Перспективные наноматериалы и низкоразмерные структуры для микро- и наноэлектроники: получение, наноструктурирование, разработка перспективных энегоэффективных устройств

Целью научных исследований является развитие методов получения новых материалов для микро- и наноэлектроники, радиофотоники, наноструктурирование материалов и создания перспективных устройств электронной компонентной базы. В части развития методов получения новых материалов целями исследований являются изучение различных технологических особенностей процессов синтеза новых материалов, исследование возможностей газофазного синтеза низкоразмерных материалов, магнетронного напыления сегнетоэлектрических тонких пленок, синтеза нанотрубок различного состава, а также графеновых слоев и производных графена. На основе полученных материалов будут создаваться тестовые приборные структуры для исследования их свойств и возможности применения в микро- и наноэлектронике, радиофотонике. К таким материалам можно отнести наностержни полупроводников и диэлектриков, композитные материалы на основе углеродных нанотрубок, графен и его производных. Исследование графеновых и гибридных структур, других структурно родственных материалов (слоистые материалы, способные к расщеплению на отдельные плоскости и может быть топологические изоляторы и др.) и освоение технологий получения макроскопических по площади и объемам образцов с целью их возможного использовании в массовом производстве. Создание и исследование полупроводниковых гетероструктур на основе квантовых ям, квантовых проволок, квантовых точек. Эти объекты кроме большого фундаментального интереса представляют значительный интерес для практического использования как основа развития элементной базы микро- и наноэлектроники на новых физических принципах. Разработка мемристивных структур на основе низкоразмерных материалов и создание новых элементов памяти на основе мемристоров. Исследования характеристик мемристора показали, что его можно применять и в качестве элемента памяти ReRAM. В основе этих возможностей лежит эффект биполярного резистивного переключения в структурах на основе оксидных соединений. Развитие теоретических моделей технологических процессов нано- и микроструктурирования с использованием тонко сфокусированных пучков заряженных частиц и света, процессов проявления и травления. Создание перспективных отечественных резистов для процессов электронно-лучевой и ионно-лучевой литографии, исследование их свойств. Оптимизация технологических процессов для достижения высокого разрешения и предельной производительности. Создание моделей и оптимизация функционирования изделий нано- и микроэлектроники. Широкое развитие микросистемной техники и беспилотных воздушных, морских и транспортных средств требует использования различных датчиков физических величин. Исследование фундаментальных основ и принципов функционирования энергоэффективных датчиков физических величин на основе 1D и 2D кристаллов, тонкопленочных оксидных материалов нацелено на разработку датчиков различных величин, включая беспроводные датчики - датчики Холла, датчики UV-излучения, датчики давления, QCM-датчики, датчики температуры, датчики ускорения, газовые датчики. Для достижения целей исследования планируется решить следующие фундаментальные задачи: (1) Разработка методов синтеза и исследование низкоразмерных материалов; изучение возможности их применение в микро-, наноэлектронике, сенсорной технике и альтернативной энергетике. Развитие эпитаксиальных методов получения сверхтонких пленок и нанопроволок из ферромагнитных металлов. Разработка технологии роста пленок оксидных материалов, включая сегнетоэлектрические материалы при ионно-плазменном распылении. Создание композитов на основе кремниевых структур и графеноподобных пленок для электрохимических устройств. Развитие низкотемпературных процессов синтеза многослойных углеродных нанотрубок для создания суперконденсатора. Разработка технологии синтеза турбостратного мультислойного графена, исследование его электрофизических свойств и создание на его основе сенсорных устройств. (2) Разработка методов наноструктурирования низкоразмерных материалов, включая применение методов электронно-лучевой и ионно-лучевой литографии. Развитие технологии формирования низкоразмерных сегнетоэлектрических доменных структур методом прямой электроннолучевой переполяризации. Разработка и исследование мемристивных эффектов в тонкопленочных структурах на основе халькогенидных соединений, двумерных материалах и квантовых точках. Разработка отечественных резистов для электронно-лучевой и ионно-лучевой литографии, наноструктурирование резистов, моделирование процессов экспонирования и проявления резистов. Синтез тонких пленок сверхпроводящих материалов, исследование сверхпроводящих свойств, наноструктурирование. (3) Разработка перспективных устройств микро- и наноэлектроники, радиофотоники. Исследование туннельного транспорта в вертикальных гетероструктурах на базе двумерных электронных систем. Формирование джозефсоновских переходов на основе нанокольца из висмута. Формирование и исследование МОП-структур на основе диэлектрических слоев. Исследование сенсорных свойства на основе упорядоченных массивов ZnO для детектирования УФ-излучения. Изучение резонансных эффектов при рассеянии электромагнитного излучения на упорядоченных и случайных ансамблях малых частиц. Разработка методов повышения радиационной стойкости широкозонных транзисторных структур на основе гетероструктур AlGaN/GaN. Разработка электрохимических сенсоров.