Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и диагностика конденсированных сред с наноразмерными
областями методами спектроскопии адмиттанса

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0213
Организация
CПбГЭТУ "ЛЭТИ"
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
8,8 млн
Внебюджетные средства
1,8 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Зубков Василий Иванович

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 15.12.2009
На первом этапе НИР обоснован выбор, спланирован и отработан алгоритм комплексных измерений адмиттанса наногетероструктур, наиболее эффективно использующий возможности измерительного и криогенного оборудования. С этой целью проведен обзор существующих приборов. На выбранном оборудовании адмиттансные измерения реализованы в режиме ступенчатого изменения температуры в диапазоне 6…325 К. Проработаны алгоритм, методы и соответствующее программное обеспечение для полной автоматизации эксперимента средствами среды программирования LabVIEW.
Проведены предварительные исследования и анализ вольт-фарадных характеристик (ВФХ), спектров проводимости гетероструктур с КЯ InGaAs/GaAs, КТ InAs/GaAs, промышленных образцов синих и сине-зеленых светодиодов на основе гетероструктур с МКЯ InGaN/GaN с целью определения положения, количества и размеров КЯ и слоев точек в структуре, уровня легирования и концентрационного профиля основных носителей заряда. Сделано заключение о качестве исследуемых структур. Для обработки, анализа и интерпретации экспериментальных данных разработано прикладное программное обеспечение в среде LabVIEW, что позволило гармонично встроить его в единый автоматизированный аппаратно-программный комплекс спектроскопии адмиттанса.
В рамках работ внебюджетного финансирования создана установка в технологии виртуальных приборов на базе измерителя иммитанса Е7-20 и гелиевого криостата замкнутого цикла для низкотемпературных исследований вольт-амперных характеристик и ВФХ полупроводниковых гетероструктур с целью диагностики их параметров.
Выполненные в рамках НИР работы по развитию теории и практики адмиттансной спектроскопии обеспечивают достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, способствуют формированию в вузе эффективного и жизнеспособного научного коллектива, а также способствуют обучению студентов на передовых направлениях науки. Степень внедрения результатов НИР, полученных на первом (предварительном) этапе — публикации в рецензируемых журналах и выступления с докладами на научных конференциях. Часть результатов будет использоваться в учебном процессе.
Исследования, проведенные в рамках настоящего этапа проекта, до настоящего времени никем не проводились. Все полученные результаты являются новыми и определяют мировой уровень достижений в своей области. Результаты работы будут иметь высокую эффективность при их использовании в учебном процессе, а также при внедрении на научно-исследовательских и промышленных предприятиях России.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
Объектом исследования в настоящей работе являются гетероструктуры с квантово-размерными слоями: одиночные квантовые ямы (КЯ) InxGa1-xAs/GaAs на основе твердых растворов различного состава.
Цель работы: развитие методов спектроскопии адмиттанса для исследования, моделирования и анализа квантоворазмерных наноструктур, а также исследование этими методами актуальных гетероструктур наноэлектроники.
В основе подхода к решению поставленных в НИР задач лежат: разработка теоретических основ адмиттанса полупроводниковых гетероструктур, содержащих квантовые ямы, развитие на этой основе эффективной методики определения разрыва энергетических зон на гетерогранице, базирующейся на численном моделировании вольт-фарадных характеристик (ВФХ) и подгонке к экспериментальным зависимостям.
Основными результатами работы по этапу являются: разработка модели и создание программного обеспечения, позволяющего проводить расчет вольт-фарадных характеристик полупроводниковых гетероструктур, содержащих одиночные квантовые ямы на основе самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона; отработка теоретического и практического аспектов создания омических и выпрямляющих контактов к современным структурам микро- и наноэлектроники на основе полупроводниковых материалов с InGaAs/GaAs-квантовыми ямами, всесторонний контроль качества подготовленного для НИР набора образцов различными методами, создание стационарного и портативного образца автоматизированного измерителя вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых структур.
