• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Версия для слабовидящихЛичный кабинет сотрудника ВШЭПоиск

Теоретическое и экспериментальное исследование влияния концентрированных потоков энергии и температуры на электрофизические свойства функциональных материалов

Приоритетные направления развития: инженерные науки
2015
Подразделение: Лаборатория "Радиационная физика твердого тела"

Цель работы: получение новых знаний о физических процессах взаимодействия концентрированных потоков энергии с различными функциональными материалами, установление механизмов наблюдаемых явлений.

Используемые методы: облучение протонами и электронами на ускорителях, рентгеновская дифрактометрия, электронная микроскопия, метод сильнополевой туннельной инжекции, метод аналитических диаграммных разложений и сложные компьютерные расчёты контурных интегралов для решения интегрального уравнения Бете-Салпетера в куперовском канале и уравнения Горькова для сверхпроводящей щели в гексагональной решётке с использованием кристаллической группы симметрий.

Эмпирическая база исследования: разработанная в ходе выполнения проекта оригинальная методика ионного облучения материалов при повышенных температурах, отличающаяся одновременным облучением кристалла интенсивным пучком фотонов для его нагрева и пучком протонов, создающих радиационные дефекты; разработанный в рамках данногопроекта комплекс рентгеновских методик для исследования поверхностных слоев, подвергнутых воздействию концентрированных потоков энергии; разработанный метод расчета сложных интегралов с неразложенным электронным спектром и с учётом наличия интегрируемых особенностей по некруговым контурам для эффективного взаимодействия при актуальных электронных концентрациях в интервале между Дираковской точкой и двумя точками Ван Хова; экспериментальные данные о синергетическом действии протонного облучения и температуры на электрофизические свойства и структуру монокристаллов кремния, а также влиянии сильнополевого воздействия, легирования, электронного облучения и пострадиационного отжига на кинетику накопления отрицательного заряда в объеме диэлектрика, его зарядовое состояние и величину пробивного напряжения;

Результаты работы:

  • разработана методика облучения кристаллов кремния протонами при повышенных температурах, заключающаяся в одновременном облучении образца интенсивным пучком фотонов для его нагрева и пучком протонов;
  • разработан метод совместного использования рентгеновской дифрактометрии и рефлектометрии, позволяющий анализировать различные области дифракционного пространства для исследования латерально ограниченных поверхностных слоев, подвергнутых воздействию концентрированных потоков энергии;
  • на основе экспериментальных данных, полученных высокоразрешающими рентгеновскими методами, рассчитаны интегральные характеристики дефектных слоев, сформированных при различных температурах;
  • установлено, что в отличие от обычного постимплантационного отжига при одновременном облучении протонами и нагреве кристаллов кремния до температур 440 и 730 К возникает синергетический эффект, проявляющийся в формировании междоузельных дефектов различных типов;
  • в рамках модели Шубина–Вонсовского в борновском приближении слабой связи при учете внутриатомного, межатомного, а также межслойного кулоновских взаимодействий электронов построены физическая модель и фазовая диаграмма сверхпроводящего состояния в слоистом полуметалле, определяющая границы реализации областей сверхпроводимости с различными типами симметрии параметра порядка;
  • показано, что поляризационные вклады Кона-Латтинжера до второго порядка теории возмущений включительно по кулоновскому взаимодействию и учет дальних внутриплоскостных кулоновских взаимодействий существенно влияют на конкуренцию между сверхпроводящими фазами сf−,p+ip− иd+id−симметриями параметра порядка. Продемонстрировано, что учет межслойного кулоновского взаимодействия приводит к реализации повышения критической температуры перехода в сверхпроводящую фазу в бислое графена;
  • разработаны модели, описывающие изменение зарядового состояния МДП-структур как в режиме заряда емкости, так и в режиме инжекции носителей заряда. Использование этих моделей позволяет выбрать оптимальный алгоритм токового воздействия и повысить точность измерений;
  • установлено, что отрицательный заряд, накапливающийся в ультратонкой плёнке фосфорно-силикатного стекла (ФСС) в легированных фосфором структурах с двухслойным подзатворным диэлектриком SiO2-ФСС, как в процессе сильнополевой туннельной инжекции электронов, так и при электронном облучении может использоваться для модификации МДП-приборов. Показано, что применение сильнополевой инжекции электронов для модификации зарядового состояния МДП-структур предпочтительнее использования электронного облучения, поскольку появляется возможность индивидуальной коррекции характеристик каждого прибора, и при определенных режимах сильнополевой инжекции можно значительно снизить сопутствующие деградационные процессы;
  • установлено, что как плотность накапливаемого отрицательного заряда, так и плотность его термостабильной компоненты возрастают с увеличением степени легирования диоксида кремния фосфором, приводящей к увеличению толщины пленки ФСС. Поскольку увеличение толщины пленки ФСС неприемлемо для тонких подзатворных диэлектриков, то сделано заключение, что расширения диапазона коррекции электрофизических параметров МДП-приборов эффективнее достичь, меняя соотношение между толщиной диоксида кремния и ФСС и смещая центроид отрицательного заряда к границе раздела Si-SiO2;
  • показано, что для получения приборов с высокой термополевой стабильностью на основе МДП-структур, модифицированных путем сильнополевой инжекцией электронов или электронным облучением, необходимо проведение их пострадиационного отжига при температурах около 200°С.

