Регистрация / Вход
Прислать материал

«Формирование, структура и свойства
упорядоченных наноструктур адсорбатов на поверхности полупроводников»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0111
Организация
ДВФУ
Продолжительность работ
2009 - 2011, 27 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ИАПУ ДВО РАН

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 30.11.2009
Формирование, структура и свойства упорядоченных наноструктур адсорбатов на поверхности полупроводников.
Процессы формирования структур и изучение их свойств проводились в контролируемых условиях сверхвысокого вакуума, при этом давление остаточной атмосферы в вакуумной камере составляло не более 2×10-9 Тор. Для приготовления исследуемых наноструктур использовались химически-чистые вещества высокой степени очистки (не менее 99,9%). Для создания структур использовались специфические особенности поверхностных процессов, таких как адсорбция, поверхностные химические реакции, локальная десорбция, осаждение металлов и полупроводников, включая явление самоорганизации, а также процессы в зоне воздействия локальными зондами. Разработанные методы обеспечили повторяемое получение наноструктур со следующей номенклатурой параметров:
- плотность атомных дефектов не более одного на 1000 нм2 для монослоев адсорбата различной плотности на поверхности металлов и полупроводников;
- дисперсия размеров атомных кластеров в упорядоченных массивах не более 20 % от среднего размера кластера;
- длина одномерных атомных цепочек на поверхности металлов и полупроводников не менее 100 нм.
Методы исследования поверхности и формирующихся наноструктур включают в себя сканирующую туннельную микроскопию (СТМ), предназначенную для анализа морфологии, структурного устройства полупроводниковых поверхностей; дифракцию медленных электронов (ДМЭ) для исследования кристаллических структур и их эволюции в процессе формирования наноструктур на поверхности; четырехзондовый метод измерения проводимости, предназначенный для изучения электрических свойств полученных наноструктур и другие.
В результате выполнения проекта в рамках НИР были проведены следующие исследования низкоразмерных наноструктур на поверхности полупроводников:
1. Проведен анализ научно-технической литературы, относящейся к разрабатываемой теме. Сформулированы возможные направления решения задач, поставленных в техническом задании к НИР, и дана их сравнительная оценка. Проведены выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач. Разработана общая методика проведения исследований.
2. Определены основные закономерности пространственного распределения магических кластеров 4x3-In на поверхности Si(100)2x1 при малых покрытиях In. Установлено, что сформировавшийся кластер возмущает вокруг себя в пределах ограниченной области потенциальный рельеф таким образом, что зарождение нового кластера в одних местах сильно стимулируется, тогда как в других местах сильно подавляется.
3. Исследованы процессы роста и формирования наногетероструктур на основе кремния и силицидов железа со встроенными слоями нанокристаллов дисилицида железа, изучены их структура, оптические и электрические свойства. Определена энергия активации и коэффициент термоэдс, который в 10-20 раз превосходит коэффициент термоэдс монокристаллического кремния.
4. Изучены процессы перемагничивания массива наноточек Fe, вытравленных сфокусированным пучком ионов Ga+ из сплошной пленки железа. Установлено, что процессы перемагничивания существенно зависят от периода наноточек ансамблей, то есть от величины диполь-дипольного взаимодействия между частицами..
5. Исследованы закономерности динамического поведения адсорбированных атомов Ge на несоразмерной реконструированной поверхности Si(111)'5x5'-Cu. Установлены механизмы образования атомных кластеров, на поверхности формируется массив атомных кластеров, включая димеры, тримеры, тетрамеры и пентамеры.
6. Установлено влияние атомной структуры поверхности на самоорганизацию органических молекул.
7. Проведены экспериментальные исследования процессов адсорбции Au на поверхность Si(111), модифицированной реконструкцией Si(111)5,55×5,55-Cu. Было показано, что модификация поверхности Si(111) путем создания на ней поверхностной реконструкции Si(111)5,55×5,55-Cu изменяет режим роста пленки Au. В отличие от адсорбции Au на чистую поверхность Si(111), для которой характерно образование силицидного слоя, в системе Au/5,55×5,55-Cu наблюдается рост сплошной эпитаксиальной пленки Au с гладкой поверхностью.
8. Приведены сведения о результатах реализации в 2009 г. индикаторов федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».
9. Подготовлены научно-методические материалы для учебно-методических пособий в области физики поверхности и нанотехнологий.
10. Проведены патентные исследования по теме «Формирование наноструктур на модифицированных полупроводниковых поверхностях» Показана актуальность выбранного направления исследований.
11. Изготовлены лабораторные образцы наноструктур.
