Фундаментальные исследования структуры, состава, электронного строения и функциональных свойств гибридных, композитных и сплавных материалов для электроники и наноэлектроники

Комплексом неразрушающих методов диагностики с использованием рентгеновского, оптического УФ, ИК и синхротронного излучений установок типа МЕГАСАЙНС, получена информация о закономерностях формирования и фундаментальных свойствах сложных наноструктурированных гибридных материалов и систем, соответствующая мировым стандартам. На основе комплексных исследований атомного состава, структурно-фазовой организации и функциональных электромагнитных свойств сложных гетерофазных систем нанокомпозитов (НК) типа металл-диэлектрик Cox(MgF2)100-x и (CoFeZr)x(MgF2)100-x, показано, что состав-структура-свойство гибридного материала неразрывно взаимосвязаны. При этом первичным фактором в этой связке выступает атомный состав одной из компонент нанокомпозита. В нашем случае это изменение атомного состава металлической компоненты в нанокомпозитах металл-диэлектрик от одного металлического кобальта Со в диэлектрической матрице MgF2 до трехэлементного сплава CoFeZr в той же матрице. Впервые продемонстрировано, что с увеличением числа химических связей атомов d-металлов Со, Fe и Zr с примесными атомами кислорода и атомов Fe с пограничными атомами фтора диэлектрической матрицы локальные магнитные моменты на атомах сплава Со и Fe могут не только уменьшаться, но и переворачиваться противоположно направлению общей намагниченности системы. В результате этого общие магнитные свойства гетерогенной многофазной системы нанокомпозитов с нанокристаллами сплава CoFeZr существенно смягчаются по сравнению с нанокомпозитами, содержащими нанокристаллы кобальта в той же диэлектрической матрице MgF2. С использованием метода молекулярно-пучковой эпитаксией с плазменной активацией азота отработана технология роста наноразмерных колончатых гибридных гетероструктур AlxGa1-xN/AlN на поверхности стандартной, атомарно-гладкой подложки cSi, подложки Si с переходным слоем пористого кремния porSi/cSi и гибридной подложки, содержащей слой карбида кремния, выращенного методом согласованного замещения атомов на поверхности пористого кремния SiC/porSi/cSi. Проведённый комплексный структурно-спектроскопический анализ показал, что эпитаксиальный рост зародышевого слоя AlN на всех типах подложек в N-обогащенных условиях приводит к формированию AlxGa1-xN/AlN гетероструктур с Ga-полярной поверхностью только на подложке SiC/porSi/cSi. Предложена качественная модель, объясняющая различие в формирование слоев AlxGa1-xN на подложках cSi,porSi/cSi и SiC/porSi/cSi. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования подложек SiC/porSi/сSi для интеграции кремниевой технологии и технологии синтеза наноразмерных колончатых гетероструктур AlxGa1-xN методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота. Разработана технологическая методика синтеза нанокристаллических порошков оксида галлия (III) с высокой степенью химической чистоты на основе термического разложения в атмосфере кислорода кристаллогидратов нитрата галлия (III). Методом РФА установлено, что кристаллическая структура порошков оксида галлия (III) трансформируется с понижением симметрии от кубической структуры до моноклинной структуры не только при повышении температуры, но и с увеличением продолжительности термообработки. Продемонстрирована применимость сверхвысоковакуумного метода спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения в ультрамягком рентгеновском диапазоне для изучения планарных наноструктур на основе бионаногибридных частиц молекул Dps. Анализ и компьютерное моделирование тонкой структуры рентгеноэлектронных спектральных данных планарных структур на основе природного белка Dps Escherichia coli показал сложный композитный состав с различным зарядовым состоянием Fe3+ и Fe2+ и различной координацией атомов железа. Экспериментально исследована кинетика химического осаждения меди в ионообменные матрицы. Установлено, что наибольшую скорость имеет стадия осаждения меди с использованием в качестве восстановителя боргидрида натрия. Причиной является выделяющийся в ходе синтеза водород, который способствует перемешиванию раствора и ускоренному образованию центров кристаллизации наиболее мелких частиц металла. В целом процесс осаждения меди в порах зерна ионообменника, включая диффузионные и химические стадии, происходит замедленно и уровень насыщения наночастицами меди достигает своего предельного значения. Разработана принципиально новая схеме генератора сверх коротких импульсов (СКИ) квазигауссовой формы с возможностью управления процессами накопления и рассасывания заряда в токоразмыкающем элементе (ДНЗ). Также была предложена его модель, позволяющая исследовать перестройку параметров запускающих импульсов, получен и протестирован экспериментальный макет. В ходе работы удалось сформировать импульсы: с минимальным уровнем звона (порядка 4%) и импульс с максимальной амплитудой (52 В).