Отдел, основанный в 1976 году, является одним из крупнейших подразделений Института. В настоящее время здесь в трех научно-исследовательских лабораториях работает около 110 сотрудников, среди которых 14 кандидатов и 5 докторов физико-математических наук. Сотрудниками отдела совместно с Опытным заводом СО РАН и конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники СО РАН, разработано и изготавливается малыми сериями промышленно-ориентированное оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В различных организациях РФ и стран ближнего зарубежья работают более тридцати комплектов одно-, двух- и трехкамерных установок типа "Селенга" (первое поколение), "Ангара" (второе поколение) и "Катунь" (третье поколение). Эти разработки были отмечены Государственной премией России в области науки и техники. В настоящее время разработана и изготавливается установка четвертого поколения "Катунь-100".

I. Основные направления работ

• Теоретические и экспериментальные исследования процессов роста тонких полупроводниковых, диэлектрических и металлических пленок, многослойных гетеросистем, сверхрешеток и наноструктур (систем с размерами элементов в нанометровом диапазоне), квантовых нитей и точек, синтезируемых с помощью методов молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ).
• Разработка сверхвысоковакуумной технологии МЛЭ для изготовления новых объектов и материалов для физических исследований.
• Производство полупроводниковых эпитаксиальных структур на основе гетеропереходов Si/Ge, GaAlAs/InAlAs/GaAs, InGaAs/InAlAs/InP, GaN/AlN/Al₂O₃ и т.п. для создания элементов и интегральных схем для микро-, нано- и оптоэлектроники.
• Разработка и изготовление элементов вакуумного технологического и аналитического оборудования для МЛЭ.
• Разработка базовых методов для рентгеновского анализа сложных многослойных кристаллических структур, в том числе методов интерферометрии и топографии с использованием синхротронного излучения.

II. Имеющиеся экспериментальное и аналитическое оборудование, программное обеспечение и методы

• Три поколения установок МЛЭ типа "Ангара" и "Катунь" - 14 действующих вакуумных ростовых камер, оборудованных автоматизированными системами управления, обладающие возможностью стыковки для организации кластерных технологических комплексов.
• Установка для молекулярной эпитаксии нитридов металлов из газовых источников RIBER CBE 32P.
• Базовые технологии МЛЭ полупроводниковых гетероструктур.
• Оборудование и методы для дифрактометрии быстрых электронов и лазерной эллипсометрии в процессе МЛЭ.
• Установки и методики для рентгеновской дифрактометрии и топографии, в том числе с применением синхротронного излучения.
• Установки и методики для масс-спектроскопии молекулярных пучков, вторично-ионной масс-спектрометрии, фотоэлектронной и Оже - спектроскопии.
• Установка RIBER - OMICRON и методики для сканирующей туннельной микроскопии в сверхвысоковакуумном варианте с атомарным разрешением.

III. Законченные технологические разработки

       1. ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР С ВЫСОКОЙ ПОДВИЖНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОНОВ В ДВУМЕРНОМ КАНАЛЕ

       Разработана лабораторная технология получения гетероструктур с высокой подвижностью носителей заряда в двумерном канале на основе соединений А₃В₅ для физических исследований и приборных применений. Технология включает в себя процесс предэпитаксиальной подготовки подложек GaAs(001), режимы получения атомарно-чистой, гладкой поверхности и эпитаксиального роста высокосовершенных многослойных гетероструктур с заданным оптимальным профилем состава и легирования на основе соединений AlGaAs и InGaAs. Технология адаптирована к технологическим возможностям установок МЛЭ типа "КАТУНЬ" и показала высокие результаты. Впервые в России на отечественном оборудовании получены структуры с подвижностью электронов в двумерном канале более 1,5 млн см²/Вс при 10 К. Следует отметить, что это первый в мире результат, полученный на установке с нагревателем подложек диаметром выше 100 мм. Проведены испытания технологии и выпущена опытная партия эпитаксиальных структур. Технология используется в настоящее время для изготовления заказных гетероструктур с высокой подвижностью носителей заряда в двумерном канале, пригодных для исследования новых физических явлений в наноструктурах, а также для создания приборов СВЧ, опто - микро - и наноэлектроники новых поколений. Высокие параметры гетероструктур обеспечивают их конкурентоспособность. Отечественные аналоги разработанной технологии уступают по воспроизводимости и уровню параметров (см."Перст"Том.2. Вып.11. 1995). Технология является практически безотходной и экологически чистой, поскольку все процессы проходят в замкнутых вакуумных объемах. Область применения продукта разработанной технологии - научные и прикладные исследования, разработка элементной базы СВЧ, микро-, опто - и наноэлектроники. (O.P. Pchelyakov, A.I.Toropov, V.P.Popov, A.V.Latyshev, L.V.Litvin, Yu.V.Nastaushev, A.L.Aseev Nanotechnologies in semiconductor electronics. Proc. of SPIE, 2002, V.490, pp. 247-256)