Разработанные в результате проведения НИР методы приготовления исходной поверхности с требуемой морфологией и реконструкцией, а также управления её химической активностью и электронными свойствами путём контролируемого формирования низкоразмерных систем заданного состава и атомной структуры будут иметь важное практическое значение. Результаты работы можно считать научно-техническим заделом по технологии формирования структур атомного масштаба с использованием самоорганизации атомов адсорбатов на поверхности полупроводниковых кристаллов в условиях сверхвысокого вакуума. Такие системы могут быть использованы как элементы памяти, активные элементы интегральных схем и межсоединений для твердотельной наноэлектроники.
Научные результаты, экспериментальные методы, методики исследований могут найти применение при разработке учебных пособий, методических материалов, которые могут быть использованы в учебном процессе в рамках направления подготовки бакалавров 210600 «Нанотехнологии». В 2009 году осуществлен первый набор (21 человек) в ДВГУ на физико-технический факультет по направлению подготовки бакалавров «Нанотехнологии». В настоящее время в рамках проекта началась подготовка учебно-методических комплексов по ряду общеобразовательных дисциплин, а на втором этапе будут разрабатываться учебно-методические комплексы по специальным дисциплинам. На первом этапе проекта разработано пять учебно-методических комплексов по направлению подготовки бакалавров «Нанотехнологии» по таким дисциплинам как: Физика полупроводников, Физика конденсированного состояния, Физические основы наноэлектроники, Оптические свойства твердых тел, Основы технологии материалов. В рамках проекта на первом этапе также велась разработка программ дополнительного образования (повышение квалификации), которые рассчитаны на специалистов и преподавателей высших профессиональных учебных заведений и сотрудников научно-исследовательских институтов: «Физика низкоразмерных систем, методы их формирования, моделирования и исследования свойств» (180 аудиторных часов) и «Методы исследования поверхности твердых тел» (160 аудиторных часов).
Проведение научно-исследовательской работы по теме «Формирование, структура и свойства упорядоченных наноструктур адсорбатов на поверхности полупроводников» можно считать успешной. Результаты, полученные в ходе выполнения НИР, являются актуальными и соответствуют мировому уровню.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
В результате выполнения проекта в рамках НИР на 2 этапе были проведены следующие исследования низкоразмерных наноструктур на поверхности полупроводников:
1. Предложен ряд структурных моделей реконструкции Ag/Si(100)-c(6×2) схожих по строению с реконструкцией Si(100), включающих ряды Si димеров, разделенных желобами. Проверка стабильности около двадцати систем с покрытием Ag лежащим в интервале от 1/6 до 1 МС позволила сократить число вероятных моделей до 4. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными СТМ изображениями показало, что реконструкция подложки Si(100) стабильна, а подсистема серебра эластична благодаря присутствию слабосвязанных мобильных атомов Ag.
2. Проведены экспериментальные исследования адсорбции Co на на поверхности Si(111) и Si(100), модифицированных реконструкциями Si(111)5,55×5,55-Cu и Si(100)-c(4×12)-Al, соответственно. Показано, что внедрение поверхностной реконструкции Si(100)-c(4×12)-Al в границу раздела Co/Si(100) изменяет режим роста Co с 2D на 3D по сравнению с адсорбцией на атомно-чистую поверхность кремния. Установлено, что островки не образуют упорядоченных массивов, но ориентированны вдоль основных кристаллографических направлений поверхности Si(100). Показано, что при адсорбции Co на реконструкцию Si(111)5,55×5,55-Cu при комнатной температуре формируется слабоупорядоченный слой металлического Co с сохранившейся реконструкцией в границе раздела Co/Si.
3. Установлено, что поверхностная фаза Si(100)-c(4x12)-Al сформированная на подложке Si(100) р-типа является диффузионным барьером, который блокирует перемешивание атомов железа с подложкой.
При покрытиях железа менее 2 нм проводимость образца существенно меньше, чем проводимость чистой подложки Si(100). Пленка железа, выращенная на Si(100)-c(4x12)-Al становится сплошной при покрытии железа приблизительно вдвое меньшей, чем при ее осаждении на поверхность Si(100)2x1.
4. Впервые исследовано влияние импульсного ионного отжига на морфологию, структуру и фазовый состав поверхности образцов монокристаллического Si(111), которые были имплантированы ионами хрома (Cr+) с дозами от 6x10E15 до 6x10E16 см-2, и на последующий рост кремния. Показано, что ИИО приводит к перераспределению атомов хрома в приповерхностной области кремния и к синтезу поликристаллических преципитатов дисилицида хрома (CrSi2).
5. Были изучены основные закономерности самоупорядочения массивов магических кластеров Al на поверхности кремния Si(100).
6. Приведены сведения о результатах реализации индикаторов федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».
7. Подготовлены научно-методические материалы для учебно-методических пособий в области физики поверхности и нанотехнологий.
8. Изготовлены лабораторные образцы наноструктур.
