Диагностика и физическое материаловедение перспективных материалов, низкоразмерных структур и приборов для микро-, нано-, акустоэлектроники и радиофотоники

Объектами исследования или разработки в рамках НИР являются: рентгеновские кремниевые планарные параболические преломляющие нанофокусирующие линзы, поверхностные акустические волны, устройства акустоэлектроники, рентгеновская микротомография, рентгенофлуоресцентный анализ, коллиматоры излучения различной конфигурации, методики спектроскопической характеризации низкоразмерных материалов; вискеры TaS3 с волнами зарядовой плотности, теория рассеяния ионов средних и низких энергий, метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, дуговой атомно-эмиссионный анализ труднолетучих примесей, пленки TiO2 на подложках Y-среза кристалла LiNbO3, оксид графена; кристаллы со структурой типа флюорита, монокристаллы органо-неорганического гибридного перовскита, сверхчистый Ge, компьютерная программа и комплексы дефектов в кремнии; реформинг водно-этанольных растворов мочевины на никелевых и кобальтовых катализаторах. Целью исследований являются: развитие рентгеновских преломляющих линз и устройств на их основе, разрабатываемых для локального анализа и диагностики наноматериалов и наноструктур, и удовлетворяющих требованиям строящихся в России источников синхротронного излучения, разработка метода исследования процесса возбуждения и распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) на лабораторном источнике рентгеновского излучения, развитие методов рентгеновской микротомографии, в том числе и для исследования материалов микро- и наноэлектроники, исследование влияния температурных полей и упругих напряжений на структуру спектров комбинационного рассеяния света, улучшение метрологических характеристик метода МС-ИСП и его использование при изучении свойств новых органических соединений, изучение структуры тонких пленок восстановленного оксида графена (GO), полученного химической сшивкой отдельных микролистов GO в сплошную тонкую пленку, создание инструмента для построения теоретических пространственных профилей дефектов, формирующихся в результате различных поверхностных обработок; Получение максимального количества водорода путём низкотемпературного каталитического реформинга. Основными методами исследований были: ионно-пучковая диагностика, спектроскопия комбинационного рассеяния, катодо- и лазерная люминесценция, просвечивающая электронная микроскопия, растровая электронная микроскопия, наведенный ток, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, атомно-эмиссионный метод, компьютерное моделирование. Важнейшими результатами работы являются: (1) Предложен новый технологический процесс - криогенное плазменное травление кремния для изготовления рентгеновских планарных параболических преломляющих нанофокусирующих линз и устройств на их основе. (2) Впервые продемонстрирована возможность исследования процесса распространения поверхностных акустических волн на лабораторном источнике рентгеновского излучения. (3) Проведено моделирование и анализ факторов, влияющих на результирующие значения вокселей реконструированного изображения, получаемого в томографическом эксперименте с использованием полихроматического рентгеновского излучения. (4) Предложенная обработка спектральных данных новой формой регуляризации Тихонова показала, что (1) углеродная плёнка позволяет повысить степень текстурированности ориентированных массивов наностержней нитрида алюминия; (2) последствия радиационного облучения тефлона могут быть быстро диагностированы и охарактеризованы методом комбинационного рассеяния. (5) Впервые сопоставлены изменения в спектрах КРС, возникающие при охлаждении и при упругом растяжении в вискерах TaS3 вследствие возникновения волн зарядовой плотности. Обнаружено расщепление основного пика спектра КРС в области 281 см-1, связанное с возникновением ВЗП. (6) Обнаружена линейная зависимость положения и интенсивности пиков КРС на кристалле танталата лития от амплитуды поверхностных акустических волн. (7) Получены коэффициенты отражения первичных ионов при бомбардировке мишени ионами низкой и средней энергии для широкого диапазона соотношений масс мишени и ионов. (8) Разработана новая процедура использования автоклавов с резистивным нагревом, позволяющая за счет использования дополнительных вкладышей в реакционных камерах, для образцов малой массы увеличить производительность процедуры разложения в 2-3 раза, снизить расход высокочистых кислот и понизить в несколько раз пределы определения последующего МС-ИСП анализа. (9) Разработан высоковольтный генератор прямоугольных импульсов новой архитектуры, получен патент. (10) Обнаружено, что использование системы электродов в виде встречноштыревого преобразователя для резистивного переключения пленки оксида титана на подложке Y-среза кристалла ниобата лития возможно только в случае приложения электрического поля вдоль направления оси X кристалла LiNbO3. (11) Разработан новый метод синтеза тонких химически сшитых пленок восстановленных оксидов графена сантиметрового масштаба. (12) С помощью катодолюминесцентной спектроскопии изучена эволюция спектров излучения монокристаллов MAPbBr3 под действием низкоэнергетического электронного облучения. (13) Изучены дефекты с глубокими уровнями в кристалле высокочистого Ge. Сравнение графиков Аррениуса с литературными данными позволяет отнести основную загрязняющую примесь в высокочистом Ge к Fe или Cr или к ним обоим. (14) Разработан и реализован симулятор твердотельных химических реакций, рассчитаны и экспериментально измерены пространственные профили дефектных комплексов, формирующихся в результате химического травления легированных медью пластин кремния. (15) Использованные катализаторы Ni/ZnO и Co/ZnO показали высокую эффективность при реформинге водно-этанольной смеси мочевины. Выход водорода по отношению к мочевине достигает почти теоретического значения 9 (мольН2/моль мочевины). Область применения полученных результатов: локальный анализ; диагностика наноматериалов, наноструктур и других приложений на строящихся в России источниках синхротронного излучения, физическое материаловедение, исследование материалов микро- и наноэлектроники, диагностическое оборудование, локальная лучевая диагностика рентгеновского и гамма диапазона, спектроскопия; технология низкоразмерных материалов; наноэлектроника; мехатроника; наносенсоры, диагностика приборов акустоэлектроники, обработка, модификация и анализ материалов с использованием ионов низких и средних энергий, МС-ИСП анализ образцов малой массы, технология и анализ высокочистых тугоплавких веществ, высоковольтная электроника, энергоэффективные электронные и оптоэлектронные устройства, антистоксовые люминофоры, фотовольтаика, фотодетекторы и детекторы ионизирующего излучения, технология производства электронных приборов на основе кристаллического кремния, водородные топливные элементы.