Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИМ. А.В. РЖАНОВА
Сибирского отделения Российской академии наук
НОВОСТИ
07.12.09
Физика наноразмерных полупроводников

С 28 сентября по 3 октября 2009 г. в Академгородках Новосибирска и Томска проходила девятая Российская конференция по физике полупроводников "Полупроводники-2009". Конференция была посвящена обсуждению современного состояния работ и наиболее актуальных проблем современной физики полупроводников, знакомству участников с новыми данными, привлечение внимания к прорывным результатам и разработкам в области физики полупроводников, полупроводникового материаловедения и диагностики. Первая Российская конференция по физике полупроводников проводилась после распада СССР в 1993 году в Нижнем Новгороде. Затем с периодичностью 2 года конференции проводились в Санкт-Петербурге, Москве, Новосибирске (1999 год) и на втором круге поочередного проведения научного форума в клуб организаторов включился Екатеринбург (2007 год), который передал эстафету Новосибирску. Очередную конференцию в Сибири решено было проводить в двух городах: в Новосибирске и Томске. Подключение Томска к проведению масштабного научного форума связано с пионерским вкладом томских ученых в становление направления "физики полупроводников" в Сибири. Первые сибирские работы по физике полупроводников проводились в Сибирском физико-техническом институте им. В.Д.Кузнецова при Томском государственном университете. Решающим фактором современности города Томска, повлиявшим на сделанный выбор места проведения конференции, является большое количество молодежи, обучающейся в Томске, в частности, по специальностям, связанным с физикой полупроводников и полупроводниковой электроникой.

Организаторами конференции являлись Отделение физических наук РАН, Сибирское отделение РАН, Научный совет РАН по физике полупроводников, Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Томский государственный университет, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Новосибирский государственный университет. Финансовую поддержку конференции оказали Роснаука РФ, РФФИ, корпорация Роснано, фонд "Династия" и многочисленные фирмы, демонстрировавшие во время проведения конференции разработки новых приборов для исследования полупроводниковых материалов и структур.

Программа конференции включала следующие направления: объемные полупроводники: электрические и оптические свойства, релаксация носителей, сверхбыстрые явления, экситоны, фононы, фазовые переходы, упорядочение; поверхность, пленки, слои: эпитаксия, атомная и электронная структура поверхности, адсорбция и поверхностные реакции, процессы формирования (самоорганизации) нанокластеров, СТМ и АСМ, оптическая микроскопия ближнего поля; гетероструктуры и сверхрешетки: структурные и оптические свойства, электронный транспорт, микрорезонаторы; двумерные системы: структурные, электронные, магнитные свойства, туннелирование, локализация, фононы, плазмоны, высокочастотный транспорт, квантовый эффект Холла, корреляционные эффекты; одномерные и нульмерные системы: энергетический спектр, электронный транспорт, оптические свойства, локализация; широкозонные материалы (SiC, GaN, II-VI и др.): рост, оптические и электронные свойства; спиновые явления, спинтроника, наномагнетизм; примеси и дефекты (объемные полупроводники и квантоворазмерные структуры): примеси с мелкими и глубокими уровнями, магнитные примеси, структурные дефекты, неупорядоченные полупроводники; высокочастотные явления в полупроводниках (СВЧ и терагерцовый диапазон); органические полупроводники, молекулярные системы; углеродные наноматериалы; метаматериалы и фотонные кристаллы; полупроводниковые приборы и устройства: технология, методы исследования, наноприборы.

Приведенные направления со всей очевидностью свидетельствуют, что стержнем конференции являлась физика наноразмерных полупроводников. Развитие возможностей создания твердотельных материалов и их диагностики в нанометровом масштабе размеров (0.1 - 100 нм) обеспечило открытие новых представлений о природе веществ. Основу изменений свойств наноматериалов составляют эффекты размерного квантования электронного энергетического спектра, частотного спектра фононов (оптические моды), эффекты туннелирования и кулоновской блокады туннелирования электронов. Последовательное уменьшение размера по одной из координат в трехмерной системе (объемный материал) обеспечивает получение наноструктур, относящихся к двумерным (квантовые ямы), одномерным (квантовые проволоки) и нульмерным системам (квантовые точки). Эффект размерного квантования электронного энергетического спектра приводит к сильному изменению электрических, оптических и магнитных свойств наноструктур. Эти свойства используются для разработки приборов (наноприборов) с качественно новыми и количественно более высокими параметрами, по сравнению с параметрами существующих приборов на объектах макроскопических размеров. Наноструктуры и приборы на их основе призваны обеспечить прорыв в таких областях, как производство новых материалов, электроника, медицина, энергетика, защита окружающей среды, биотехнология, информационные технологии и национальная безопасность.

