Лаборатория электроники твердого тела

Лаборатория электроники твердого тела (ЭТТ) была организована в 1961 году на базе лаборатории ядерной физики. Ее возглавлял (до 1986 г.) известный физик и замечательный организатор, один из основателей направления ионной имплантации, Евгений Иванович Зорин. Затем лабораторией заведовали Юрий Александрович  Данилов (до 1993 г.) и Владимир Геннадьевич Шенгуров (по настоящее время). С 1965 по 1994 гг. научным руководителем лаборатории был чл.-корр. РАН, профессор Павел Васильевич Павлов, а с 1994 г. по 2012 г. научным руководителем являлся в.н.с., профессор Давид Исаакович Тетельбаум. Основной темой  научной деятельности лаборатории, с момента ее образования, являлась физика и техника ионной имплантации. В 1995-2012 гг. в лаборатории проводились исследования в области ионно-лучевого синтеза и модификации наноструктур на основе включений элементов IV группы и металлов в диэлектрических материалах, модификации свойств твердых тел ионными и фотонными пучками, а также в области молекулярно-лучевой эпитаксии кремния и германия. В настоящее время  научная работа лаборатории нацелена на развитие фундаментальных и прикладных исследований в области физики многослойных полупроводниковых структур, на разработку технологии их эпитаксиального выращивания.

В своей научной и научно-педагогической работе лаборатория ЭТТ тесно связана с кафедрой электроники твердого тела, а также рядом других кафедр физического факультета ННГУ и лабораториями НИФТИ. Лаборатория ЭТТ участвует в подготовке бакалавров и магистров по направлениям «011200 – Физика», «210100 – Электроника и наноэлектроника», а также аспирантов по научным специальностям «01.04.07 - Физика конденсированного состояния», «01.04.10 - Физика полупроводников», «05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро-и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах».

Исследования и разработки осуществляются лабораторией ЭТТ в сотрудничестве с институтами Российской Академии Наук, такими как Институт физики микроструктур РАН (ИФМ РАН), Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН (ИХВВ РАН), Институт общей физики им.А.М.Прохорова РАН, а также с предприятиями: ФГУП «Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова» (г. Н.Новгород), ОАО «Научно-производственное объединение  измерительной техники» (г. Королев).

•  Основные направления научных исследований
•  Кадровый состав
• Основные научные проекты
•  Основные публикации
•  Оборудование
•  Премии, награды
•  Патенты
•  Защиты диссертаций

Основные направления научных исследований лаборатории электроники твердого тела

1)       Разработка методов молекулярно-пучковой эпитаксии для выращивания многослойных полупроводниковых структур на основе кремния, германия и твердого раствора кремний-германий

2)      Разработка методов эпитаксиального выращивания гетероструктур со слоями германия на Si(100); слоями твердого раствора кремний-германий, как на кремниевой так и на диэлектрической (сапфир) подложках для микро- и оптоэлектроники 

Кадровый состав лаборатории электроники твердого тела

Шенгуров Владимир Геннадьевич, д.ф.-м.н., зав.лаб.

Денисов Сергей Александрович, к.ф.-м.н., н.с.

Чалков Вадим Юрьевич, н.с.

Матвеев Сергей Александрович, аспирант, инженер

Основные научные проекты лаборатории электроники твердого тела

Основные публикации лаборатории электроники твердого тела

Монографии

1. С.Денисов, В.Шенгуров Эпитаксиальные слои кремния на сапфире, выращенные сублимационной МЛЭ. Рост, структура, морфология и некоторые свойства. // 2012, LAP Lambert Academic Publishing. - 88с. ISBN: 978-3-8484-2311-8.

Сборники статей

1. Dmitry Filatov, Vladimir Shengurov, Niyaz Nurgazizov, Pavel Borodin, Anastas Bukharaev Tunneling Atomic Force Microscopy of Self-Assembled In(Ga)As/GaAs Quantum Dots and Rings and of GeSi/Si(001) Nanoislands // Book Fingerprints in the Optical and Transport Properties of Quantum Dots. 2012. InTech, Edited by Ameenah Al-Ahmadi. 468 p. •         Chapter 12 P.273-298. ISBN 978-953-51-0648-7.
2. D.O. Filatov, M.A. Isakov, V.G. Shengurov, M.O. Marychev, A.V. Nezdanov, and A.I. Mashin Photoluminescence of the Self-Assembled GeSi/Si(001) Nanoislands Grown by Sublimation Molecular Beam Epitaxy in GEH₄ Ambient // Book “Photoluminescence: Applications, Types and Efficacy” 2012, Editors: Merle A. Case and Bradford C. Stout, Nova Science Publishers, Inc. (New York.), 275 p; Chapter 1 P. 1-53, ISBN: 978-1-61942-426-5.

