Исследование свойств гетероструктурных ННК и разработка интегральных схем на их основе
Соглашение № 14.613.21.0044 от 11 ноября 2015 года с Минобрнауки России
(уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI61315X0044)
Этап № 1
В ходе выполнения проекта на тему «Исследование свойств гетероструктурных ННК и разработка интегральных схем на их основе» по Соглашению № 14.613.21.0044 от 11 ноября 2015 года с Минобрнауки России в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 выполнены следующие работы за счет средств субсидии (согласно Плану-графику исполнения обязательств):
п. 1.1 «Подписание Соглашения с иностранным партнером о выполнении совместного проекта»; подписано Соглашение с иностранным партнером о выполнении совместного проекта;
п.1.2 «Аналитический обзор современной научно-технической , нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках научных исследований»; выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках исследований, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) - не менее 15 научно-информационных источников за период 2010 – 2015 гг;
п.1.3 «Проведение патентных исследований»; выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
п. 1.4 «Развитие методов расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности,
Au-III-V»; разработаны методы расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности, Au-III-V;
п. 1.5 «Создание самосогласованных моделей роста и структуры ННК»; созданы самосогласованные модели роста по механизму ПЖК и структуры III-V ННК;
п. 1.6 «Должны быть разработаны методы роста ННК»; разработаны методы роста ННК;
п. 1.7 «Разработка Программы и методик экспериментальных исследований»; разработана Программа и методики экспериментальных исследований;
п. 1.8 «Экспериментальные исследования процессов роста InAs и GaAs ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста InAs и GaAs ННК;
п. 1.9 «Экспериментальные исследования процессов роста AlGaAs ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста AlGaAs ННК;
п. 1.10 «Экспериментальные исследования морфологических свойств ННК»; проведены экспериментальные исследования морфологических свойств ННК;
п. 1.11 «Разработка промежуточного отчета о ПНИ и его рассмотрение на ученом совете»; разработан и рассмотрен на ученом совете промежуточный отчет о ПНИ;
п. 1.12 «Разработка отчетной документации в соответствии с требованиями нормативных актов Минобрнауки России»; разработана соответствующая отчетная документация.
Работы, выполненные иностранным партнером:
п. 1.13 «Экспериментальные исследования процессов роста нитридных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста нитридных ННК;
п. 1.14 «Экспериментальные исследования структурных свойств нитридных ННК»; проведены экспериментальные исследования структурных свойств нитридных ННК;
п. 1.15 «Экспериментальные исследования оптических свойств нитридных ННК»; проведены экспериментальные исследования оптических свойств нитридных ННК.
Основные результаты, полученные в отчётный период.
С целью проведения совместных научных исследований было заключено и подписано Соглашение о научно-техническом сотрудничестве между Федеральным государственным бюджетным учреждением высшего образования и науки «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук» с одной стороны и Факультетом электроники и технологий Даляньского Технологического Университета (Китайский партнер). Аналитический обзор показал, что для синтеза III-V ННК, в том числе гетероструктурных, для достижения высокого качества структур могут быть использованы методы МПЭ и ГФЭ; также был обоснован выбор полупроводниковых материалов и рассмотрены различные конструкции газовых анализаторов и солнечных элементов на основе ННК. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96 с целью обоснование выбора технических, конструкторских решений, отвечающих требованиям создания новых и совершенствования существующих объектов техники. На основе проведенных патентных исследований можно заключить, что тема ПНИ является актуальной. Разработаны методы расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности, Au-III-V, а также развиты самосогласованные модели роста и структуры нитевидных нанокристаллов. При построении моделей процессов роста и кристаллической структуры нитевидных нанокристаллов были использованы методы теории нуклеации, кинетических уравнений, теории упругости, и уравнений диффузии. С помощью технологии молекулярно-пучковой эпитаксии получены InAs, GaAs, (Al,Ga)As нитевидные нанокристаллы и исследованы процессы их роста. Методом растровой электронной микроскопии исследована морфология InAs, GaAs, InGaAs нитевидных нанокристаллов. Структурные свойства нитевидных нанокристаллов были исследованы методами просвечивающей микроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифракции быстрых электронов на отражения. Проведены измерения спектров фотолюминесценции некоторых образцов.
