14 июля
Университет Лобачевского
1

В ННГУ в сто раз улучшили светоизлучающие свойства кремния

4.5

Ученым ННГУ удалось повысить интенсивность светоизлучающих свойств кремния за счет оптимизации синтеза гексагональной фазы 9R-Si.

В ННГУ в сто раз улучшили светоизлучающие свойства кремния / ©Пресс-служба ННГУ

По результатам исследования опубликована статья в высокорейтинговом журнале Applied Physics Letters. Предложенный метод получения нановключений гексагонального кремния — уникальная разработка нижегородских ученых. Она базируется на применении традиционной технологии микроэлектроники – ионной имплантации, которая широко применяется в промышленности для введения примесей в полупроводники при создании диодов и транзисторов.

До настоящего времени прогресс микроэлектроники – основы современных информационных технологий – базировался на производстве кремниевых интегральных схем. Сегодня, когда технологии переходят от электронных к фотонным схемам, обострился существенный недостаток кремния – его низкие светоизлучающие свойства. Отказ от кремния как основного материала микроэлектроники только замедлит развитие технологий.

Поэтому развитие необходимых светоизлучающих свойств этого материала остается одной из важнейших задач. Ее решение позволит совершить революционный скачок в области обработки и передачи сверхбольших объемов информации. Один из путей сохранения Si как материала электроники будущего – наноструктурирование кремния, заключающееся в формировании нанокристаллов (НК) Si в широкозонных матрицах (оксидах).

Схема эксперимента по формированию нановключений фазы 9R-Si в структурах SiO2/Si / ©Пресс-служба ННГУ

Исследование ученых ННГУ позволило выявить оптимальные режимы ионнолучевого синтеза светоизлучающих нановключений фазы 9R-Si в структурах кремний-диоксид кремния (SiO2/Si). Образование таких включений при ионном облучении этих систем впервые было обнаружено в ННГУ несколько лет назад.

Кремний в гексагональной фазе – это не какой-то один материал, а некоторое «семейство» кристаллов со схожей структурой, которая отличается от традиционного кремния кубической фазы своими свойствами вдоль одного из атомных направлений. Именно за счет этого меняются как электрические, так и оптические характеристики материала. Сотрудникам Университета Лобачевского удалось разработать методику синтеза кремния со структурой 9R, когда атомы кремния расположены «девятислойниками» (с периодом в девять атомных слоев) вдоль выделенного направления.

Спектры фотолюминесценции нановключений фазы 9R-Si в структурах SiO2/Si с различными толщинами пленки SiO2 / ©Пресс-служба ННГУ

Сегодня ученые доказали, что эти включения обладают лучшими излучательными свойствами по сравнению с обычным – кубическим – кремнием. Исследователи обнаружили взаимосвязи между условиями синтеза и люминесценцией полученных наноструктур и предложили механизм образования данной фазы кремния за счет механических напряжений, возникающих в пленке SiO2 при облучении, а также напряжений, связанных с проникновением ионов и атомов отдачи из пленки в подложку. 

Как оказалось, кремний с включениями 9R фазы излучает на большей длине волны по сравнению с кубическим (кубический кремний излучает в инфракрасном диапазоне на длине волны 1130 нм, а полученный учеными ННГУ – на длине волны 1240 нм). При этом существенно возрастает интенсивность излучения. По предварительным оценкам авторов исследования она увеличивается в сто раз. Излучение остается заметным и при более высоких температурах.

Структурные преобразования кремния к гексагональному кристаллу происходят за счет воздействия ионами инертного газа. Причем воздействие происходит даже не на сам кремний, а на слой кремниевого окисла толщиной около ста нанометров поверх материала. Оказывается, именно в таком случае интенсивность излучения формирующихся включений гексагонального кремния оказывается наибольшей.

Коллектив, работавший над разработкой / ©Пресс-служба ННГУ

Ученые объясняют этот эффект двумя факторами: размером формирующихся включений и количеством радиационных дефектов в них. После всех процедур слой окисла можно аккуратно удалить, как говорят технологи, стравить. В результате получается кремний с гексагональными включениями вблизи поверхности, который может быть использован для создания схем передачи данных с использованием света.

Метод ионной имплантации — один из базовых технологических подходов в микроэлектронике. Он легко масштабируется в промышленном варианте. Ученые планируют внедрение предложенного метода в технологии кремниевой фотоники. Ближайшая задача – научиться получать однородные слои и контролировать их толщину.

Работа была выполнена научно-исследовательской группой  лаборатории физики и технологии тонких пленок НИФТИ ННГУ. Коллектив авторов представляет известную в России и мире школу ионной имплантации, становление которой в Университете Лобачевского началось более 60 лет назад при участии одного из родоначальников этого метода в нашей стране – профессора Д. И. Тетельбаума. Ученый возглавляет эту школу и сейчас. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского - крупнейший вуз Нижегородской области. Основан 17 января 1916 года. За более чем столетнюю историю в Университете Лобачевского сложились крупные научно-исследовательские институты, научно-образовательное сотрудничество с Российской Академией наук. Вуз является ядром Нижегородского НОЦ "Платформа 2035". ННГУ развивает классические и инновационные научно-образовательные направления, такие как информационные технологии, биомедицина, киберпсихология и многие другие.
Позавчера, 11:34
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

Вчера, 14:21
Ольга Иванова

Исследовательская группа из Великобритании провела эксперимент и выяснила, какие факторы могут быть причиной удовольствия, получаемого от объятий.

Вчера, 12:12
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

23 ноября
Мария Азарова

Международная команда ученых на примере более чем 30 тысяч жителей Западной Европы и США оценила связь между возникновением сердечной недостаточности и приемом аспирина.

21 ноября
Александр Березин

Зачем Россия во время испытания нового оружия создала кучу обломков, угрожающих МКС? Верно ли, что подобные действия сделают ближний космос непригодным к использованию? Naked Science рассказывает, почему ответы на оба эти вопроса — совсем не такие, как кажется.

Позавчера, 11:14
Александр Березин

Группа японских исследователей выдвинула крайне интересную гипотезу: дельта-штамм в Японии был, но… «самоликвидировался» под грузом накопленных мутаций. Предположение вызывает изумление: истории неизвестны случаи самоуничтожения вирусных заболеваний, отчего же в этот раз ученые рассуждают именно так?

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

28 октября
Мария Азарова

Все образцы продукции популярных ресторанов быстрого питания, протестированные американскими учеными, содержали один или несколько видов фталатов либо других пластификаторов.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

3 недели назад
-
0
+
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: