Разработка фундаментальных принципов управляемого синтеза новой группы полупроводниковых, термозащитных, биологически совместимых материалов на основе нанокарбида кремния и наноалмаза методом согласованного замещения атомов

Объект разработки: разработка фундаментальных научных основ нового метода синтеза низкодефектных эпитаксиальных пленок широкозонных полупроводников для микро, опто- и наноэлектроники. Цель работы: изучение фундаментальных закономерностей формирования новой многокомпонентной фазы при химическом синтезе низкодефектных эпитаксиальных пленок широкозонных полупроводников на кремниевой подложке. Методы проведения работы: гибридные подложки SiC/Si выращивались новым методом самосогласованного замещения атомов при взаимодействии газа CO с кристаллом Si, тонкие пленки алмазоподобных углеродных наноструктур выращивались на гибридных подложках SiC/Si тем же методом, пленки GaN и AlN, Ga2O3 выращивались на гибридных подложках методом хлорид-гидридной эпитаксии (HVPE) и молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE). Моделирование проводилось методами квантовой химии. Результаты работы и их новизна: 1) Проведены экспериментальные исследований процессов самосогласованного роста SiC на Si при низких температурах (1050 C–1150 C) и температурах близких к температуре плавления Si (1360C –1390C). Проведен теоретический анализ процессов, протекающих при превращении Si в SiC. 2) Теоретически и экспериментально исследованы механизмы роста широкозонных полупроводников таких как Ga2O3 и GaN на гибридных подложках Si/SiC и начаты исследования по отделению слоев от кремниевой подложки. Исследованы механизмы формирования толстых слоев, исследована релаксация упругой энергии в процессе роста, проведены эксперименты с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) с сочетанием хлорид-гидридной эпитаксии (HVPE). 3) Проведены экспериментальные исследования по росту наноалмазных пленок на карбиде кремния методом согласованного замещения атомов. Начато изучение роли водородосодержащих добавок на структуру получаемых наноалмазных пленок. Выращены наноалмазные пленки на карбиде кремния различной ориентации. Выполнен анализ рамановских спектров наноалмазных пленок. 4) Проведены теоретические исследования различных механизмов роста кристаллов в многокомпонентных системах из паров и сопутствующих явлений. Исследовано воздействие поверхностных вакансий и упругих напряжений на рост кристалла по механизму терраса-ступень-излом. 5) Построена квантовохимическая модель алюминиевых сплавов. Выполнен поиск наиболее водородоустойчивых соединений алюминия и расчет их основных свойств. Проведен подробный анализ водородоустойчивости алюминиевых сплавов. Выявлены основные закономерности влияния примесей на водородоустойчивость алюминия. Рассчитаны все основные упругие свойства водородоустойчивых соединений алюминия. 6) Начаты исследования на биосовместимость и взаимодействие со стволовыми (Human embryo bone marrow mesenchymal stem cells Fet-MSCs) клетками нанотрубок SiC. Степень внедрения: в настоящее время разработка внедрена в ООО «Новые кремниевые технологии». Рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР: возможно широкое использование при создании светодиодов на Si, голубых лазеров, акустических мембран, приборов ночного видения, медицинских применений. Область применения: микроэлектроника, силовая электроника и оптоэлектроника, медицина. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: развитый метод замещения является универсальным и позволяет его использовать для формирования широкого класса эпитаксиальных пленок других соединений.