Технологии и атомистическая диагностика твердотельных наногетеросистем

Объектами исследований являлись различные функциональные нано- и гетеросистемы, включая новые материалы. Целью проекта является разработка и усовершенствование технологий по созданию устройств в области наноэлектроники, нанометрологии, фотоники и сенсорики. В ходе выполнения проекта получены основные результаты: -На основе ВРЭМ исследований решена проблема выращивания (растрескивания) GaN/AlN/Si(111), необходимого для разработки новых телекоммуникационных систем. Разработаны технологии создания сверхрешеток [(InAlAs)2/(InGaAs)6]8 и структур Mg2Si/Si (ИАПУ ДВО РАН) (эффективность поглощения излучения 97%) для различных устройств ИК диапазона. -Впервые с использованием in situ СВВ ОЭМ изучены трансформации атомно чистых поверхностей изолятора (сапфира) и 6H–N SiC(0001), включая эпитаксиальный рост SnSe2/Si(111), визуализирующий образование дефектов структуры в топологическом материале. Начаты работы по получению 2D материалов (графен, силицен) на поверхности SiС. - Разработаны Si меры «высоты» в диапазоне 0,3–100нм, позволяющие оптически измерить межплоскостное (111) -расстояние с точностью 313,8 +- 0,4 пм (при метрологическом значении 313,56 пм), что позволяет использовать оптическую интерферометрию как метрологический метод измерения высоты в наномасштабе. - Впервые с использованием ИИ и комплекса методов (селективного травления, EBSD, ATEX расчетов, LBIC измерений) (совместно с ИГХ СОРАН и ИФТТ РАН) проанализирован дендритный рост mc-Si и его связь с формированием дефектной структуры. Появление дендритов с углом отклонения Ѳ около 8о от оси роста, приводящих к образованию плотности дислокаций до ~10^9 см-2, необходимо исключать при выращивании mc-Si, используемого для производства солнечных батарей. - В рамках развиваемого в проекте метода вычислительной интроскопии (с использованием ресурсов Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН) для изучения недоступных для наблюдения внутренних свойств квантовых наносистем, численно промоделированы знаковые для всей нанофизики одночастичные СВЧ-индуцированные и магнитотранспортные эффекты в квантовом точечном контакте, кремниевом полевом транзисторе и латеральных электростатических сверхрешетках, создающих фундаментальный задел для электроники следующего поколения. - На основе теории функционала плотности получены новые данные о стабильности структур 7×7, 5х5, 16х2, диффузионных барьерах для движения адатомов и электронной структуре различных Si поверхностей, необходимые для совершенствования технологий выращивания наносистем на основе Si. -Продолжена разработка пионерской технологии создания излучателей одиночных фотонов на основе AlInAs квантовых точек, необходимых для создания квантовых оптических информационных систем и систем квантовой криптографии. В 2024 году продемонстрирована возможность создания излучателей одиночных фотонов с длиной волны около 0,8 мкм, актуальной для атмосферно-космических квантово-криптографических систем связи. Изготовлены образцы одномодовых лазеров с вертикальным резонатором с длиной волны 794,8 нм для миниатюрных атомных стандартов частоты на основе 87Rb. - Проведено исследование эффективности применения синхронного детектирования к разрабатываемым матричным микроболометрическим приемникам Тгц излучения с целью повышения их чувствительности. Данный режим позволяет понизить минимальную обнаружимую мощность излучения с 1300 пВт до 160 пВт. -Продолжены работы по созданию сенсоров на основе КНИ структур с целью развития методов диагностики интерфейсов объектов и растворов биологического происхождения с поверхностью и наносистемами на основе кремния. Исследованы эффекты накопления биочастиц на поверхности сенсора и оптимизирована ДЭФ адсорбция аналита. Предложен способ выбора рабочей точки КНИ-сенсоров, обеспечивающий максимальную чувствительность к pH раствора в многоканальных наноленточных сенсорах с диэлектрофоретическим управлением. - Модернизирован спектрометр TESS и разработан фототриод оригинальной конструкции для измерения распределений электронов по поперечным энергиям, которое необходимо учитывать при оптимизации углового распределения электронов, эмитированных из р- GaAs(Cs,O, в технологии ОЭС фотокатодов. Экспериментально и Монте-Карло моделирования найдены фундаментальные причины перехода кинетического разупорядочения поверхности GaAs при высокотемпературных (свыше 650 °C) отжигах, которые необходимо учитывать в технологии фотокатодов.