Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИМ. А.В. РЖАНОВА
Сибирского отделения Российской академии наук
Лаборатория физических основ материаловедения кремния

заведующий лабораторией
Владимир Павлович Попов
д.ф.-м.н.

Тел. (383) 333-52-59
e-mail:

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

В состав лаборатории входят 17 сотрудников, из них: 9 научных сотрудников (2 д.ф.-м.н. и 7 к.ф.-м.н.), 8 человек инженерно-технического персонала и 2 аспиранта.

Коллектив является единственным научным коллективом в РФ, разрабатывающим и выпускающим полупроводниковые пластины гетероструктур полупроводник-диэлектрик-полупроводник с несогласованными решётками. Сегодня наиболее востребованы среди них структуры кремний-на-изоляторе (КНИ), германий-на-изоляторе (ГНИ), кремний-на-сапфире (КНС), полупроводники А3В5 и другие. На основе этих структур, прошедших апробацию на всех основных микроэлектронных предприятиях в РФ, выпускались приборы интегральной силовой электроники, радиационно-стойкой микроэлектроники, а на линейке в ИФП СО РАН – кремниевые интегральные схемы и сенсоры с нанометровыми КМОП транзисторами. В лаборатории 10 разработана и защищена пятнадцатью патентами РФ технология формирования гетероструктур КНИ и КНС, на основе которой с 2000 г. работает единственная в России экспериментальная линия по выпуску пластин КНИ. Гетероструктуры КНИ и КНС являются продукцией двойного назначения.

Метод создания структур КНИ с ионно-модифицированным слоем SiO2, разработанный в ИФП СО РАН (И.Е. Тысченко, В.П. Попов и др. Solid State Phenom. 2005, 2008, Phys.Stat.Sol, 2008, NIM B 2006, 2009, ФТП 2007, 2009, 2011, и др.) позволил встроить процесс ионно-лучевого синтеза в технологию водородно-индуцированного переноса без нарушений в приборном слое кремния. Физический подход, положенный в основу данного метода, базируется на способности атомов примеси сегрегировать из слоёв кремния и оксида кремния к границе сращивания Si/SiO2, что позволяет заметно изменить кинетику накопления нарушений и захват заряда на эту границу при последующих технологических или радиационных воздействиях.

В период с 2005 по 2013 г. в рамках НИР по государственному контракту № 02.513.11.3057 «Наноструктурированные слои кремния на изоляторе» (Исполнитель – ИФП СО РАН) была показана принципиальная возможность создания сенсорных биоэлементов на основе КНИ-нанопроволочных транзисторов на базе собственных технологий. В рамках НИР по государственному контракту с Федеральным агентством по науке и инновациям № 02.512.11.2176 (основной исполнитель – ГУ ИБМХ РАМН) в ИФП СО РАН разработаны и изготовлены чипы с двухзатворными КНИ-нанопроволочными транзисторами с линейными размерами до 30×10 нм2, а также микрожидкостные ячейки, обеспечивающие микропоток электролита или био-жидкости к сенсорным нанотранзисторам. Достигнутые результаты по чувствительности КНИ-транзисторов с линейными размерами 15 нм × 90 нм × 10 мкм (толщина × ширина × длина) к тестовым молекулам BSA, антигенам гепатита В и С, онкомаркерам альфа-фетопротеина на уровне 10-15 М, которые являются одними из лучших в мире при детектировании биочастиц нанопроволочными сенсорами.

Группа д.ф.-м.н. В.А. Гриценко занималась последние 10 лет разработкой и исследованиями флэш памяти на основе нитрида кремния Si3N4 с использованием high-k диэлектриков (Charge Trap Flash Memory, CTFM). За время этих исследований был накоплен значительный опыт по разработке флэш памяти и изучению high-k диэлектриков. Теоретический и экспериментальный задел группы получил мировое признание и служит прочной базой для изучения механизмов резистивного переключения, наблюдаемого в оксидах металлов. Созданные на их основе МДМ и МДП структуры являются наиболее перспективным материалом для создания энергонезависимой резистивной флэш-памяти, получившей название ReRAM, с нанометровыми размерами элементов. Такие размеры обеспечивают создание терабитных схем памяти и высокопроизводительных нейроморфных матриц. Предложенные в лаборатории нейросетевые алгоритмы позволяют проектировать оптимальные варианты нейроморфных матриц для решения широкого класса задач информационных технологий.

Проведение исследований базируется на использовании теоретических и экспериментальных методов, которые включают:

  • квантово-химическое моделирование атомной и электронной структуры твёрдых тел и физическое моделирование технологий и приборов микроэлектроники (имеются программные пакеты: CPMD, QUANTUM ESPRESSO, NWCHEM, Wien2k, Sentaurus TCAD, Matlab и кластер из 8 вычислительных узлов, объединённых сетью InfiniBand 40Gb/s (100 ядер, 184GB RAM) с производительностью до 2 Тфлопс, позволяющий выполнять сложные численные расчёты);

  • экспериментальную линию по изготовлению гетероструктур на изоляторе методом водородного переноса, в том числе с нанометровыми толщинами слоёв, включающую:

    • ускорители для имплантации ионов; установку прямого соединения и совмещения полупроводниковых пластин кремния; высокотемпературные печи для отжигов п/п пластин диаметром до 150 мм в различной среде; установки для плазменных и импульсных отжигов пластин; установки для нанесения диэлектрических и металлических слоёв;

    • ускоритель электронов и лёгких ионов с параметрами: энергия до 2 МэВ, ток до 0.1 мА;

    • установку соединения полупроводниковых пластин (Wafer bonder) в составе: модуль предварительного совмещения SUSS MA/BA8 GEN3 BOND ALIGNER c модулем плазменных обработок SUSS SELECT, и модуль соединения SUSS SB8e;

    • цифровой анализатор полупроводниковых схем Agilent Technologies B1500A Semiconductor Device Analyser (Agilent Technologies), и анализатор амплитудно-частотных характеристик фирмы Agilent 5230А с диапазоном 300 кГц - 3 ГГц, импульсные усилители СВЧ сигнала диапазона 2.45 – 3 ГГц с частотой повторения до 50 кГц;

    • зондовые установки контроля электрофизических параметров пластин, полупроводниковых чипов и приборов на базе измерительной установки фирмы Keithley и измерительных плат фирмы National Instruments (USA) c программным обеспечением LabView;

    • ИК-фурье спектрометр Bruker с ИК-микроскопом HYPERION 2000, оптические микроскопы х1000 с интерференционными и поляризационными системами;

  • оборудование ЦКП «Наноструктуры», включая: электронную нанолитографию, просвечивающую и высокоразрешающую аналитическую электронную микроскопию (ПЭМ, ВРЭМ), а также атомно-силовую микроскопию (АСМ).