Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроникиНИР

qwerty

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
16 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа: Полупроводниковая оптоэлектроника 1. Выявлены физические процессы, ответственные за явления самовоздействия при однофотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS – насыщение поглощения на частоте основного экситонного перехода и штарковский сдвиг линии экситонного поглощения приводят к созданию наведенной амплитудной одномерной дифракционной решетки и канала прозрачности. Установлено, что при однофотонном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS нелинейное изменение поглощения сопровождается нелинейным изменением показателя преломления, что может приводить к образованию наведенной фазовой дифракционной решетки; 2. Обнаруженная самодифракция двух лазерных лучей при двухфотонном резонансном возбуждении экситонов в коллоидных квантовых точках CdSe/ZnS объяснена их дифракцией на фазовой наведенной дифракционной решетке. 3. Измеренная кубическая зависимость интенсивности самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов при двухфотонном возбуждении квантовых точек CdSe/ZnS такая же, как и для процесса четырехволнового взаимодействия. Обнаруженная зависимость интенсивности самодифрагированных импульсов от интенсивности возбуждающих импульсов выше 5-ой степени может быть объяснена дополнительным поглощением на двухфотонно возбужденных носителях, приводящим к образованию помимо фазовой, амплитудной наведенной дифракционной решетки. Так же возможен рост величины двухфотонного поглощения (при приближении энергии двух фотонов лазерного излучения к точному резонансу экситонного поглощения за счет красного штарковского сдвига спектра экситонного поглощения). 4. Самодифракция трех лазерных лучей, пересекающихся в кювете с коллоидными квантовыми точками CdSe/ZnS, в случае однофотонного резонансного возбуждения экситонов объяснена их дифракцией на наведенной динамической двумерной дифракционной решетке, которая, по-видимому, возникает за счет сосуществующих и конкурирующих процессов насыщения основного экситонного перехода и длинноволнового штарковского сдвига спектра экситонного поглощения. 5. Методом накачки и зондирования наведенной нестационарной дифракционной решетки обнаружен двухэкспоненциальный спад релаксации резонансно возбужденных экситонов, быстрая часть которого объяснена Оже рекомбинацией и процессом захвата носителей зарядов на поверхностные состояния квантовых точек, а медленная часть – излучательной рекомбинацией экситонов. 6. Проанализирована динамика начального двух электронного состояния, локализованного в системе двух взаимодействующих одноуровневых квантовых точек с кулоновскими корреляциями, слабо связанными с состояниями непрерывного спектра резервуара. Обнаружено увеличение степени перепутанности в процессе релаксации, обусловленное наличием в системе кулоновских корреляций. Показано, что для больших значений кулоновского взаимодействия недиагональные парные корреляционные функции всегда превосходят диагональные. Обнаружено появление динамической инверсной заселенности уровней энергии в квантовых точках в процессе релаксации. 7. Исследованы особенности, возникающие при протекании туннельного тока через систему двух взаимодействующих по средствам внешнего поля квантовых точек, слабо связанных с состояниями непрерывного спектра в берегах туннельного контакта, при наличии кулоновских корреляций локализованных электронов. Показано, что изменение частоты внешнего поля вызывает быстрые многократные переключения туннельного тока и приводит к формированию областей с отрицательной туннельной проводимостью. 8. Обнаружено, что для определенных значений параметров системы связанных квантовых точек с кулоновскими корреляциями полное электронное число заполнения может резко уменьшаться с ростом величины напряжения на туннельном контакте. Обнаружено явление спиновой блокады в случае асимметричного туннельного контакта. 9. Показано, что наличие низкоразмерных структур на поверхности Ge(111) приводит к формированию дополнительных особенностей - пиков в запрещенной зоне поверхностных состояний. Предложена теоретическая модель, позволившая на микроскопическом уровне объяснить полученные результаты. Теория полупроводников 10. Проведен анализ особенностей частотной зависимости импеданса неупорядоченных полупроводников при низких температурах для прыжкового механизма проводимости. Основное внимание уделено наблюдаемым расхождениям между экспериментом и существующей теорией, связанным с видом частотной зависимости вещественной части проводимости в области кроссовера от линейной к квадратичной зависимости (“излом” на кривых зависимости от ), а также с аномально с большими измеряемыми значениями ( - угол диэлектрических потерь). Эти расхождения можно описать на основе подхода, принимающего во внимание как фононный, так и резонансный вклады в проводимость, а также переход к режиму проводимости с постоянной длиной прыжка при частотах, превышающих частоту кроссовера. 