      2. ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СИСТЕМ С КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА Ge/Si.

       Разработана лабораторная базовая технология прямого получения гетероструктур с резкими границами раздела, сверхрешеток и систем с квантовыми точками на основе гетеропереходов Ge/Si для исследований и приборных применений. Технология включает в себя процесс предэпитаксиальной подготовки подложек Si(001) и Si(111), режимы получения атомарно-чистой, гладкой поверхности и эпитаксиального роста высокосовершенных многослойных гетероструктур и эпитаксиальных систем с заданным средним размером квантовых точек и плотностью их распределения в плоскости базового слоя и в объеме между его гетерограницами. Технология адаптирована к технологическим возможностям установок МЛЭ типа "КАТУНЬ" и показала высокие результаты. Впервые в России создан комплекс оптимизированных технологических приемов, специального оборудования, методик и программного обеспечения, позволяющий получать методом молекулярной эпитаксии структуры с туннельно-тонкими слоями и квантовыми точками в системе Ge-Si. Получены опытные партии тестовых структур для резонансно-туннельных диодов, содержащих встроенный в пленку кремния слой квантовых точек твердого раствора Ge_xSi_{1- x}. Проведены измерения поперечной дифференциальной проводимости в таких структурах. Наблюдались участки с отрицательным дифференциальным сопротивлением, что является характерной чертой резонансного туннелирования носителей на связанные состояния в двухбаръерных структурах.
      Технология используется для изготовления заказных гетероструктур и систем с квантовыми точками, которые используются для исследования новых физических явлений в наноструктурах, а также при создании приборов опто - микро - и наноэлектроники новых поколений, таких как гетеробиполярные транзисторы и матричные ИК ФПУ большой площади с внутренним фотоэффектом. Отечественные и зарубежные аналоги подобных технологий нам не известны.

       3. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК НИТРИДОВ МЕТАЛЛОВ ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ

• Получены эпитаксиальные пленки GaN с подвижностью электронов 410 см²В/с при комнатной температуре.
• Показана возможность контролируемого легирования слоев GaN кремнием в диапазоне концентраций 5x10¹⁶ - 6x10¹⁹см^-3.
• Найдены условия роста полуизолирующих слоев GaN с концентрацией носителей заряда менее 10¹⁴см^-3.
• Выращены пленки GaN на сапфире с шириной рентгеновского пика отражения менее 400 угл. с.
• Получены эпитаксиальные слои GaN, для которых отношение интенсивностей линий краевой фотолюминесценции к интенсивности "желтой" - дефектной полосы превышает 800. В спектре фотолюминесценции пленок, полученном при температуре 15К, доминирует линия краевой люминесценции 3.472 эВ. Выращены гетероструктуры AlGaN/GaN с двумерным электронным газом с подвижностью при 300К - 540 см²В/с, при 77К - 2100 см²В/с (концентрация электронов в канале - 7x10¹²см^-2).
• В ИФП СО РАН показана возможность использования полученного материала при изготовлении структур для мощных СВЧ-транзисторов. Их структурное совершенство сопоставимо с мировыми достижениями для технологии. На синтезированных структурах ОКБ "Октава" изготовлены первые в стране СВЧ-транзисторы, работающие на частоте 12 ГГц.
• По приведенным параметрам полученные эпитаксиальные пленки GaN на сапфире сравнимы или превосходят параметры аналогичных слоев, полученных в Cornell University методом молекулярно-лучевой эпитаксии, в период проведения успешно завершившихся работ по созданию мощных твердотельных усилителей на основе гетероструктур AlGaN/GaN.