Разработанные в результате проведения НИР методы приготовления исходной поверхности с требуемой морфологией и реконструкцией, а также управления её химической активностью и электронными свойствами путём контролируемого формирования низкоразмерных систем заданного состава и атомной структуры будут иметь важное практическое значение. Результаты работы можно считать научно-техническим заделом по технологии формирования структур атомного масштаба с использованием самоорганизации атомов адсорбатов на поверхности полупроводниковых кристаллов в условиях сверхвысокого вакуума. Такие системы могут быть использованы как элементы памяти, активные элементы интегральных схем и межсоединений для твердотельной наноэлектроники.
Научные результаты, экспериментальные методы, методики исследований могут найти применение при разработке учебных пособий, методических материалов, которые могут быть использованы в учебном процессе в рамках направления подготовки бакалавров 210600 «Нанотехнологии». В 2009/2010 учебном году в Институте физики и информационных технологий Дальневосточного государственного университета (ДВГУ) начато обучение первого набора (21 человек) в ДВГУ на физико-технический факультет по направлению подготовки бакалавров 210600 «Нанотехнологии» и специалитету 210602 «Наноматериалы». В настоящее время в рамках проекта продолжается подготовка учебно-методических комплексов по ряду общеобразовательных и специальных дисциплин. На данном этапе ведется работа над 4-мя учебными и 2-мя учебно-методическими пособиями по специальным дисциплинам и дисциплинам специализации, которые планируется издать в сентябре и октябре месяце этого года. На втором этапе проекта разработано пять учебно-методических комплексов по направлению подготовки бакалавров 210600 «Нанотехнологии» и специалистов 210602 «Наноматериалы» по следующим специальным дисциплинам и дисциплинам специализации: Процессы на поверхности раздела фаз, Методы и приборы для изучения, анализа и диагностики наночастиц и наноматериалов, Физико-химия наноструктурированных материалов, Основы технологии нанолитографии, Физика и технология сверхбыстродействующих приборов.
Проведение научно-исследовательской работы по теме «Формирование, структура и свойства упорядоченных наноструктур адсорбатов на поверхности полупроводников» можно считать успешной. Результаты, полученные в ходе выполнения НИР, являются актуальными и соответствуют мировому уровню.
Развернуть
3
01.08.2010 - 30.11.2010
В результате выполнения проекта в рамках НИР на 3 этапе исследований были проведены следующие исследования низкоразмерных наноструктур на поверхности полупроводников:
1. Изучена зависимость поверхностной проводимости слоистой структуры Au/Si(111)5,55x5,55-Cu от толщины пленки Au и величины экспозиции в кислороде. Установлено, что после экспозиции в атмосфере кислорода, проводимость образцов с покрытием Au более 3 монослоев остается стабильной.
2. Исследованы морфология, оптические и термоэлектрические свойства гетероструктур Si-p/Mg2Si/Si(111)-p. Определены условия роста кремния на низкоразмерном полупроводниковом силициде магния Mg2Si.
3. Установлено влияние атомной структуры поверхности на самоорганизацию органических молекул. Исследована адсорбция органического вещества триптантрина (C15H8N2O2) на поверхность Si(111) c реконструкцией 4×1-In и реконструкцией Si(111)√3×√3-Ag.
4. Приведены сведения о результатах реализации индикаторов федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».
5. Разработаны научно-методические материалы для новых курсов, учебных и учебно-методических пособий в области физики поверхности и нанотехнологий.
На третьем этапе выполнения проекта подготовлено к печати учебное пособие «Методы расчета атомной и электронной структуры твердых тел».
6. Изготовлены лабораторные образцы наноструктур.
Развернуть
4
01.01.2011 - 05.09.2011
1. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
2. Изготовление образцов наноструктур.
3. Определение оптимальных условий формирования широкого класса упорядоченных наноструктур, включая нанопленки, массивы нанокластеров и нанопроволок и их комбинации.
4. Изучение критических параметров роста, определяющих структуру и свойства наноструктур, и разработка методов управления ими.
5. Разработка методов управления процессами роста наноструктур.
6. Технико-экономическая оценка полученных результатов.
7. Разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2010 - 2012, 25 мес.
Бюджетные средства
1,99 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ИАПУ ДВО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 5 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ИАПУ ДВО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ИАПУ ДВО РАН
профинансировано
Тема
Исследование условий формирования и свойств низкоразмерных наноструктур на поверхности полупроводников.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
3
Тема
Изучение влияния физико-химических свойств гидрофильно-гидрофобных наноструктур поверхности материалов медицинского назначения на биосовместимость медицинских изделий
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
2
Тема
Полупроводниковые и металлические магнитные наноструктуры для спинтроники
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
6
Тема
Исследование и разработка методов получения упорядоченных наноструктурированных пленок, основанных на процессах самосборки ансамблей коллоидных наночастиц и наноструктур
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
40 млн
Количество заявок
5
Тема
Магнитные композиционные наноматериалы на основе пространственно упорядоченных массивов анизотропных наноструктур для информационных технологий
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
35,4 млн
Количество заявок
7