11. Развито описание спектра и состояний локализованных на дефектах электронов с учетом внутренней структуры. Построение системы уравнений для их волновых функций в многокомпонентном случайном поле. Физика неупорядоченных и неоднородных полупроводников 12. Исследованы свойства титаната стронция, легированного никелем, с помощью рентгеновской дифракции и XAFS-спектроскопии. Показано, что независимо от условий получения наиболее устойчивыми фазами в образцах являются однофазный твердый раствор SrTi1-xNixO3 и NiTiO3, которые могут сосуществовать. По данным EXAFS в однофазном образце SrTi0.97Ni0.03O3 атомы никеля замещают атомы титана и являются центральными. При этом искажений кислородного октаэдра, которые могли бы появляться в случае присутствия вакансий кислорода в окружении никеля, не обнаружено. Анализ спектров XANES показывает, что зарядовое состояние никеля в NiTiO3 равно 2+, а в твердом растворе SrTi1-xNixO3 оно близко к 4+. Показано, что наиболее сильное поглощение света в легированных образцах связано с присутствием четырехвалентного никеля в твердом растворе SrTi1-xNixO3. Это легирование представляется наиболее перспективным для преобразователей солнечной энергии, использующих объемный фотовольтаический эффект. 13. Из первых принципов рассчитаны разрывы зон в девяти гетеропереходах, образованных титанатами, цирконатами и ниобатами с кубической структурой перовскита. В расчетах последовательно учтено влияние деформации в контактирующих оксидах на их энергетическую структуру; в рамках GW-приближения рассчитаны поправки к положению краев зон за счет многочастичных эффектов; учтено расщепление края зоны проводимости за счет спин-орбитального взаимодействия. Показано, что пренебрежение многочастичными эффектами может приводить к ошибкам в определении разрывов зон, достигающим 0.36 eV. Продемонстрирована принципиальная несостоятельность гипотезы транзитивности, которая часто используется для определения разрывов зон в гетеропереходах путем сопоставления разрывов зон в паре гетеропереходов, образованных компонентами исследуемого гетероперехода с третьим общим компонентом, и объяснена ее причина. 14. Совместно с отделом микроэлектроники НИИЯФ МГУ продолжены исследования влияния условий освещения на внешний квантовый выход кремниевых солнечных элементов (СЭ) с наноструктурированными пленками прозрачных проводящих окислов в качестве просветляющих покрытий. Проведена модернизация установки для изучения фотопроводимости в базовой области СЭ путем неразрушающих бесконтактных измерений. А именно, собран и отлажен узел установки, предназначенный для освещения СЭ модулированным светом лазеров с длинами волн 808 и 980 нм и измерении модуляции СВЧ волны, отраженной от СЭ. 15. Проведено сравнение эффективностей фотопреобразования базовой области кремниевого СЭ при его освещении с лицевой или тыльной стороны. Расчеты показали, что они могут стать равными в случае предельно высоких значений времени жизни неравновесных носителей в базе и низких значениях поверхностной рекомбинации. Результаты измерений СВЧ фотопроводимости согласуются с расчетными данными. Физика аморфных и микрокристаллических полупроводников 16. Продолжались исследования изменения структуры, электрических, фотоэлектрических и оптических свойств пленок гидрированного кремния (a-Si:H) в результате их облучения фемтосекундным лазерным излучением. Проведенные исследования изменения структуры пленок a-Si:H при их модификации фемтосекундным излучением с различной длиной волны показали, что в случае облучения пленок квантами с энергией большей ширины подвижности материала кристаллизация происходит в приповерхностной области пленок. Возникающая неоднородная структура пленок определяет их оптические и фотоэлектрические свойства, в частности, различие проводимости при планарной и сэндвичевой конфигурации контактов. 17. Проведены исследования оптических, электрических и фотоэлектрических свойств смесей органических полупроводников, формирующих объемные гетеропереходы (P3HT+PCBM, PTB7+PCBM, PCDTBT+PCBM). Наблюдаемое увеличение фотопроводимости и смещение края поглощения в длинноволновую область спектра для исследованных смесей по сравнению с указанными параметрами для органических полупроводников, формирующих смеси, объясняется возникновением в них так называемых состояний с переносом заряда. Обнаружено метастабильное изменение проводимости пленок P3HT+PCBM, вызванное, по-видимому, светоиндуцированным легированием пленок кислородом. 