Технологии и атомистическая диагностика твердотельных наногетеросистем

Объектом исследования являются различные функциональные наногетеросистемы и наноматериалы. Целью проекта является разработка методов и технологий по созданию новых наноустройств в области наноэлектроники, фотоники и сенсорики. С помощью аналитической безаберрационной ВРЭМ проведены исследования металл-индуцированной кристаллизации субоксида кремния (совместно с Институтом теплофизики С.С. Кутателадзе СО РАН), атомного строения гетероструктур Si+Sn/Si(001) и КНИ структур для MOSFET устройств. Обнаружены нанокристаллы (НК) V2O5 со структурой ядро-оболочка в матрице фторографена, что предполагает возможность их контролируемого формирования в 3D- гибридных наноструктурах для нейроморфных систем и устройств на основе метаматериалов. Впервые численно промоделирован мезоскопический электронный транспорт − отклик короткого (100 нм) экспериментального квантового точечного контакта на СВЧ-облучение и 3D электростатический потенциал в структуре с длинным модулированным каналом в затворно-индуцированной двумерной электронной жидкости. Результаты опубликованы совместно с экспериментаторами и теоретиками из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) в высокорейтинговом журнале Phys. Rev. X. На основе DFT расчетов исследована деформация межатомных связей в верхних атомных слоях не напряженной и упруго-сжатой поверхности Ge(111) со структурами c(2×8), 7×7 и 5×5. Показано, что вплоть до 4 % сжатия решетки в реконструированном слое поверхности Ge(111) со структурами 7×7 и 5×5 доминирует деформация растяжения связей. Рассмотрено влияние скачка массы электрона на фотоэмиссию и фотонно-усиленную термоэлектронную эмиссию из полупроводников с положительным и отрицательным эффективным электронным сродством. Расчет показывает, что на поверхности с положительным сродством скачок массы приводит к качественно различным угловым распределениям эмитированных электронов с энергией выше и ниже критической, в отличие от поверхности с отрицательным сродством. Измерена эволюция энергетических распределений электронов в процессе кислород-индуцированной деградации p-GaAs(Cs,O)-фотокатода. В зависимости средней поперечной энергии эмитированных электронов от эффективного электронного сродства наблюдалось немонотонное поведение, которое объясняется изменениями долей групп термализованных и нетермализованных электронов в общем числе эмитированных электронов. Продемонстрированы возможности применения атомно силовой микроскопии (АСМ) для развития технологий выращивания новых наноматериалов (BC x N y , In2Se3) и изучения свойств атомно-гладких поверхностей. Работа по BC x N y проведена в кооперации с рядом Институтов СО РАН (Институтом неорганической химии им А.В. Николаева, Институтом теплофизики им. С.С. Кутателадзе, Институтом катализа им. Г.К. Борескова, Институтом лазерной физики), Индийским институтом науки Бангалор (Индия) и Уханьским Университетом технологии (КНР). На основе АСМ разработан уникальный подход для анализа неоднородности коэффициента диффузии на экстремально широких круглых террасах поверхности Si(111). Впервые режим Кельвин-моды в АСМ применен для изучения распределения поверхностного потенциала гетероперехода β-In2Se3/Si(111). Продолжена разработка технологии создания антиотражающих покрытий на основе диэлектрических частиц Ge на поверхности SiO2/Si. Численное моделирование подтвердило, что такие частицы в форме сегмента сферы создают эффективные антиотражающие покрытия для оптоэлектронных преобразователей. Представлены результаты разработки лазеров с вертикальным резонатором на основе AlxGa1-xAs и InyGa1-yAs, которые открывают перспективы их использования в миниатюрных квантовых стандартах частоты на основе 87Rb и 133Cs. Устройство может быть использовано для создания излучателей одиночных фотонов и излучателей фотонных пар, запутанных по поляризации. Проведены исследования возможности создания широкополосных терагерцовых фотоприемников на основе вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (ВОУНТ) и мозаичной технологии, позволяющей достичь минимальных размеров "слепых зон" между краевыми фотоэлементами смежных кристаллов субмодулей и максимальной эффективности преобразования изображений в мозаичных фотоприемниках. Исследованы транспортные свойства макетов СВЧ транзисторов, созданных на основе гетероструктур AlGaAs/InGaAs/AlGaAs, в зависимости от концентрации легирующей примеси и различной конструкции слоя InGaAs-спейсера. Максимальная проводимость гетероструктур наблюдается при концентрации примеси (5÷6)×1012 см-2. Макеты ключевых транзисторов (электронных ключей) показывают параметры, близкие к мировым значениям. Предложен новый метод для анализа эффективной подвижности свободных носителей в тонкопленочных КНИ структурах, зависящей от плотности индуцированных носителей заряда, альтернативный полевым зависимостям подвижности. Определен алгоритм выбора параметров МОП-транзисторов, позволяющий исключить ошибки в определении подвижности, связанные с перераспределением свободных носителей за счет coupling-эффекта. Результаты могут быть применены в технологиях создания биосенсоров, модуляторов и др.