Молодые ученые из разных городов страны познакомились с лабораториями одного из ведущих научных центров России в области изучения полупроводниковых наноструктур и технологий их получения, узнали подробности о работе новейшего оборудования, договорились о сотрудничестве с исследователями Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН.

Конгресс «Наука будущего — наука молодых» — мероприятие-спутник международного форума технологического развития «Техпопром-2022», прошедшего в Новосибирске.

 «В нашем Институте мы создаем новые полупроводниковые материалы, наноразмерные структуры,  исследуем их свойства, развиваем методы изготовления таких структур, создаем устройства,  работающие, в том числе, и на новых физических принципах»,  ―  кратко охарактеризовал деятельность ИФП СО РАН заместитель директора по научной работе доктор физико-математических наук Александр Германович Милёхин

«Полупроводники применяются во всех типах электроники  ―  это, например, светодиоды, фотодиоды, транзисторы, фотоприемники. В частности, в нашем институте производятся фотоприемники, регистрирующие инфракрасное, ультрафиолетовое излучение»,  ―  добавил председатель Совета молодых ученых ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Денис Сергеевич Милахин.

Специалисты Института показали оборудование, которое есть лишь в немногих научных центрах России и рассказали о том, какие данные можно получать  с его помощью, какие работы вести.

«Таких установок мало в России»

О фотоэлектронном спектрометре для исследования электронной структуры кристаллов методом фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением (ARPES) рассказывал научный сотрудник лаборатории физики и технологии гетероструктур ИФП СО РАН  Владимир Андреевич Голяшов.

«Все полупроводниковые приборы работают благодаря процессам, происходящим не в объеме полупроводника, а на поверхности, так как управление током происходит на границе раздела. Соответственно нужны методики, которые позволят эту границу изучать, потому что от ее состояния зависит, работает ли устройство. Одна из таких методик ―  фотоэлектронная спектроскопия. Она позволяет понять не только элементный состав поверхности, но и химический.  Вторая методика   ―  это фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением. Она нужна для того, чтобы изучать дисперсию зонной поверхности полупроводников, да и любых монокристаллов»,  ―  объяснил Владимир Голяшов.

Участница форума «Наука будущего — наука молодых» Елизавета Александровна Гусарова, студентка первого курса магистратуры Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова отметила:

«У вас мощная установка, их мало в России. В Москве, например, проблема с таким методом. Я уже подумала о том, что сюда (в ИФП СО РАН) можно отправить образцы или приехать, пройти обучающую программу. Меня впечатлил уровень вашего института, я действительно восхищена!».

«Увидеть» объект меньше десятитысячной доли сантиметра

Елизавету Гусарову заинтересовал также  комплекс оборудования для ближнепольной микроскопии и спектроскопии фирмы HORIBA. «Эта, довольно редкая установка, совмещает метод рамановской спектроскопии и атомно-силовой микроскопии, что позволяет буквально видеть наноструктуры. Мне было бы интересно научиться на ней работать или отправить сюда образцы»,  ―  добавила исследовательница.

О возможностях этого оборудования рассказал заведующий молодежной лабораторией ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики ИФП СО РАН, заместитель директора института Александр Милёхин.

«Комплекс оборудования состоит из атомно-силового микроскопа, спектрометра комбинационного рассеяния света и системы сопряжения этих двух установок. Каждый из двух приборов  может работать независимо, по отдельности приборы используются в лабораториях десятки лет. А объединение оборудования ―  дает новые возможности ―  позволяет охарактеризовать объект порядка десяти нанометров».

 Основа атомно-силового микроскопа ― кантилевер ― иголочка с очень маленьким радиусом острия, порядка 15 нанометров. Иголочка чувствительна к расстоянию между поверхностью образца и острием, соответственно можно регулярным движением иголочки полностью воспроизвести рельеф структуры. Если на иглу нанести слой металла, и эту систему облучить еще лазером оптического диапазона ― вблизи поверхности металла возникает сильное электромагнитное поле, поле плазмона. То есть, из под иглы микроскопа идет сигнал комбинационного рассеяния света гораздо сильнее, чем со всей поверхности образца. Таким образом, на нанометровом уровне можно исследовать тонкие полупроводниковые и органические пленки, нанокристаллы и кластеры ― основу современных и перспективных электронных приборов.

Наблюдать процессы на поверхности в режиме реального времени

Также студенты и аспиранты познакомились с работой сверхвысоковакуумного отражательного электронного микроскопа. Такой прибор есть только в Институте физики полупроводников им А.В. Ржанова СО РАН.

«Используя этот микроскоп, мы можем проводить наблюдения в процессе эксперимента, посмотреть, что происходит с поверхностью в режиме реального времени. Также мы можем здесь вести и рост многослойных полупроводниковых структур. Данная установка уникальна, она была разработана директором института академиком Александром Васильевичем Латышевым в 1980-е годы, и с  тех пор постоянно совершенствуется и модернизируется»,  ―  подчеркнул научный сотрудник лаборатории нанодиагностики и нанолитографии ИФП СО РАН Сергей Артемьевич Пономарев.

Студент 4-го курса Северо-Кавказского федерального университета Давид Гурамиевич Маглакелидзе  добавил, что он ранее не встречал подобного оборудования.

«В Центре коллективного пользования ИФП СО РАН меня впечатлил сверхвысоковакуумный отражательный электронный микроскоп. На нем можно проводить исследование разных процессов при высокой температуре. Мне это интересно, так как наша научная группа занимается разработкой и исследованиями наноматериалов, которые применяются в разных отраслях промышленности. Мы обменялись контактами с учеными ИФП СО РАН»,  ―  добавил студент.

Тонкие полупроводниковые пленки – основа будущих приборов

ИФП СО РАН  известен во всем мире благодаря своей экспертизе в области выращивания тонких полупроводниковых пленок методом молекулярно-лучевой эпитаксии, что позволяет делать новые приборы, исследовать свойства материалов. Выращивание происходит в специальных установках. Об одной из них участникам экскурсии рассказали Денис Милахин и Тимур Малин, ведущий инженер-технолог лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии соединений А3В5.

«Эпитаксия  ―  формирование полупроводниковых пленок на поверхности подложки. Молекулярно-лучевую эпитаксию можно сравнить с напылением. Но наша задача не просто нанести материал, а сделать это так, чтобы сформировать кристаллическую структуру с заданными свойствами: проводимостью, оптическими параметрами. Все это достигается подбором определенных параметров роста, при котором формируются пленки»,  ―  объяснил Тимур Малин.

Участники экскурсии высоко оценили уровень приборной базы института и гостеприимство экскурсоводов.

«Мне понравилась  лаборатория ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики, она современная, хорошо подготовленная, и, я думаю, может решать множество актуальных задач. Очень гостеприимные специалисты, отвечают на все вопросы,  в результате мне было все понятно»,  ―  сказала  Анастасия Владиславовна Казанцева, студентка Казанского (Приволжского) федерального университета.

«Очень хорошо, что было достаточно времени пообщаться с учеными. Все лаборатории свежо и красиво выглядят, а сотрудники прекрасно рассказывают»,  ―  резюмировал Артём Викторович Перетокин из Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Пресс-служба ИФП СО РАН
Автор фото Владимир Трифутин (1,3,5,6) Надежда Дмитриева (2,4)