18. В нелегированных пленках аморфного гидрированного кремния (a-Si:H) с высокой фоточувствительностью исследованы особенности кинетики релаксации фотоиндуцированной при температурах выше 400К метастабильной темновой проводимости. Проведен сравнительный анализ скоростей релаксации метастабильной проводимости в темноте и при слабой подсветке. 19. Установлено, что особенности релаксации определяются процессами релаксации двух типов метастабильных фотоиндуцированных дефектов – быстрых и медленных, энергетические уровни которых лежат в нижней и верхней половине запрещенной зоны. Показано, что медленный процесс релаксации метастабильной проводимости определяется независимыми процессами термической и фотоиндуцированной релаксации и генерации медленных фотоиндуцированных метастабильных дефектов. Таким образом, обнаружен эффект фотоиндуцированного отжига медленных метастабильных дефектов – оборванных связей кремния вблизи Si-H связи. Люминесценция полупроводников 20. Составлен конспект лекций в формате «Power Point» на 146 слайдах; он был дан студентам для изучения и подготовки к экзаменам. Он является основой для подготовки и представления к изданию планируемого учебного пособия по этому спецкурсу. 21. Опубликован обзор об истории создания и развития полупроводниковых источников излучения – светодиодов, как на русском, так и на английском языках . 22. Отредактирован и опубликован выпуск электронного журнала «Ученые записки физического факультета», №2 за 2014 г., содержащий ряд статей по материалам 9-й Российской Конференции "Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы", состоявшейся 13-15 июня 2013г. на Физическом факультете МГУ имени М.В.Ломоносова. 23. Подготовлен и сделан доклад на 38-х «Вавиловских чтениях» в Физическом Институте им. П.Н.Лебедева РАН: Юнович А.Э. «Проблемы исследований и разработок полупроводниковых светодиодов и перспективы их применений». 24. Сделан доклад на заседании Ученого Совета Физического Факультета МГУ в связи с присуждением Нобелевской премии японским ученым за изобретение ярких синих светодиодов и создание белых светодиодов для освещения, а также о работах на Физическом факультете по этой тематике: А.Э.Юнович. Полупроводниковые светодиоды: проблемы исследований, перспективы применений. 25. Исследованы процессы катодолюминесценции (КЛ) в гетероэпитаксиальных структурах GaN/InGaN(МКЯ)/GaN/Al2O3 (подложка) при 300К и 77К в зависимости от энергии электронов и тока импульсного электронного пучка. 26. Показано, что при проникновении пучка на всю толщину образца в спектре КЛ наблюдаются четыре полосы, образующиеся в результате излучательной рекомбинации экситонов, донорно-акцепторных пар, неравновесных носителей в области множественных квантовых ям и на глубоких примесях. Интенсивность излучения из области квантовых ям более чем на два порядка интенсивнее остальных полос. Показано, что наблюдается послесвечение всех полос, связанное с захватом неравновесных носителей на ловушках, образованных в базовой области гетероструктуры. Полученные результаты представляют интерес при разработке источников света на основе гетероструктур на нитриде галлия, возбуждаемых электронными пучками.
17 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа: Отчетный год 2015 I. Отрасль науки: 1.2. Физика ( 01.04.00 ) II. Приоритетное направление: Индустрия наносистем и материалов III. Код ПН 02 , код ТП 01. IV код ПНР 5 КРАТКИЙ АННОТАЦИОННЫЙ ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ ПО ТЕМЕ: 1. НАЗВАНИЕ ТЕМЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ И МАТЕРИАЛАХ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНИКИ И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ 1.1. Характер выполняемой работы: фундаментальная 1.2. Шифры (УДК, ГАСНТИ): 29.19.15; 29.19.31; 29.33.2 1.3. Номер госрегистрации N 01990001318 1.4. Факультет физический 1.5. Кафедра физики полупроводников 2. РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ 2.1. Снигирев Олег Васильевич. 2.2. Доктор физ.-мат.наук, профессор. 2.3. Комната 3-79, тел.(495)9393000. 3. ИСТОЧНИКИ И ОБЪЕМЫ ФИНАНСИРОВАНИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ И ОСВОЕННЫЕ ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ ОБЪЕМ (тыс. руб.) Получено Освоено собственными силами Раздел 01 10 госбюджета -------------- --------------- Раздел 07 06 Гранты (с названием фонда) Мой первый грант Грант РФФИ Грант РФФИ Грант РФФИ 400 520 400 450 400 520 400 450 Программы (с названием программы) Контракт (с названием организации) Договор (с названием организации) 4. РЕЗУЛЬТАТЫ Полупроводниковая оптоэлектроника. 