В области полупроводниковых материалов движущей силой перехода к характерным нанометровым размерам в производстве изделий твердотельной электроники (интегральные схемы) является повышение быстродействия и объема памяти широко используемых устройств вычислительной техники, видеосистем и систем связи, а также повышение эффективности преобразования и передачи энергии. Сочетание высоких требований к функциональным характеристикам широко используемых устройств и современных методов достижения поставленных целей обеспечило основу развития нанотехнологий в твердотельной электронике, привело к получению нового вида материалов - сверхрешетки, наноструктуры с квантовыми ямами, проволоками, квантовыми точками, структуры с нанотрубками, наноспиралями и нанопористыми слоями, многослойные структуры, сочетающие магнитные и немагнитные материалы. Основные технологии, используемые для создания таких структур - молекулярно-лучевая эпитаксия, газофазная эпитаксия, плазменное осаждение/травление, ионная имплантация, литография (оптическая, рентгеновская, электронная, ионная, нано-импринт), а также технологии, основанные на процессах самоорганизации.

В программу конференции было включено 276 докладов, из них 86 устных, 149 стендовых и 41 приглашенный.

Бум современности в области полупроводников вызван появлением новых материалов, с которыми связываются надежды на продолжение стремительного развития полупроводниковой электроники, и основой новых материалов являются нанотехнологии. Используемый в полупроводниковой электронике на протяжении более сорока лет подход, основанный на масштабировании элементной базы, фактически приближается к истощению, необходимы принципиально новые идеи и подходы, реализуемые на новых материалах. Фактически полупроводниковая наука стоит на пороге новых прорывов, как в ожидаемых фундаментальных результатах, так и в области приложений. В наноэлектронике на новых принципах ожидается использование спиновой степени свободы атомов (спинтроника), совмещение электрических схем с оптической элементной базой передачи и обработки информации, основанной на достижениях нанофотоники и квантовой информатики. На базе современных нанотехнологий проводится разработка уникальных по своим характеристикам датчиков. Достижение предельных параметров, как по функциональным характеристикам, так и по массе, размерам сенсоров обеспечивает возможность их применения в различных областях жизни: медицинских биосенсоров для экспресс-диагностики заболеваний на ранних стадиях их проявления, фотоприемных устройств для глобальных систем тотального контроля "всех за всеми", для проектов типа "умный дом". Новые полупроводниковые элементы светотехники (сверхяркие светодиоды), солнечные преобразователи энергии с повышенной эффективностью, радиационно-стойкая элементная база для экстремальных условий эксплуатации (космос, ядерная энергетика), более мощные и компактные элементы и системы СВЧ-электроники, полупроводниковые элементы адаптивных энергосистем (силовая электроника) являются важными ожидаемыми приложениями наноразмерных полупроводников в ближайшем будущем.

Ярким примером нового материала современности является графен - одноатомный слой углерода, представляющий двумерную наносистему с целым рядом уникальных свойств. К важным свойствам графена следует отнести высокую подвижность носителей заряда вследствие практически нулевой их эффективной массы, высокую проводимость по слою, что делает этот материал весьма перспективным для разработки графеновой наноэлектроники, нанооптоэлектроники и наномеханики. Свойствам графена и методам его получения на конференции было посвящено несколько приглашенных докладов, ряд устных и стендовых докладов.

Ключевая проблема современности в технологии полупроводниковых наноструктур заключается в воспроизводимом формировании объектов, имеющих точно заданные размеры включающих элементов, их расположение на подложке и определенные свойства. Решение этой проблемы необходимо для перехода от лабораторных разработок к массовому производству материала и приборов.

Будущее науки определяется притоком молодых кадров с активной жизненной позицией. Трудные для науки перестроечные 90-е годы достаточно контрастно обозначили проблему притока молодежи как одну из первостепенных в решении задач науки и индустриального развития страны. По итогам конференции по физике полупроводников можно отметить позитивные изменения в проблеме притока молодежи в науку. Проведенные в академии и вузах страны частичные преобразования, финансовая поддержка государственными структурами приоритетных направлений развития науки и бизнеса дали первые позитивные результаты. В работе конференции около трети зарегистрированных участников являлись молодыми учеными, участвовавшими как в качестве докладчиков, так и слушателей, что способствовало их творческому и научному росту, закреплению в науке. 84 доклада были представлены молодыми учеными: преподавателями, аспирантами, студентами. Для стимулирования активности молодежи программным комитетом был проведен конкурс работ молодых ученых, по результатам которого было выявлено шесть победителей. Лауреатов конкурса наградили дипломами и поощрительными премиями.

В конференции приняли участие представители 14 городов Российской федерации, а также городов Украины и Республики Беларусь. Наряду с сибирскими участниками, наиболее многочисленные делегации были представлены Москвой и Московской областью, Санкт-Петербургом, Нижним Новгородом.

Конференция прошла на высоком научно-организационном уровне, были заслушаны интересные доклады по приоритетным направлениям развития физики полупроводников в России и за рубежом и намечены пути дальнейшего сотрудничества между научными коллективами из разных регионов России и ближнего зарубежья.

Председатель оргкомитета конференции,
член-корреспондент РАН
А.В.Двуреченский