Статьи в журналах

2007-2010

1. Структурное совершенство гетероэпитаксиальных слоев кремния на сапфире, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А. Денисов, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров, Д.А. Павлов, Е.В.Коротков, Е.А. Питиримова, В.Н. Трушин // Неорганические материалы. – 2007. – Т.43, № 4. – С.391‑398.
2. Морфология и фотолюминесценция самоформирующихся нанокластеров GeSi/Si, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии в среде германа / Д.О.Филатов, М.В.Круглова, М.А.Исаков, С.В.Сипрова, M.О.Марычев, В.Г.Шенгуров, С.П.Светлов, В.Ю.Чалков, С.А.Денисов // Известия РАН, серия физическая. – 2008. – Т.72, № 2. – С.267-270.
3. Выращивание методом молекулярно-лучевой эпитаксии кремниевых слоев n‑типа проводимости на сильнолегированных бором подложках / В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, Д.В. Шенгуров, С.А. Денисов // ФТП. – 2009. Т.43, Вып.2. – С.193-196.
4. Оптически активные центры в гетероструктурах Si/Si_1-xGe_x : Er, связанные с ионами Er³⁺ / Л.В. Красильникова, М.В. Степихова, Н.А. Байдакова, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров // ФТП. – 2009. – Т.43, Вып.7. – С.909-916.
5. Низкотемпературный рост слоев кремния на сапфире методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А.Денисов, В.Г.Шенгуров, С.П.Светлов, В.Ю.Чалков, Е.А.Питиримова, В.Н.Трушин // Вестник Нижегородского госуниверситета им.Н.И.Лобачевского, Серия Физика твердого тела. – 2009, Вып.2. – С.49‑54.
6. Подготовка поверхности сапфира для выращивания слоев кремния методом молекулярно-лучевой эпитаксии / С.А.Денисов, В.Ю.Чалков, В.Г.Шенгуров, С.П.Светлов, Д.А.Павлов, Е.А.Питиримова // Неорганические материалы. –2010. – Т.46. – С.773-782.
7. Конфокальная рамановская микроскопия самоформирующихся островков GeSi/Si(001) / А.И.Машин, А.В.Нежданов, Д.О.Филатов, М.А.Исаков, В.Г.Шенгуров, В.Ю.Чалков, С.А.Денисов // ФТП. – 2010. – Т.44, Вып.11. – С.1552-1558.

2011

1. On the role of heterolayer relaxation in luminescence response of Si/SiGe:Er structures / L. Krasilnikova, M. Stepikhova, Yu. Drozdov, V. Chalkov, V. Shengurov, Z. Krasilnik // Phys. Status Solidi C. – 2011. – V.8, № 3. – P.1044-1048.
2. Установка и вакуумный метод эпитаксиального выращивания многослойных структур, содержащих слои Si, Ge и SiGe / В.Г.Шенгуров, В.Ю.Чалков, С.А.Денисов С.П.Светлов, Д.В.Шенгуров // Вакуумная техника и технология. – 2011. – Т.21. №1. – С.45-48.
3. Легирование бором гетероструктур Si_1-XGe_X/Si в процессе сублимации кремния в среде германа / В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов, Д.В. Шенгуров, Р.Х Жукавин, М.Н. Дроздов // ПЖТФ. – 2011. – Т.37, Вып.13. – С.24-30.
4. О природе электролюминесценции в режиме пробоя при обратном смещении на длине волны 1.5мкм для легированных эрбием кремниевых структур с p−n-переходом, полученных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / А.В. Корнаухов, А.А. Ежевский, М.О. Марычев, Д.О. Филатов, В.Г. Шенгуров // ФТП. – 2011. – Т.45, Вып.1. – С.87-92.
5. Эпитаксиальные пленки GeSi, AlGaN, GaSb и сверхрешетки GaSb/InAs НА подложках фианита / Ю.Н. Бузынин, М.Н. Дроздов, А.Н. Бузынин, В.В. Осико, Б.Н. Звонков, Ю.Н. Дроздов, О.И. Хрыкин, А.Е. Лукьянов, Ф.А. Лукьянов, В.Г. Шенгуров, С.А. Денисов // Известия РАН. Серия физическая. – 2011. – Т.75, № 9. – С.1291–1296.