4.1. Обнаруженная самодифракция трех лазерных лучей, пересекающихся в кювете с коллоидными квантовыми точками (КТ) CdSe/ZnS, в случае однофотонного резонансного возбуждения экситонов объяснена их дифракцией на наведенной динамической двумерной дифракционной решетке (двумерном фотонном кристалле). 4.2. Обнаружена самодифракция четырех лазерных лучей, пересекающихся в кювете с коллоидными КТ CdSe/ZnS, в случае однофотонного резонансного возбуждения экситонов. 4.3. Обнаружен эффективный процесс самодифракции на наведенной в коллоидном растворе КТ CdSe/ZnS дифракционной решетке в случае, когда суммарная энергия двух фотонов возбуждающего ее пикосекундного лазера отстроена как в длинноволновую, так и в коротковолновую область от резонансной частоты основного экситонного перехода. 4.4. Осуществлен простой способ подавления процесса самосинхронизации мод в наносекундном Nd3+:YAlO3-лазере с модулированной добротностью за счет установленного внутри резонатора элемента отрицательной обратной связи. 4.5. Проведено компьютерное моделирование процесса самодифракции на наведенной диафрагме в случае однофотонного резонансного возбуждения основного экситонного перехода в коллоидных КТ. 4.6. Проанализированы поляризация и восприимчивость двухуровневой КТ с кулоновскими корреляциями в широком диапазоне изменения приложенного напряжения и частоты Раби. 4.7. Исследованы неравновесные эффекты спиновой блокады в системе связанных КТ, взаимодействующих с резервуаром. 4.8. Исследована спектральная плотность туннельного тока, учитывающая локальную неоднородность электронной плотности состояний и электронных чисел заполнения в берегах туннельного контакта в узкой области туннельного перехода. Теория полупроводников. 4.9. Проведен анализ особенностей частотной зависимости импеданса неупорядоченных полупроводников при низких температурах для прыжкового механизма проводимости. 4.10. Исследован наблюдавшийся переход частотной зависимости проводимости от сублинейного к слабо суперлинейному поведению с ростом частоты. Показано, что стандартный подход к расчету суперлинейности частотной зависимости прыжковой проводимости, основанный на использовании одночастичной плотности состояний с кулоновской щелью неприменим при расчете высокочастотной проводимости. 4.11. Суперлинейность экспериментально измеренных частотных зависимостей проводимости в переходной области частот указывает на независимость оптимальной длины прыжка от частоты и на определяющую роль резонансного механизма проводимости. Физика неупорядоченных и неоднородных полупроводников. 4.12. Из первых принципов методом функционала плотности рассчитаны фононные спектры кубических ниобата и танталата рубидия со структурой перовскита. На основе анализа неустойчивых мод в фононных спектрах определена симметрия возможных искаженных фаз, рассчитана их энергия и показано, что основным состоянием в RbNbO3 является структура R3m. В RbTaO3 сегнетоэлектрическая неустойчивость подавляется нулевыми колебаниями решетки. 4.13. Исследована локальная структура BaZrO3 методом EXAFS-спектроскопии при 300 K на LIII-крае поглощения Ba. Аномально высокие значения фактора Дебая-Уоллера для пар атомов Ba-O (σ21~0.015 Å2) объяснены проявлением обсуждаемой структурной неустойчивости. Предположена возможность образования состояния структурного стекла в BaZrO3 при понижении температуры. 4.14. Исследованы спектры и кинетика кросс-люминесценции (КЛ) в SrF2:Ba(1%) и CaF2:Ba(1%). Показано, что время затухания КЛ в SrF2:Ba и CaF2:Ba заметно больше, чем в BaF2. Это объяснено влиянием миграции дырок с их последующей безызлучательной рекомбинацией в BaF2 и уменьшением вероятности оптических переходов между состояниями Ва(5р) и валентной зоной в SrF2:Ba и CaF2:Ba, на которые указывают расчеты из первых принципов. 4.15. Изучена особенность СВЧ фотопроводимости базовой области кремниевых солнечных элементов, связанная с локальностью их освещения лазером. Показано, что шунтирование освещённой части солнечного элемента его неосвещённой частью приводит к существенному снижению времени релаксации СВЧ фотопроводимости по сравнению с временем жизни неравновесных носителей заряда. Физика аморфных и микрокристаллических полупроводников 4.16. Показано, что увеличение проводимости модифицированных в результате их облучения фемтосекундным лазерным излучением пленок a-Si:H, легированных бором, происходит не только за счет изменения их структуры, но и вследствие большей эффективности легирования бором нанокристаллической фазы, сформированной в результате облучения, по сравнению с эффективностью легирования бором исходной пленки a-Si:H. 4.17. Методом постоянного фототока в области края поглощения были исследованы спектральные зависимости коэффициента поглощения смесей органических полупроводников, формирующих объемные гетеропереходы (P3HT+PCBM, PTB7+PCBM, PCDTBT+PCBM). Сопоставление их с зависимостями, полученными при компьютерном моделировании позволили определить величины оптических зон для органических полупроводников, использованных для формирования объемных гетеропереходов. 