Главная – Журналы – Автометрия 2024 номер 4

Подробно описан метод препарирования, позволяющий получить бездефектные поперечные срезы гетероструктур для просвечивающей электронной микроскопии и обеспечивающий достижение атомного разрешения на большой площади. Метод проиллюстрирован примерами изучения гетерограниц сложной формы, селективного окисления и селективного травления сверхрешёток.

Методом молекулярно-лучевой эпитаксии сформированы фоточувствительные слои германия на кремниевой подложке. Исследованы структурные, оптические и фотоэлектрические характеристики плёнок. Полученные данные подтверждают возможность использования изготовленных гетероструктур Ge на Si для создания фотодетекторов спектрального диапазона 1,3-1,55 мкм.

Исследованы электрические, морфологические и оптические свойства тонких плёнок Al, полученных методом магнетронного распыления на слои SiON. Установлено, что рост плёнок Al на SiON подчиняется механизму Странского - Крастанова. На стадии 3D-роста формируются плёнки с кластерной структурой зёрен Al и размером пор до 20-50 нм. Для структур на основе мультислоёв пористый Al/SiON наблюдается поглощение до ∼82 % в диапазоне 1-4,2 мкм с красным смещением при увеличении числа слоёв. Анализ оптических потерь пористых плёнок Al, проведённый методом численного моделирования, показал наличие оптических полос поглощения с линейным увеличением положения максимума поглощения λ_max при увеличении толщины плёнки Al, а также смещение λ_max в длинноволновую область при уменьшении размера кластеров Al и пор между ними.

Продемонстрирована возможность создания полупрозрачного нагревателя на основе тонких плёнок золота. Плёнка золота толщиной 15 нм с поверхностным сопротивлением 3,5 Ом/□ и коэффициентом пропускания в видимом диапазоне 0,4 была напылена на кварцевую подложку методом импульсного лазерного осаждения. Максимальная температура нагрева полупрозрачного нагревателя составила 113 °C при подаваемой мощности 1,2 Вт. При подаче напряжения скорость нагрева варьировалась в диапазоне 1-2 °C/с, а при приближении температуры к стационарному состоянию быстро падала.

Методом каталитического химического осаждения из газовой фазы впервые выращены массивы вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (ВОУНТ) на поверхности Si/HfO₂/Fe высотой от 25 до 100 мкм и удельным сопротивлением от 1,5 до 4 Ом · см. Рост ВОУНТ на оксиде гафния наблюдается в интервале температур 625-725 ° C, а при T ≥ 750 ° C не реализуется. При этом температурная зависимость скорости роста ВОУНТ характеризуется величиной ~1,5 эВ. С использованием высокоразрешающей сканирующей электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света показано доминирующее присутствие в массиве нанотрубок с диаметрами от 1 до 10 нм. Обнаружено, что нанокристаллизация HfO₂ при отжиге подложек затрудняет СЭМ-анализ каталитических частиц Fe, размер которых на поверхности исходного аморфного HfO₂ составляет 2-5 нм.

Работа посвящена фундаментальным исследованиям в области наномеханики гофрированных полупроводниковых наномембран из напряжённых гетероструктур. Приводятся результаты исследования магнитотранспорта двумерного электронного газа в гофрированной наномембране из гетероплёнки GaAs/InGaAs.

Приведены результаты по миниатюризации структур кремний-на-изоляторе (КНИ) и элементов КНИ интегральных схем (ИС). Для повышения производительности ИС требовалось увеличить барьеры и тянущие электрические поля за счёт диэлектриков high-k и наноразмеров, что приводило к заметному снижению подвижности носителей заряда при уменьшении длины и толщины канала. Это, наряду с ростом утечки из-за туннельных токов исток/сток, ограничило физическую длину канала 10 нм даже при замене кремния двумерными материалами, такими как графен и дихалькогениды металлов. Трёхмерная интеграция в форме двухзатворных транзисторов с полным обеднением в структурах КНИ с high-k скрытым диэлектриком (h-k ВОХ) в виде так называемых ребристых транзисторов (FinFET) с двумя-четырьмя (опоясывающими - GAA) затворами и каналами из нанопроводов (NW FET), нанолистов (NS FET), нановилок (FS FET), 2D -материалов и их 3D -упаковки позволила увеличить число транзисторов на чипе, но не их производительность. В качестве альтернативы рассмотрен вариант роста функциональности элементов заменой диэлектриков в конденсаторах и транзисторах сегнетоэлектриками, а резисторов - мемристорами, что ведёт к переходу от двоичной к нейроморфной логике, а также к реализации принципов радиофотоники, квантовых устройств и сенсоров с параллельной обработкой. Динамически регулируемый порог и поляризация подзатворных сегнетоэлектриков комплементарных МОП-транзисторов в гетеросистемах-на-кристалле сохранят сверхнизкое энергопотребление.