2012

1. Рост и свойства пленок GaAs, GaN и низкоразмерных структур GaAs/QWs InGaAs на подложках Si с буферным слоем Gе / Ю.Н. Бузынин, В.Г. Шенгуров, Б.Н. Звонков, А.Н. Бузынин, О.И. Хрыкин, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, С.А. Денисов // Известия РАН, Серия физическая. – 2012. – Т.76, №.9. – С.1153-1157.
2. Гетероструктуры Si_1‑XGe_X на КНС-подложках, полученные методом сублимации кремния в среде германа / С.А. Матвеев, С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров // Физическое образование в ВУЗах. – 2012. – Т.18, №.1. – С.П32.

2013

1. Выращивание и исследование фотолюминесценции кремниево-германиевых структур, активированных эрбием, на подложках сапфира / С.А. Матвеев, С.А. Денисов, В.Ю. Чалков, В.Г. Шенгуров, М.В. Степихова // Научно-технические ведомости СПбГТУ. Физико-математические науки. – 2013. –Вып.1(165). – С.24-28.
2. Низкотемпературное выращивание эпитаксиальных слоев кремния, солегированных атомами эрбия и кислорода / Д.В.Шенгуров, В.Ю.Чалков, С.А.Денисов, В.Г.Шенгуров, М.В.Степихова, М.Н.Дроздов, З.В.Красильник // ФТП. – 2013. – Т.47, №.3. – С.410-413.

Оборудование лаборатории электроники твердого тела

Сверхвысоковакуумные технологические установки молекулярно-пучковой эпитаксии для выращивания многослойных структур со слоями кремния и кремний-германий.  

     Данные установки разработаны и изготовлены в НИФТИ ННГУ. Вакуумная система в них построена по схеме так называемой квазибезмасляной откачки. Камера роста откачивается геттерно-ионными насосами (ГИН), а предварительная откачка осуществляется последовательно турбомолекулярным или паромасляным, а также форвакуумным насосами. Использование паромасляного насоса позволяет откачивать любые газы в атомарном и молекулярном состоянии, в том числе продукты разложения гидрида (GeH₄). Остаточное давление в камере роста перед началом процесса выращивания структур составляет менее 5·10^‑9 Торр, а по кислородосодержащим компонентам – менее 1·10^‑11 Торр. Для формирования потока атомов германия в камеру роста напускается герман с уровнем чистоты N5 до давления 5·10^‑3 - 5·10^‑5 Торр, которое регулируется в процессе роста структур с помощью системы напуска СНА-2-01. Формирование потока атомов германия происходит за счет разложения германа на сублимационном кремниевом источнике (при осаждении слоев твердого раствора кремний-германий) или на «горячей проволоке», изготовленной из тантала (при осаждении слоев германия). В качестве сублимационных источников используются прямоугольные бруски сечением 4×4 мм и длиной 90-160 мм, вырезанные из слитков кремния, легированных заданной примесью до определенного уровня. Температура источников и подложки контролируется оптическим пирометром и термопарой. Парциальный состав остаточных газов регистрируется с помощью масс-спектрометра. С целью выращивания слоев с высокой однородностью толщины и уровня легирования по площади подложки Ø=100 мм в процессе роста проводится колебательное движение сублимационного источника относительно подложки. Легирование слоев кремния и кремний-германия примесями B, Al, Ga, Sb, As, P в интервале 2·10¹³ - 1·10²⁰ см^‑3 осуществляется испарением их из сублимационных источников.

Система напуска газа германа (GeH₄) для подачи в камеру роста и прецизионного контроля давления напускаемого газа включает в себя систему напуска газа СНА-2-01, баллон с газом (GeH₄), натекатели и вакуумметры. Точность дозировки напуска газа 0,1%.

Масс-спектрометр Extorr XT100M для детального анализа остаточных газов в камере роста установки. Включает в себя масс-спектрометр Extorr XT100M с системой понижения давления на базе откачного турбомолекулярного поста Varian Mini-Task AG81. Диапазон измерений: 1-100 а.е.м. Разрешающая способность менее 1 а.е.м. Рабочее давление <10^‑2 Торр.

Пирометр IS 12-Si для измерения температур подложки и сублимационных источников (диапазон измеряемых температур 400-1300ºC; погрешность измерения 0,1ºC).

Блоки питания для разогрева и поддержания постоянной температуры (до 1400ºС) подложки или сублимационных источников кремния.

Премии, награды, полученные сотрудниками лаборатории электроники твердого тела

2009 год

2010 год

2011 год

2012 год

Патенты лаборатории электроники твердого тела

Сотрудники лаборатории активно занимаются изобретательской и инновационной деятельностью. В течение последних пяти лет им получено 6 патентов, а именно:

Защиты диссертаций сотрудниками лаборатории электроники твердого тела