimensional nanoarchitecture of BiFeO3 anchored TiO2 nanotube arrays for electrochemical energy storage and solar energy conversion // ACS Sustainable Chem. Eng., – 2015, – T. 3, – P.2254−2263.
17. Liu F.G. et al. Barrier enhancement behavior in an Au/BiFeO3/YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 heterostructure with the magnetic field effect //Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – Т. 619. – P. 505-508.
18. Рамазанов Ш.М. и др. Способ получения эпитаксиальных пленок феррита висмута методом молекулярного наслаивания // Патент № 2718467C1 от 08.04.2020. Бюл. № 10.
19. Шабанов Н.С., Гаджимагомедов С.Х., Палчаев Д.К., Рабаданов М.Х., Мурлиева Ж.Х., Палчаев Н.А. Способ получения высокотемпературной сверхпроводящей керамики. Патент RU № 2601073 от 02.06.2016. Бюл. № от 27.10.2016.
20. Гаджимагомедов, С.Х. Палчаев Д.К. и др. Структура и свойства сверхпроводящей пленки состава YBCO/SiO2/Si // Вестник Дагестанского государственного университета. Серия 1. Естественные науки. – 2020. – Т.35. – Вып. 4. – c. 79-89.


Формула изобретения
Способ получения тонкопленочных структур мультиферроиков, а именно, соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа, на поверхности наноразмерных трубок TiO2 и недодопированного YBa2Сu3O6+x (YBCO), обладающих мемристивными свойствами, чувствительными к внешнему постоянному магнитному полю, методом атомно-слоевого осаждения, заключающемся в послойном нанесении металлоорганических прекурсоров на основе висмута и железа, и последующей термообработкой в течение не более 1 часа при температурах менее 600 °С. 
Реферат
Изобретение относится к способу изготовления тонкопленочных структур на основе соединений, содержащих катионы висмута и железа на поверхности наноразмерных трубок TiO2 и недодопированного YBa2Сu3O6+x (YBCO), обладающих чувствительными в зависимости от приложенного внешнего постоянного магнитного поля мемристивными свойствами, которые могут быть использованы при создании функциональных устройств электронной техники, в частности, при изготовлении элементов с различными принципами записи, хранения и обработки информации, в том числе транзисторов, ячеек памяти нового поколения (сегнетоэлектрической и мемристивной) и резистивных гибридных структур, содержащих сверхпроводящие и сегнетоэлектрические слои. 
Сущность изобретения заключается в способе изготовления тонкопленочных структур мультиферроиков, а именно, соединений со структурой перовскита, содержащих катионы висмута и железа, на поверхности наноразмерных трубок TiO2 и недодопированного YBa2Сu3O6+x (YBCO), обладающих мемристивными свойствами, чувствительными к внешнему постоянному магнитному полю, методом атомно-слоевого осаждения, заключающемся в послойном нанесении металлоорганических прекурсоров на основе висмута и железа, и последующей термообработкой в течение не более 1 часа при температурах менее 600 °С. 
Техническим результатом изобретения является получение пленок, обладающих мемристивными свойствами, чувствительными к приложенному внешнему постоянному магнитному полю, путем послойного нанесения металлоорганических прекурсоров на основе висмута и железа, и последующей термообработке в течение не более 1 часа и при температурах менее 600 °С.  2пр., 7 ил.
Обнаруженные мемристивные эффекты в электрических и магнитных полях позволят использовать их в будущем в устройствах памяти, снизить размер и повысить количество циклов. Возможно изготовление датчиков на их основе со свойствами чувствительными к электрическим, магнитным и световым воздействиям.
Султанахмед
Гаджимагомедов
Ханахмедович
Научный сотрудник
Кандидат физико-математических наук
Отсутствует
E-8392-2014
57188637886
4698-7491
https://www.researchgate.net/profile/Sultanahmed_Gadjimagomedov
РОССИЯ
Муртазали
Рабаданов
Хулатаевич
профессор
РОССИЯ
29.19.31
Полупроводники
29.19.22
Физика наноструктур. Низкоразмерные структуры. Мезоскопические структуры
02.05.QH
MATERIALS SCIENCE, COMPOSITES
02.10.NS
NANOSCIENCE & NANOTECHNOLOGY
Аида
Рабаданова
Энверовна
Получение образцов, анализ литературы
РОССИЯ
Даир
Палчаев
Каирович
Анализ и интерпретация данных
РОССИЯ
Руслан
Эмиров
Мурадович
Проведение исследований
РОССИЯ
Пайзула
Сайпулаев
Магомедтагирович
Получение образцов
РОССИЯ
Султанахмед
Гаджимагомедов
Ханахмедович
Проведение исследований, анализ данных
РОССИЯ
Муртазали
Рабаданов
Хулатаевич
Анализ данных
РОССИЯ
Жарият
Мурлиева
Хаджиевна
Анализ литературы
РОССИЯ
Нариман
Алиханов
Магомед-Расулович
Проведение исследований
РОССИЯ
ДГУ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего  образования "Дагестанский государственный университет"
1020502631621
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные бюджетные учреждения