Заведующий молодежной лабораторией №18 Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) кандидат физико-математических наук Денис Сергеевич Милахин стал лауреатом конкурса молодых ученых–2024 по присуждению премий имени выдающихся ученых СО РАН. Торжественное награждение прошло 28 ноября на общем собрании Сибирского отделения РАН. Результаты исследований, удостоенных премии, нужны для создания отечественной технологии синтеза нитрид-галлиевого полупроводникового материала на кремнии.

Денису Сергеевичу вручена награда имени Константина Константиновича Свиташева — за цикл работ «Разработка и создание нитрид галлиевых гетероэпитаксиальных структур на подложках кремния для элементной базы СВЧ и силовой наноэлектроники».

Денис Милахин

Денис Милахин и председатель СО РАН академик Валентин Пармон

Полупроводниковый материал — нитрид галлия востребован при производстве силовых и мощных СВЧ-транзисторов, которые используются в системах связи 5G (в будущем и в 6G), радиолокации, при создании быстрых зарядок и преобразователей энергии для энергоэффективных источников питания. Но для широкого использования нитрид-галлиевой технологии нужно добиться высокого качества полупроводникового материала, этому и посвящен цикл работ молодого ученого в соавторстве с коллегами.

В многослойных полупроводниковых структурах на основе нитрида галлия толщина каждого кристаллического слоя может измеряться единицами нанометров, выращиваются они методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии в условиях сверхвысокого вакуума. Таким способом один кристаллический материал последовательно формируется на другом, что позволяет добиться нужных свойств полупроводника.

Кремниевая подложка и выращиваемый на ней нитрид галлия обладают разными параметрами кристаллических решеток, а это — препятствие для роста качественного слоя. Но дешевизна и высокое кристаллическое качество кремниевой подложки, наличие пластин большого диаметра — привлекательны для промышленного применения, поэтому Д.С. Милахин с коллегами ищут способы решения задачи. В частности, первые результаты изложены в пяти работах, поданных на конкурс.

По словам исследователя, две публикации, в журналах Surfaces and Interfaces (2024) и Applied Surface Science (2023), имеют первостепенное значение: «Я выделил данные работы, поскольку в них описываются решения двух ключевых проблем эпитаксиального роста A3-нитридов (нитрид алюминия, нитрид галлия) на подложках кремния.

Первая проблема — это большое рассогласование латеральных параметров кристаллических решёток A3-нитридов и кремния, в результате чего накапливаются остаточные растягивающие напряжения, которые приводят к увеличению плотности дефектов и к трещинам в гетероструктурах нитрида галлия алюминия-нитрида галлия AlGaN/GaN. Для решения этой проблемы мы предложили использовать кристаллический слой нитрида кремния, который формируется на поверхности кремния путем контролируемого химического преобразования поверхности подложки в процессе экспонирования (выдержки) в малом потоке аммиака – нитридизации». Так ученые добились высокого качества многослойных структур на основе нитрида галлия на кремниевой подложке.

Образец выращенного полупроводникового материала - нитрид галлия на кремниевой подложке

«Вторая проблема — высокая плотность поверхностных электронных состояний в гетероструктурах AlGaN/GaN с двумерным электронным газом, ответственных за явление коллапса тока в СВЧ-транзисторах. То есть, говоря упрощенно, высокая плотность поверхностных электронных состояний отрицательно влияет на работу транзистора. В нашей работе мы показали, что можно снизить плотность состояний на поверхности примерно на порядок при формировании пассивирующего покрытия из нитрида кремния, по сравнению с покрытием из нитрида галлия», — добавил Денис Милахин.

Результаты, полученные исследовательским коллективом, создают задел для разработки отечественной элементной базы на основе нитрид-галлиевых структур на кремниевых подложках. Ученые сотрудничают с индустриальными партнерами, которые формируют запрос на особенности технологии и проводят тестирование полученного полупроводникового материала. Первые экспериментальные транзисторы, изготовленные на базе полученных полупроводниковых структур, удовлетворяют критериям индустриального партнера.

Пожелания будущим участникам конкурса

Денис Сергеевич не первый раз участвовал в конкурсе и пояснил, что пакет документов готовил в течение двух недель, уделив особое внимание написанию краткого и понятного для экспертной комиссии резюме ключевых итогов цикла работ. «Изложить основные результаты пяти статей требовалось на двух страницах, при этом каждая публикация в среднем содержит 10 страниц».

Премии имени выдающихся ученых Сибирского отделения РАН учреждены по 11 направлениям наук (математике и информатике, нанотехнологиям и информационным технологиям, физическим, гуманитарным, медицинским и прочим). В каждом направлении ― несколько тематик (до 11), каждая из которых названа в честь одного из сибирских ученых. В этом году лауреатами конкурса по разным направлениям стали десять молодых ученых сибирского региона.

Диплом и нагрудный знак серебряная сигма

В качестве рекомендаций будущим конкурсантам Д.С. Милахин отметил несколько аспектов: «Во-первых, стоит активно публиковать научные результаты в высокорейтинговых журналах, так как на конкурс нужно представлять цикл из 3-5 работ за последние три года. Во-вторых, в экспертный совет по каждому направлению науки входят ученые из разных областей, поэтому в справке-аннотации важно, как можно более доступно объяснить свою работу. Третий важный момент: по каждому направлению науки к окончательному утверждению президиумом СО РАН представляется только один претендент на премию, набравший наибольшее число голосов среди всех именных номинаций в соответствующем направлении. Поэтому конкуренция довольна высока, особенно среди направлений наук, где именных номинаций много. При этом на каждую именную номинацию количество поданных заявок, должно быть не менее двух. Тогда конкурс по данной номинации считается состоявшимся».

Справка: Премия имени Константина Константиновича Свиташева присуждается за работы в области опто- и наноэлектроники. К.К Свиташев — известный ученый, член-корреспондент РАН, признанный специалист в области оптических и фотоэлектрических явлений в полупроводниковых структурах, основатель научной школы по поляризационной и отражательной эллипсометрии.

Константин Константинович возглавлял ИФП СО РАН с 1990 по 1998 год, под его руководством развивалась технология молекулярно-лучевой эпитаксии. ИФП СО РАН сегодня известен во всем мире своими флагманскими работами в области молекулярно-лучевой эпитаксии.

В конкурсе на присуждение премии имени выдающихся ученых Сибирского отделения РАН могут принимать участие молодые ученые (до 35 лет), имеющие степень кандидата или доктора наук. Премии присуждаются за научные исследования, вносящие значительный вклад в развитие естественных, технических, гуманитарных, медицинских и сельскохозяйственных наук, результаты которых опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных журналах и/или монографиях.

Пресс-служба ИФП СО РАН