4.18 Исследовано влияние предварительной слабой подсветки различной интенсивности на кинетику термической релаксации фотоиндуцированной метастабильной темновой проводимости ( ) нелегированных пленок a-Si:H c высокой фоточувствительностью. Исследования проводились при температуре выше 400К, когда светоиндуцированные структурные изменения аморфной сетки a-Si:H становятся существенными. 4.19. Обнаружено, что время релаксации уменьшается после предварительной подсветки. Установлено, что в обоих случаях кинетика релаксации описывается растянутыми экспонентами с различными параметрами. Показано, что уменьшение времени термической релаксации обусловлено увеличением ее скорости после предварительной подсветки, которая определяется уменьшением временного параметра, меняеющегося в результате структурной перестройки аморфной сетки и водородных связей во время предварительной релаксации при подсветке пленки. Люминесценция полупроводников 4.20 Проведен анализ и обобщение результатов исследований гетероструктур с квантовыми ямами на основе нитрида галлия, основанных на них светодиодов синего и белого свечения. 4.21. Опубликована статья о применении светодиодов в освещении в массовом научно- популярном журнале «Наука и Жизнь». 4.22. Сделан доклад на Ломоносовских чтениях и опубликованы 3 статьи о проблемах исследований и разработках светодиодов на основе нитрида галлия в журналах факультета. Даны сведения о создании и развитии светодиодной светотехнической промышленности в мире и в России. 4.23. Опубликованы обзоры и сделан доклад о светодиодах на основе нитрида галлия и их применении в освещении. В обзорах рассмотрены основные характеристики светодиодов и достижения, за которые была присуждена Нобелевская премия японским ученым. Рассмотрены области применения светодиодов для освещения. 4.24. Сделан доклад о включении разделов о светодиодах в учебные программы на Конференции «Использование последних достижений науки в образовательном процессе». 4.25. Показано, что в высокосовершенных пленках CdSe, выращенных на подложках слюды (мусковит), внутренний квантовый выход катодолюминесценции (КЛ) при 78К может быть достигнут 80%. Это показывает возможность создания высокоэффективных источников света на пленках CdSe при электронном возбуждении. 4.26. Показано, что высокосовершенные пленки CdSe, выращенные на слюде (мусковит), могут быть использованы для создания четырехконтактных пространственно чувствительных детекторов света. Взаимодействие плазмы с полупроводниками 4.27. Оборудована новая научная лаборатория. Создана экспериментальная установка для проведения исследований в области плазменных нанотехнологий и медицины. Разработан и реализован защищенный патентами компактный плазматрон для использования в биомедицине и ряде технологий (НИИ Прикладной механики и электродинамики МАИ). Полученный образец плазматрона обладает аномально высоким ресурсом, исключительно высокой чистотой плазменной струи. Проведены пробные запуски плазматрона с различными режимами его работы. 4.28. Начат цикл экспериментальных исследований воздействия плазмы на полупроводниковые материалы, в частности, с использованием магнетронного разряда. Проведены исследования закономерностей формирования наночастиц Ge в процессе искровой абляции, вызываемой генератором Тесла. Экспериментально исследована частотная зависимость нагрева водяных суспензий наночастиц для целей биомедицины. 4.29. Подготовлен новый курс лекций: В.П.Савинов «Физико-химические основы взаимодействия плазмы с полупроводниками». 5. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Наноэлектроника, полупроводниковые квантовые точки и провода, нелинейная оптика, полупроводники, люминесценция, квантово-размерные эффекты, квантовые ямы, гетероструктуры, светодиоды, соединения типа АIIIBV, АIIBV, нитриды III группы, экранирование, сегнетоэлектрики, фазовый переход, катодолюминесценция, аморфный гидрированный кремний, нанокристаллический кремний, метастабильные фотоиндуцированные дефекты, поглощение, фотопроводимость. Подпись руководителя работы ________________
18 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа:
19 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа:
20 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа:
21 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа:
22 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа:
23 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Электронные процессы в полупроводниковых структурах и материалах для электроники и оптоэлектроники
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".