Физика и технология многослойных эпитаксиальных гетероструктур на основе широкозонных полупроводников, обладающих пьезоэлектрическими свойствами.

Основная цель проекта – исследование технологических особенностей получения многослойных эпитаксиальных пьезоструктур, содержащих биморфную пару Ga2O3/AlN и ориентированных на создание элементной базы интегральной микро- и наномеханики, а также теоретическое и экспериментальное исследование пьезосвойств таких структур. Принимая во внимание их исключительную химическую инертность и высокую механическую прочность, они (наряду с SiC) идеально подходят для применений в высокотемпературных и агрессивных условиях. Предполагается, что, исследования и разработки в этом направлении могут представить интерес для геофизики, атомной энергетики и космических приложений. Широкозонные полупроводники, предлагаемые в качестве основы для таких структур – нитрид алюминия (AlN, класс 6mm, решетка типа вюрцита, Eg ≈ 6.2 eV) и орторомбический оксид галлия (ε-Ga2O3 , класс mm2, Eg ≈ 4.9 eV) – характеризуются достаточно большими для несегнетоэлектриков значениями их пьезомодулей и исключительной термостабильностью параметров в широком температурном интервале. Решение проблемы однокристальной интеграции с другими приборами с необходимостью предполагает создание многослойных структур, которые должны включать также и проводящие слои, выполняющих роль электродов, для чего планируется получение структур типа ε-Ga2O3(+)/ε-Ga2O3(0)/AlN(0)/GaN(+). Согласно предыдущим исследованиям, такая комбинация гарантирует кристаллографическую и технологическую совместимость слоев и будет реализована в газофазном хлорид-гидридном процессе. Кроме того, значительное внимание будет уделено теоретическим и экспериментальным исследованиям пьезосвойств AlN и ε-Ga2O3 , а также некоторым смежным вопросам, полезным с точки зрения технологической реализации пьезоструктур. В частности, предполагается исследование дополнительных путей увеличения пьезомодулей для ε-Ga2O3, используя изовалентное легирование с последующим выполнением необходимых диагностических операций, а также компьютерное моделирование решеток AlN и Ga2O3 (метод молекулярной динамики с использованием потенциалов Терсоффа, Вашишты и др., разработка соответствующих алгоритмов в среде MATLAB). На основе полученных структур и с привлечением ряда постэпитаксиальных операций, обеспечивающих создание необходимых внутренних полостей, планируется формирование матриц пьезоэлементов кантилеверного типа. Область применения таких элементов – прецизионная и термостабильная микромеханика, системы точного перемещения и позиционирования, электроуправляемая оптика, включая адаптивные многолинзовые системы и фазовые модуляторы. Отличительной особенностью и новизной таких пьезоэлементов является однокристальное исполнение, что позволяет в перспективе надеяться на возможность прямой интеграции со схемами управления, например, с использованием МОП-технологий.