Рекомендации по использованию результатов НИР включают в себя: условия повышения критических температур сверхпроводящего перехода бислойного графена, по сравнению с монослойным графеном, повышение диапазона коррекции электрофизических параметров МДП-приборов при использовании предложенного в работе их радиационного модифицирования, проведение пострадиационного отжига при 2000С модифицированных электронным облучением или сильнополевой инжекцией электронов МДП-структур для получения приборов на их основе с высокой термополевой стабильностью; дозовые и температурные режимы облучения кристаллов кремния протонами для создания нарушенных слоев с управляемыми параметрами.

Область применения полученных результатов: полученные результаты могут быть использованы при производстве приборов на основе МДП-структур, кремниевых приборов фотовольтаики и формировании глубоко залегающих р-n переходов силовых приборов.

Публикации по проекту:


Andreev V. V., Bondarenko G., Maslovsky V. M., Stolyarov A. A., Andreev D. V. Control current stress technique for the investigation of gate dielectrics of MIS devices // Physica status solidi C. 2015. Vol. 12. No. 3. P. 299-303. doi
Andreev V. V., Bondarenko G., Stolyarov A. A., Akhmelkin D. M. Modification of dielectric films in MIS structures using the injection-thermal treatment // Материаловедение (перевод). 2015. Vol. 6. No. 2. P. 128-132. doi
Andreev V. V., Bondarenko G., Maslovsky V. M., Stolyarov A. A. Modification of MOS Devices by High-Field Electron Injection and Arc Plasma Jet Treatment // Acta Physica Polonica A. 2015. Vol. 12. No. 5. P. 887-890. doi
Андреев В. В., Бондаренко Г. Г., Романов А. В., Лоскутов С. А. Процессы радиационной ионизации в диэлектрических пленках МДП-структур в сильных электрических полях // Перспективные материалы. 2015. № 12. C. 27-33. 
Kagan M., Mitskan V., Korovushkiin M. Anomalous superconductivity and superfluidity in repulsive fermion systems // Успехи физических наук. 2015. Vol. 58. No. 8. P. 733-761. doi
Kagan M., Mitskan V., Korovushkiin M. Phase diagram of the Kohn-Luttinger superconducting state for bilayer graphene // European Physical Journal B. 2015. Vol. 88. No. 6. P. 157-157. doi
Muslimov A. E., Бондарева Е., Butashin A. V., Mikhailov V. I., Shapiev I. M., Ismailov A. M., Novoselova E., Smirnov I. Study of the structure of crystalline tellurium on different substrates // Кристаллография. 2015. Vol. 60. No. 4. P. 616-619. doi
Андреев Д. В., Бондаренко Г. Г., Дубинина М. И., Кристя В. И., Фишер М. Р. Моделирование ионизации рабочего газа в слаботочном газовом разряде в смеси аргон-ртуть, in: Труды XXV Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 6-11 июля 2015г.). Москва : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2015. С. 60-64. 
Андреев Д. В., Бондаренко Г. Г., Столяров А. А. Модификация МДП-структур сильнополевой инжекцией электронов и электронным облучением, in: Труды XXV Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 6-11 июля 2015г.). Москва : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2015. С. 242-252. 
Бондаренко Г. Г., Кристя В. И., Савичкин Д. О. Расчет коэффициента распыления катода в слаботочном газовом разряде в смеси "аргон-ртуть", in: Труды XXV Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 6-11 июля 2015г.). Москва : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2015. С. 531-535. 
Андреев В. В., Бондаренко Г. Г., Масловский В. М., Столяров А. А., Тихонов А. Н., Ахмелкин Д. М. Сильнополевая и плазменная модификация структур метал-диэлектрик-полупроводник, in: Труды XXV Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 6-11 июля 2015г.). Москва : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2015. С. 633-642. 
Дьячкова И. Г., Новоселова Е. Г., Смирнов И. С. Влияние температуры на формирование нарушенных слоев в кремнии при протонном облучении, in: Труды XXV Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 6-11 июля 2015г.). Москва : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2015. С. 539-549. 
Andreev D. V., Bondarenko G., Stolyarov A. A. Charge characteristics of MOS structure with thermal SiO2 films doped with phosphorus under high-field electron injection // Материаловедение (перевод). 2016. Vol. 7. No. 2. P. 187-191. doi
Andreev D. V., Bondarenko G., Stolyarov A. A. Modification of MIS Structures by Electron Irradiation and High-Field Electron Injection // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. Vol. 10. No. 2. P. 450-454. doi
Андреев В. В., Бондаренко Г. Г., Тихонов А. Н., Ахмелкин Д. М., Романов А. В. Радиационная ионизация в подзатворном диэлектрике МДП-структур в сильных электрических полях, in: Труды XXVI Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 4-9 июля 2016г.). Москва : ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2016. С. 490-497.