В городе Нанкине (Китай) прошла двадцать девятая международная конференция по аморфным и нанокристаллическим полупроводникам – ICANS 29. На форуме было представлено более 400 приглашённых, устных и стендовых научных докладов в 11-ти секциях. Среди них — пять пленарных, в том числе традиционная лекция в честь известного ученого, сэра Невилла Мотта, лауреата Нобелевской премии по физике, а также тьюториал из четырёх лекций от ведущих специалистов мира в области аморфных материалов и наноматериалов.

Ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) выступили с двумя сообщениями. Приглашенный доклад «Кристаллизация аморфных пленок Si:H с включениями аморфных слоев германия под воздействием фемто- и пикосекундных инфракрасных лазеров» сделал ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН, профессор НГУ доктор наук Владимир Алексеевич Володин, а аспирантка В.А. Володина Фань Чжан (Fan Zhang) — устный доклад «Формирование нанокристаллов и аморфных нанокластеров германия в пленках GeSiOx методом электронно-лучевого отжига» на секции «Оксидные материалы и приборы».

У научного форума ICANS29 богатая история: первая конференция состоялась в 1965 г., в Праге, и с тех пор собиралась каждые два года, в том числе один раз в СССР (в Ленинграде, в 1975 г.). Эту четкую периодичность нарушило лишь последнее мероприятие: оно должно было пройти в прошлом году, но, из-за ковидных ограничений, его пришлось перенести. По этой же причине форум проводился в смешанном формате: китайские участники присутствовали очно, а представители других стран — онлайн.

«Мой доклад был посвящён фемтосекундной лазерной кристаллизации многослойных структур на основе нанослоёв аморфных кремния и германия. Работа проводилось совместно с исследователями из Ярославского филиала Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН (специалисты этого Института занимались ростом структур) и из Института физики Чешской Академии наук. В чешском Институте есть лазерный центр с хорошим набором современных импульсных лазеров. Наиболее интересные результаты были получены с использованием инфракрасного (ИК) лазера (λ=1500 нм) с длительностью импульса 70 фемтосекунд. Варьируя плотность энергии в импульсе (так называемый лазерный флюенс - laser fluence) удалось реализовать различные режимы лазерного отжига — от селективной кристаллизации слоёв германия, без кристаллизации кремния и перемешивания слоёв (при «мягких» флюенсах) до полного перемешивания слоёв с образованием твёрдого раствор германий-кремний (при «жёстких» флюенсах)», — рассказал Владимир Володин.

Владимир Володин (фото предоставлено В. Володиным)

Слушателей заинтересовал вопрос практического применения новых результатов. Автор исследования объяснил: «Их можно использовать для создания солнечных элементов на базе p-i-n диодов из аморфного кремния с включениями наночастиц германия в i-область. А также в светоизлучающих диодах на основе кремния, для того чтобы расширить их диапазон в ближнюю ИК-область».

Доклад аспирантки Владимира Алексеевича Фань Чжан, проходящей обучение в НГУ, был посвящён отжигу плёнок нестехиометрических германосиликатных плёнок с помощью пучка электронов. Таким способом можно локально воздействовать на нужное место плёнки и создавать там аморфные кластеры германия либо нанокристаллы германия.

Фань Чжан (фото предоставлено Фань Чжан)

«Сообщение Фань Чжан также вызвало интерес аудитории, среди вопросов была ремарка о возможности создания таким способом нанокристаллов кремния в плёнках нестехиометрических оксидов кремния. Предложенный метод позволяет сделать и такое», — добавил В. Володин.

Кроме ученых ИФП СО РАН и НГУ, в конференции участвовал молодой исследователь из Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН Александр Замчий. Он представил доклад «Влияние отжига на электрические свойства плазменного CVD-эпитаксиального кремния» на секции «Тонкие кремниевые плёнки». Работа Александра сделана совместно с французским университетом Эколь Политекник.

Не только кремний

«Раньше основной тематикой конференции были тонкоплёночные солнечные элементы, в последние годы тематика неуклонно расширяется. Стоит отметить обилие докладов по биосовместимой электронике, гибкой электронике, прозрачной электронике и «гигантской» микроэлектронике (giant microelectronics). Именно в этих областях востребованы нетоксичные, недорогие, достаточно гибкие материалы, плёнки из которых можно наносить на широкоформатные подложки. Это конечно традиционно аморфный и поликристаллический кремний, который, однако, вытесняют оксиды металлов, такие как оксид цинка (ZO), а также оксид цинка с примесью индия и галлия – (IGZO).

Один из первооткрывателей этих материалов (они могут быть и диэлектриками, и прозрачными проводниками) — профессор Хидео Хосоно (Hideo Hosono) из Японии, представил на тьюториале доклад «Аморфные оксидные полупроводники». Хидео Хосоно также известен тем, что предложил использовать в мемристрах майенит. Это материал класса электридов – такие материалы могут быть как диэлектриками, так и проводниками (при возникновении в них вакансий кислорода). При этом проводимость майенита (химическая формула 12CaO·7Al2O3) может меняться до 14-ти порядков! Кстати, очень много докладов было посвящено мемристорам, в основном их применению в нейронных сетях для искусственного интеллекта. Ну, а в тонкоплёночных транзисторах (которые работают как ключи в активных матрицах дисплеев в AMOLED дисплеях смартфонов) IGZO уже вытесняет кремний. В некоторых научных кругах профессору Хосоно прочат Нобелевскую премию за вклад в исследование прозрачных оксидов металлов» — резюмировал Владимир Володин.

Следующая, тридцатая международная конференция ICANS 30 планируется в августе 2024 года, в Манчестере, Великобритания.

Пресс-служба ИФП СО РАН