Шрифт
Интервал
Цветовая схема
Изображения
На главную
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИМ. А.В. РЖАНОВА
Сибирского отделения Российской академии наук
Лаборатория физических основ материаловедения кремния

заведующий лабораторией
Владимир Павлович Попов
д.ф.-м.н.

Тел. (383) 333-52-59
e-mail:

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

В состав лаборатории входят 17 сотрудников, из них: 9 научных сотрудников (2 д.ф.-м.н. и 7 к.ф.-м.н.), 8 человек инженерно-технического персонала и 2 аспиранта.

Коллектив является единственным научным коллективом в РФ, разрабатывающим и выпускающим полупроводниковые пластины гетероструктур полупроводник-диэлектрик-полупроводник с несогласованными решётками. Сегодня наиболее востребованы среди них структуры кремний-на-изоляторе (КНИ), германий-на-изоляторе (ГНИ), кремний-на-сапфире (КНС), полупроводники А3В5 и другие. На основе этих структур, прошедших апробацию на всех основных микроэлектронных предприятиях в РФ, выпускались приборы интегральной силовой электроники, радиационно-стойкой микроэлектроники, а на линейке в ИФП СО РАН – кремниевые интегральные схемы и сенсоры с нанометровыми КМОП транзисторами. В лаборатории 10 разработана и защищена пятнадцатью патентами РФ технология формирования гетероструктур КНИ и КНС, на основе которой с 2000 г. работает единственная в России экспериментальная линия по выпуску пластин КНИ. Гетероструктуры КНИ и КНС являются продукцией двойного назначения.

Метод создания структур КНИ с ионно-модифицированным слоем SiO2, разработанный в ИФП СО РАН (И.Е. Тысченко, В.П. Попов и др. Solid State Phenom. 2005, 2008, Phys.Stat.Sol, 2008, NIM B 2006, 2009, ФТП 2007, 2009, 2011, и др.) позволил встроить процесс ионно-лучевого синтеза в технологию водородно-индуцированного переноса без нарушений в приборном слое кремния. Физический подход, положенный в основу данного метода, базируется на способности атомов примеси сегрегировать из слоёв кремния и оксида кремния к границе сращивания Si/SiO2, что позволяет заметно изменить кинетику накопления нарушений и захват заряда на эту границу при последующих технологических или радиационных воздействиях.

В период с 2005 по 2013 г. в рамках НИР по государственному контракту № 02.513.11.3057 «Наноструктурированные слои кремния на изоляторе» (Исполнитель – ИФП СО РАН) была показана принципиальная возможность создания сенсорных биоэлементов на основе КНИ-нанопроволочных транзисторов на базе собственных технологий. В рамках НИР по государственному контракту с Федеральным агентством по науке и инновациям № 02.512.11.2176 (основной исполнитель – ГУ ИБМХ РАМН) в ИФП СО РАН разработаны и изготовлены чипы с двухзатворными КНИ-нанопроволочными транзисторами с линейными размерами до 30×10 нм2, а также микрожидкостные ячейки, обеспечивающие микропоток электролита или био-жидкости к сенсорным нанотранзисторам. Достигнутые результаты по чувствительности КНИ-транзисторов с линейными размерами 15 нм × 90 нм × 10 мкм (толщина × ширина × длина) к тестовым молекулам BSA, антигенам гепатита В и С, онкомаркерам альфа-фетопротеина на уровне 10-15 М, которые являются одними из лучших в мире при детектировании биочастиц нанопроволочными сенсорами.

Группа д.ф.-м.н. В.А. Гриценко занималась последние 10 лет разработкой и исследованиями флэш памяти на основе нитрида кремния Si3N4 с использованием high-k диэлектриков (Charge Trap Flash Memory, CTFM). За время этих исследований был накоплен значительный опыт по разработке флэш памяти и изучению high-k диэлектриков. Теоретический и экспериментальный задел группы получил мировое признание и служит прочной базой для изучения механизмов резистивного переключения, наблюдаемого в оксидах металлов. Созданные на их основе МДМ и МДП структуры являются наиболее перспективным материалом для создания энергонезависимой резистивной флэш-памяти, получившей название ReRAM, с нанометровыми размерами элементов. Такие размеры обеспечивают создание терабитных схем памяти и высокопроизводительных нейроморфных матриц. Предложенные в лаборатории нейросетевые алгоритмы позволяют проектировать оптимальные варианты нейроморфных матриц для решения широкого класса задач информационных технологий.

Проведение исследований базируется на использовании теоретических и экспериментальных методов, которые включают:

  • квантово-химическое моделирование атомной и электронной структуры твёрдых тел и физическое моделирование технологий и приборов микроэлектроники (имеются программные пакеты: CPMD, QUANTUM ESPRESSO, NWCHEM, Wien2k, Sentaurus TCAD, Matlab и кластер из 8 вычислительных узлов, объединённых сетью InfiniBand 40Gb/s (100 ядер, 184GB RAM) с производительностью до 2 Тфлопс, позволяющий выполнять сложные численные расчёты);

  • экспериментальную линию по изготовлению гетероструктур на изоляторе методом водородного переноса, в том числе с нанометровыми толщинами слоёв, включающую:

    • ускорители для имплантации ионов; установку прямого соединения и совмещения полупроводниковых пластин кремния; высокотемпературные печи для отжигов п/п пластин диаметром до 150 мм в различной среде; установки для плазменных и импульсных отжигов пластин; установки для нанесения диэлектрических и металлических слоёв;

    • ускоритель электронов и лёгких ионов с параметрами: энергия до 2 МэВ, ток до 0.1 мА;

    • установку соединения полупроводниковых пластин (Wafer bonder) в составе: модуль предварительного совмещения SUSS MA/BA8 GEN3 BOND ALIGNER c модулем плазменных обработок SUSS SELECT, и модуль соединения SUSS SB8e;

    • цифровой анализатор полупроводниковых схем Agilent Technologies B1500A Semiconductor Device Analyser (Agilent Technologies), и анализатор амплитудно-частотных характеристик фирмы Agilent 5230А с диапазоном 300 кГц - 3 ГГц, импульсные усилители СВЧ сигнала диапазона 2.45 – 3 ГГц с частотой повторения до 50 кГц;

    • зондовые установки контроля электрофизических параметров пластин, полупроводниковых чипов и приборов на базе измерительной установки фирмы Keithley и измерительных плат фирмы National Instruments (USA) c программным обеспечением LabView;

    • ИК-фурье спектрометр Bruker с ИК-микроскопом HYPERION 2000, оптические микроскопы х1000 с интерференционными и поляризационными системами;

  • оборудование ЦКП «Наноструктуры», включая: электронную нанолитографию, просвечивающую и высокоразрешающую аналитическую электронную микроскопию (ПЭМ, ВРЭМ), а также атомно-силовую микроскопию (АСМ).