Физико-технологические основы создания нового поколения гетероструктур для наноэлектроники и нанофотоники (II.2 Комплексная программа фундаментальных научных исследований Сибирского отделения РАН)

Исследованы эффекты самоорганизации для создания эффективных солнечных элементов на основе доступных полупроводниковых материалов. Выявлено повышение эффективности солнечных элементов на основе многослойных гетероструктур (ГС) и композитных структур с наночастицами, полученными методом молекулярно-слоевой эпитаксии. Созданы гетероструктуры и разработана базовая технология прямого сращивания и переноса полупроводниковых слоев кремния и A³В⁵-соединений. Изучены процессы получения альтернативных подложек на основе ГС GeₓSi₁₋ₓ/Si(001) для солнечных элементов (СЭ), и получены буферные слои твердых растворов с плотностью пронизывающих дислокаций не более 10⁶ см⁻². Выращены гетероструктуры с гладкими и тонкими пленками GeₓSi₁₋ₓ. На подготовленных таким образом структурах наблюдали рост пленок GaAs. Исследованы структурные, оптические и транспортные свойства наноразмерных слоев кремния и алмаза, перенесенных водородным скалыванием на подложку сапфира или стекла. Получены ГС кремний-на-сапфире (КНС) с подвижностью носителей заряда в слое кремния толщиной до 100 нм как объемном материале, а также 30 - 300-нанометровые пленки и мембраны монокристаллического алмаза с низкой концентрацией остаточных дефектов, не препятствующей фотолюминесценции оптически активных NV-центров. Впервые созданы КНС-структуры с межслойным HfO₂, и обнаружено формирование крупноблочной текстуры, содержащей ферроэлектрическую фазу OII (Pmn21) в слое HfO₂ после высокотемпературного отжига 100 - 110°C, обладающую стабильным ферроэлектрическим переключением. Подобные характеристики диэлектрика перспективны для создания элементов встроенной памяти и расширения функциональности логических схем. Высокая подвижность носителей заряда в гетероструктурах КНС обеспечивает рабочие частоты полевых транзисторов до 100 ГГц и низкие токи утечек СВЧ-интегральных схем, а также служит основой для развития СВЧ- и радиационно стойкой электроники.