Поиск путей создания гибких оптоэлектронных структур на основе массивов нанокристаллов полупроводниковых соединений А3В5

Целью настоящей НИР является поиск путей создания гибких оптоэлектронных структур (светоизлучающих диодов (СИД), фотодекторов, преобразователей ИК-излучения или фотоэлектрических преобразователей (ФЭП)) на основе массивов нитевидных нанокристаллов (ННК) полупроводниковых соединений А3В5, инкапсулированных в полимерную матрицу на основе соединений полидиметилсилоксанов (ПДМС) и отделенных от исходной ростовой подложки. Функциональные структуры, формируемые по предложенной методике, обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогами на основе планарных двумерных слоев и могут быть применены для создания гибких и растяжимых устройств, таких как RGB дисплеи или ФЭП для носимой электроники. В качестве системы материалов в настоящей НИР рассматриваются аксиально и радиально гетероструктурированные ННК на основе нитридов, фосфидов и арсенидов третьей группы и их твердых растворов: GaAs, GaP, GaN, InGaP, GaPAs, и в частности азотсодержащих твердых растворов GaP(N,As). Выбор данных материалов позволяет в широких пределах варьировать ширину запрещенной зоны активной области, обеспечивая возможность создания функциональных устройств, работающих в видимом и ближнем инфракрасном спектральных диапазонах. При этом основными задачами НИР являются: исследование процессов селективного формирования упорядоченных массивов функциональных pin гетероструктур на основе ННК, исследования взаимосвязей между электрофизическими и оптическими свойствами ННК полупроводниковых А3В5 соединений и их морфологией, структурным и композиционным составом, развитие методов инкапсуляции массивов ННК в эластичную матрицу ПДМС, разработка пост-ростовой технологии создания гибких оптоэлектронных структур. В настоящем отчете подробно представлено описание следующего ряда научно-технологических результатов, достигнутых в ходе второго этапа НИР: • Проведено подробное исследование процессов формирования, структурных и оптических свойств аксиально и радиально гетероструктурированных ННК на основе систем материалов GaP/GaPAs, GaP/InGaP и GaAs/InGaP. Установлено влияние ростовых условий на функциональные характеристики наногетероструктур на основе ННК • Проведено комплексное исследование влияние морфологии, структуры и фазового состава гетероструктурированных ННК на их оптические свойства, в частности поддержание оптических резонансов типа Фабри-Перо, их добротность и модовый состав. Установлено влияние морфологии, композиционного и фазового состава ННК на особенности процессов комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции в гетероструктурированных ННК на основе азотсодержащих тв. р-р GaPN, GaPAs и GaP с эпитаксиально стабилизированной вюрцитной структурой. • Методами токовой атомно-силовой микроскопии исследованы основные взаимосвязи между электрофизическими свойствами и морфологией самокаталитических ННК GaP легированных примесями Si и Be, в частности проведено исследование влияние поверхностных состояний на ограничение диаметра канала проводимости в ННК. • Численными и экспериментальными методами исследованы свойства гетероинтерфейса между ННК GaN и поверхностью виртуальных подложек графен-на-кремнии. Показано, что формирующиеся ННК имеют энергетически стабильную N-полярную конфигурацию гетероинтерфейса, в то время как зарождение Ga-полярных ННК оказывается полностью подавленным. • Разработан и исследован процесс инкапсуляции массивов ННК, выращенных на поверхности SiOx/Si, в матрицы силиконовых эластомеров методом гравитационной накрутки в бакетной центрифуги. Определены условия формирования сверхтонких полимерных мембран (<3 мкм) и развит метод контроля толщины мембраны путем сухого плазма-химического травления в смеси газов О2/СF4. Продемонстрирована возможность масштабирования метода для эпитаксиальных структур большой площади (78 см2). • Апробированы материалы силиконовых матриц на основе модифицированных винил и стирол содержащих ПДМС-эластомеров, с отличными механическими и оптическими свойствами. Установлен оптимальный с точки зрения сочетания высокой прозрачности и механической прочности состав и метод формирования матрицы силиконового эластомера для создания светоизлучающих структур. • Предложен и разработан метод отделения мембран от жестких ростовых Si подложек путем механического срезания мембраны ножом микротома. Показано, что данный метод отделения позволяет использовать ростовые подложки повторно. • Разработаны методы формирования и исследованы электрофизические свойства гибких и прозрачных электрических контактов к массивам ННК A3B5 соединений инкапсулированным в матрицу силиконового эластомера на основе слоев металлов Cu/Au/Cu, проводящих фероценил-содержащих эластомеров, а также слоев одностенных углеродных нанотрубок. Показана возможность формирования омических контактов к торцам легированных ННК GaP.