Этап № 2
На этапе № 2 выполнены следующие работы за счет средств субсидии (согласно Плану-графику исполнения обязательств):
п. 2.1 «Теоретическое моделирование роста ННК тройных соединений с гетероструктурами, в том числе исследование процессов релаксации упругих напряжений»; построены модели роста ННК тройных соединений с гетероструктурами, в том числе описывающие процессы релаксации упругих напряжений;
п. 2.2 «Экспериментальные исследования процессов роста (In,Ga)As гетероструктурных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста (In,Ga)As гетероструктурных ННК;
п. 2.3 «Экспериментальные исследования процессов роста (Al,Ga)As гетероструктурных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста (Al,Ga)As гетероструктурных ННК;
п. 2.4 «Экспериментальные исследования процессов роста In(As,P) гетероструктурных ННК»; проведены экспериментальные исследования процесса роста In(As,P) гетероструктурных ННК;
п. 2.5 «Экспериментальные исследования структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК»; проведены экспериментальные исследования структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК;
п. 2.6 «Моделирование структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК»; проведено моделирование структурных и оптических свойств (Al,Ga)As ННК;
п. 2.7 «Создание прототипа оптоэлектронной приборной структуры на основе А3В5 ННК»; создан прототип оптоэлектронной приборной структуры на основе А3В5 ННК – солнечный элемент;
п. 2.8 «Обобщение и оценка полученных результатов исследований»; проведены обобщение и оценка полученных результатов исследований.
п. 2.9 «Разработка рекомендаций и предложений по использованию результатов проведенных исследований»;
п. 2.10 «Разработка заключительного отчета о ПНИ и его рассмотрение на ученом совете»; разработан и рассмотрен на ученом совете заключительный отчет о ПНИ;
п. 2.11 «Разработка отчетной документации в соответствии с требованиями нормативных актов Минобрнауки России»; разработана соответствующая отчетная документация, в том числе эскизная конструкторская документация прототипа оптоэлектронной приборной структуры на основе А3В5 ННК.
Работы, выполненные иностранным партнером:
п. 2.12 «Экспериментальные исследования процессов роста гетероструктурных ННК на основе нитридных соединений, в том числе радиальных структур (In,Ga)N»; проведены экспериментальные исследования процесса роста гетероструктурных ННК на основе нитридных соединений, в том числе радиальных структур (In,Ga)N;
п. 2.13 «Экспериментальные исследования оптоэлектронных свойств ННК»; проведены экспериментальные исследования оптоэлектронных свойств ННК;
п. 2.14 «Создание прототипов сенсорных структур на основе нитридных ННК»; созданы прототипы сенсорных структур на основе нитридных ННК.
Основные результаты, полученные в отчётный период.
Разработаны методы расчета химических потенциалов тройных и четверных жидких растворов, в частности, Au-A3B5, а также развиты самосогласованные модели роста и структуры ННК. Исследована функция распределения ННК по длине. Найдена зависимость состава тройных соединений (In,Ga)As и (Al,Ga)As ННК от состава капли. При построении моделей процессов роста и кристаллической структуры ННК в были использованы методы теории нуклеации, кинетических уравнений, теории упругости, и уравнений диффузии, математические методы дифференциально-разностных уравнений. С помощью технологии молекулярно-пучковой эпитаксии получены (Al,Ga)As, (In,Ga)As , In(As,P), GaAs, GaP ННК и исследованы процессы их роста. Методом растровой электронной микроскопии исследована их морфология. Структурные свойства ННК были исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и дифракции быстрых электронов на отражение. Проведены измерения спектров фотолюминесценции некоторых образцов. В рамках задачи создания прототипа солнечного элемента на основе А3В5 ННК была разработана конструкция структуры на основе радиальных гетероструктурных AlGaAs/GaAs/AlGaAs ННК и технология её изготовления методом МПЭ. Согласно проведённым исследованиям оптоэлектронных свойств экспериментального образца по разработанной программе исследований (обозначение РНБМ.431156.019ПМ), прототип оптоэлектронной структуры может выступать в роли фотопреобразователя - солнечного элемента.