Структурные, оптические и электрофизические свойства низкоразмерных гетероструктур полупроводник-диэлектрик на основе элементов 4 группы и соединений А3В5, нитридов, оксидов и металлов для нано-, нейроморфной электроники и квантовой информатики

Объектом исследований являлись природа оптически и электрически активных дефектов, квантовых точек и ловушек в полупроводниковых гетероструктурах на основе алмаза, кремния, соединений А3В5 и диэлектриков SiON, HfO2, HfxZr1-xO2, Al2O3, BN и других. Целью являлось развитие способов формирования полупроводниковых гетероструктур, состоящих из монокристаллических слоёв алмаза, кремния, германия и их соединений, изолирующих слоёв оксинитридов кремния и оксидов металлов, подложек кремния и сапфира; изучение природы оптически и электрически активных дефектов и ловушек на границах и в оксидах металлов; механизмов переноса носителей заряда и излучений для квантовой информатики, нано- и СВЧ электроники; нейроморфных сетей. Ступенчатые RTA обработки для HZO и суперциклы для HAO MFIS совместимых cлоев HZO и HAO с кремниевой КМОП технологией и для матриц энергонезависимой памяти, полевых сенсоров физических, химических и биологических объектов для СВЧ, радиофотонных и нейросетевых ИС. В пленках SiO2 толщиной 50 – 180 нм формируется преимущественно сплав Si0.5Ge0.5, а в пленках толщиной 35 нм формируется 2-х фазная структура: Si0.75Ge0.25 и Si0.25Ge0.75. Низкочастотный сдвиг частоты оптических фононов, соответствующий квантово-размерному эффекту, наблюдается лишь для нанокристаллов диаметром менее 10 нм. Смещения частот TO и LO мод соответствовали таковым за счет квантово-размерного эффекта в нанокристаллах InAs размером около 3 нм. Изучены дефекты (ловушки) в плёнках оксида алюминия и гексагонального нитрида бора, участвующих в переносе носителей заряда. Определены энергетические параметры ловушек. Определена наиболее оптимальная структура SiOxNy для мемристоров. Важнейшим достижением исследований является получение стабильной к быстрым термообработкам до 950оС сегнетоэлектрической фазы Pca21 в стеках HfAlO, совместимой с КМОП технологией. Важнейшим результатом стало исследование состава плёнок SiOxNy, полученных плазмохимическим осаждением при различных значениях мощности высокочастотного генератора, методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). В мемристорах, в которых РФЭС-спектры плёнок SiOxNy описываются моделью случайной связи, наблюдается биполярное переключение. Максимальное окно памяти имеют мемристоры, в которых структура SiOxNy описывается моделью случайной связи, при составе SiO0,89N0,52. Результаты проведенных исследований могут быть применены для создания гибридных оптоэлектронных схем, мощных КНИ МДП и сегнетоэлектрических транзисторов, устройств искусственного интеллекта и квантовой обработки информации.