|
История создания Лаборатории связана с развитием исследований
и разработок в области радиационной физики твердого
тела. В конце 60-х годов прошлого столетия в лаборатории
радиационной физики Института физики полупроводников
Сибирского отделения РАН активно и плодотворно проводились
исследования физических явлений при ионной имплантации,
облучении быстрыми электронами, нейтронами. Метод ионной
имплантации, предложенный в 1954г., характеризовался
длинным перечнем потенциальных преимуществ, реализация
которых длительное время сдерживалась из-за необходимости
решения проблемы устранения дефектов, возникающих в
процессе прохождения ускоренных ионов в кристаллах.
При поиске новых подходов в 1974г. было обнаружено,
что импульсное воздействие лазерного излучения наносекундной
длительности при плотности мощности 107 Вт/см2 на ионно-легированные
полупроводниковые пластины с аморфным слоем приводит
к восстановлению кристаллической структуры. Интригующим
явлением, которое фактически способствовало взрыву интереса
исследователей различных областей к лазерному отжигу,
являлось превращение аморфного слоя в монокристалл с
огромной скоростью (1-10 м/с). Для исследования явления
импульсной ориентированной кристаллизации и процессов
легирования в начале 1984 году в ИФП СО РАН была создана
лаборатория импульсных воздействий (вначале как межведомственная
лаборатория: Академии наук и Министерство электронной
промышленности), задачами которой являлось исследование
процессов зарождения кристаллитов в условиях глубокого
переохлаждения, растворимость легирующих элементов при
больших скоростях кристаллизации, кристаллизация на
неориентирующих подложках. Значительный прогресс был
достигнут в решении важных проблем микроэлектроники:
получении тонких легированных полупроводниковых слоев
(для электрических контактов, областей исток/сток в
полевых транзисторах), кристаллизации полупроводниковых
пленок на аморфных диэлектрических подложках. Широкое
практическое применение получили, прежде всего, системы
быстрого термического отжига на основе воздействия световых
импульсов секундного и миллисекундного диапазонов длительностей.
В настоящее время находят применение лазерные воздействия
короткими импульсами для кристаллизации пленок кремния
на стеклах и создания матриц тонкопленочных транзисторов,
используемых для управления жидкокристаллическими дисплеями.
Также в 70-е годы прошлого столетия были разработаны два основных современных метода эпитаксиального роста с прецизионным контролем толщины, планарности и состава. Это методы молекулярно-лучевой эпитаксии и метод газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии превратился в настоящее время в одну из важнейших технологий для выращивания квантоворазмерных наноструктур. В 1987 году лаборатории импульсных воздействий было предложено включиться в работу по молекулярно-лучевой эпитаксии с дополнением методами радиационной физики: ионной имплантации и лазерного отжига. Основное направление работ заключалось в синтезе и изучении наноструктур с квантовыми точками. Коррекция направления привела к смене названия лаборатории. Круг проблем создания наноструктур с квантовыми точками, заключается: а) в повышении однородности массива квантовых точек по размерам с сохранением единой формы и элементного состава квантовых точек; б) в управлении пространственным расположением квантовых точек (пространственно-упорядоченные массивы), их плотностью с возможностью получения предельно плотных и разряженных массивов; в) в снижении плотности дефектов - протяженных (дислокации) и точечных дефектов в наноструктурах с квантовыми точками.
Одним из успешных подходов в повышении степени однородности ансамбля квантовых точек явился метод импульсного ионного воздействия в процессе эпитаксии из молекулярных пучков. Другой подход - лазерный отжиг выращенных структур, позволивший снизить дисперсию по размерам квантовых точек в наноструктурах, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
Перенос заряда по локализованным состояниям неупорядоченной системы характеризуется туннельным механизмом, в котором кулоновское взаимодействие способно изменить температурную зависимость проводимости системы (переход от закона Мотта к зависимости Шкловского-Эфроса). Другой эффект кулоновских корреляций - образование поляронов. При взаимодействии ансамбля квантовых точек с электромагнитным излучением (поглощении излучения) осциллирующая плотность заряда на каждой квантовой точке в актах переходов вызывает появление гармонически изменяющегося во времени дальнодействующего кулоновского потенциала, который оказывает влияние на движение всех электронов. Такое электрон-электронное взаимодействие проявляется в спектре поглощения в виде сужения полосы, увеличения амплитуды и смещения максимума в область высоких частот (эффект деполяризации).
Эффекты взаимодействия и беспорядка в наноструктурах с квантовыми точками связаны также с упругими деформациями, возникающими из-за различия постоянных решеток материалов квантовых точек и матрицы, в которую квантовые точки встраиваются. В плотном массиве квантовых точек возможно наложение полей упругих деформаций от соседних нанокристаллов, что приводит к явлениям, приводящим к существенному изменению электронных свойств наносистемы.
В технологии изготовления наноканальных мембран с профильными и упорядоченно расположенными наноканалами и в создании устройств на их основе по единому подходу, использующего только кремний, предполагается создавать нанофлюидные фильтры, охватывающие весь нанометровый диапазон и позволяющий разделять и концентрировать ультрадиспергированные неорганические и биологические вещества. Профильная структура мембран с внутренними полостями позволит применить их к созданию твердотельных оптически активных сред с высокой концентрацией полупроводниковых квантовых точек, например, наночастиц CdS размерами 1-10 нм. На основе создаваемых устройств будет возможным процесс разделения биологических макромолекул по размеру и форме с последующим выходом на получение особочистых, стерильных концентратов для молекулярной биологии и медицинской диагностики.
|
|