Сильный отклик наносистем на воздействие слабой СВЧ-мощности через зазор между образцом и концом коаксиального кабеля от генератора микроволн обнаружен измерениями при 4,2 К кондактанса короткоканального кремниевого транзистора p -типа, а также образцов с коротким квантовым точечным контактом в двумерном электронном газе гетероструктур GaAs/AlGaAs. Отклик кондактанса был гигантским в туннельном режиме устройств, а вне этого режима знак СВЧ-фотокондактанса зависел от мезоскопического состояния образца и изучаемого интервала по затворному напряжению. Механизм обнаруженных эффектов выяснен моделированием мезоскопического транспорта в рамках одночастичной квантовой механики и формулы Ландауэра, а также анализом принципиальных схем электрического управления полупроводниковым устройством. Найденной основной причиной отклика наносистем на СВЧ-воздействие являются вынужденные синфазные осцилляции заряда в контактах к полупроводнику из-за ёмкостных связей в ближнем металлическом окружении образца.

Исследовано локальное анодное окисление (ЛАО) поверхности Si(111) в контактном режиме работы атомно-силового микроскопа (АСМ) в зависимости от относительной влажности окружающей среды Θ (35-75) % при двух потенциалах U (-8 и -10 В), приложенных к зонду АСМ. Показано, что ЛАО для U = -8 В реализуется при Θ ≥ 40 % в отсутствие роста оксидных линий в ширину, а при U = -10 В их высота и ширина линейно растут во всём интервале значений Θ. Предложена обобщённая модель зависимости процесса ЛАО от U и Θ на основе детального анализа ЛАО и изгиба балки кантилевера при подводе и отводе зонда от поверхности при вариации Θ без напряжения на зонде с учётом данных научной литературы для полуконтактного режима работы АСМ.

Представлены результаты исследования структурных и оптических свойств массивов и одиночных нанопроволок (НП) GaP ориентации (111) с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и атомно-силовой микроскопии (АСМ). Массивы НП GaP были выращены на подложке Si(111) методом самокаталитического роста по механизму пар - жидкость - кристалл. Одиночные НП GaP были механически перенесены на золотую поверхность. В спектрах КРС НП GaP наблюдались моды поперечных (TO), продольных (LO) и поверхностных (SO) оптических фононов. Обнаружено поверхностно-усиленное КРС фононными модами GaP вблизи галлиевой капли, обусловленное возникающим локализованным поверхностным плазмонным резонансом в капле. Получены карты КРС НП GaP для различной геометрии рассеяния. Коэффициент усиления сигнала КРС для НП GaP диаметром 104 и 60 нм достигает значений ∼11 и 6 соответственно.

Приводятся результаты исследования неравномерности сканирования в оптическом интерференционном микроскопе, выполненные с помощью микрометрического стола и пьезокерамического актюатора. Регистрация интерференции в процессе сканирования осуществлялась быстродействующей цифровой видеокамерой, что позволило подробно зарегистрировать интерференционный сигнал. На полученных результатах сканирования показана неоднородность расстояний между соседними интерференционными полосами вдоль оси отсчётов - номера кадра. Представлена процедура, позволяющая значительно уменьшить величину неоднородности. Применение такой процедуры позволяет сформировать метрическую шкалу вдоль оси сканирования, которая может быть использована при выполнении высокоточных интерференционных измерений микрорельефа поверхности.

Представлены результаты формирования акустико-эмиссионных образов процессов, происходящих при прямом лазерном выращивании. В рамках экспериментального исследования на различных режимах проведено выращивание образцов из порошкового сплава ЭП 648 с одновременной регистрацией сигналов акустической эмиссии. По результатам анализа параметров зарегистрированных сигналов сформированы их характерные паттерны распределения при лазерном выращивании бездефектных и дефектного образцов.

Предложены решения, позволяющие повысить эффективность исполнения параллельных программ на высокопроизводительных вычислительных системах, при моделировании гетероэпитаксиального роста на многопроцессорных системах с общей памятью. Разработанные алгоритмы ориентированы на выполнение программной реализации моделирования гетероэпитаксиального роста на многопроцессорных NUMA-узлах с общей памятью. Основное требование к эффективному выполнению параллельных программ на ресурсах многопроцессорного узла заключается в учёте архитектурно-ориентированного подхода к реализации алгоритмов передачи данных через разделяемую память NUMA-узлов. Предложенные алгоритмы оптимизации синхронизации в системах с общей памятью повышают эффективность доступа к общей памяти многопроцессорного узла и позволяют сократить время выполнения барьерной синхронизации. Разработанные методы и алгоритмы реализованы в виде программного обеспечения для многопроцессорных NUMA-узлов с общей памятью.