Проведены исследования характеристик гетероструктур на основе широкозонных материалов InGaN/GaN, излучающих в синей и сине-зеленой областях спектра, электронно-зондовыми методами и низкотемпературной фотолюминесценцией. Отрабатывалась технология нанесения металлических контактов на эпитаксиальные слои GaN; полученные контакты характеризовались с точки зрения совершенства методами ВАХ и ВФХ (в рамках договора софинансирования).
В приложении приведена информация о созданных в процессе выполнения двух этапов НИР объектах интеллектуальной собственности: заявка на изобретение и заявка на регистрацию программы для ЭВМ.
Развитие теории и практики адмиттансной спектроскопии квантово-размерных гетероструктур в рамках НИР позволяет обеспечить достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, способствует формированию в вузе эффективного и жизнеспособного научного коллектива, а также предоставляет возможность обучать студентов на передовых направлениях науки. Высокая степень внедрения результатов НИР, полученных на втором этапе, определяется публикациями в рецензируемых журналах и тезисах научных конференций. Часть результатов будет использоваться в учебном процессе. а также внедрена на научно-исследовательских и промышленных предприятиях России.
Исследования, проведенные в рамках настоящего этапа проекта, до настоящего времени никем не проводились. Полученные результаты являются новыми и определяют мировой уровень достижений в своей области.
Развернуть
3
01.07.2010 - 15.12.2010
Разработано программное обеспечение в графической среде LabVIEW для моделирования вольт-фарадных (C-V) характеристик гетероструктур с (МКЯ) на основе самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона. ПО позволяет проводить расчет C-V характеристик полупроводниковых гетероструктур с учетом встроенных электрических полей в квантовомеханическом и квазиклассическом приближениях.
Проанализировано влияние основных параметров системы МКЯ (ширина барьеров и квантовых ям, концентрация примеси в барьерах) на вид концентрационного профиля и степень заполнения ям носителями заряда. С помощью разработанного ПО проведена тестовая подгонка моделируемых профилей носителей заряда в гетероструктурах с МКЯ InGaN/GaN к экспериментально измеренным.
Получены данные о величине разрыва энергетических зон в гетероструктурах на основе системы материалов InGaAs/GaAs в широком интервале температур. Результаты демонстрируют отличное совпадение эксперимента и результатов моделирования и имеют точность выше опубликованных в литературе.
Развернуть
4
01.01.2011 - 30.06.2011
Измерения и анализ температурных спектров проводимости самоорганизующихся квантовых точек InAs/GaAs. Измерения спектров проводимости и анализ смачивающих слоев квантовых точек и субмонослоев InAs/GaAs комплексом адмиттансных методов. Разработка метода узельного представления уравнения Шредингера для огибающей волновой функции для расчета электронных состояний в тонких квантовых ямах. Создание методики и определение плотности энергетических состояний массива самоорганизующихся квантовых точек. Трехмерное численное моделирование параметров электронного спектра квантовых точек в Фурье-представлении. Исследование наноразмерных 2D- и ЗD-структур на основе широкозонных полупроводников
Развернуть
5
01.07.2011 - 05.09.2011
На основе анализа полученных на предыдущих этапах результатов работ разработана теория спектроскопии адмиттанса полупроводинковых наногетероструктур, содержащих квантово-размерные объекты (одиночные и множественные квантовые ямы, квантовые точки).
Создана автоматизированная система сбора полной доступной информации от измеряемой структуры при каждой температуре с записью соответствующей базы данных, обработка которой позволяет получать и анализировать вольт-фарадные характеристики, температурные и частотные спектры ем-кости и проводимости, диаграммы Коула-Коула.
Проведенный патентный поиск показал патентоспособность результатов исследований. Подана заявка изобретение (способ измерений), получено положительное решение о присвоении патента. Зарегистрированы две программы для ЭВМ.
Разработан план внедрения врезультатов НИР в образовательный процесс (программы подготовки бакалавров и магистров).
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
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ИСАН
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2011, 24 мес.
Бюджетные средства
10,5 млн
Организация
ИСАН
профинансировано
Развитие нанотехнологий и разработка современных методик комплексной диагностики нанокомпозитов и наноструктур: 1. Анализ дельта-легированных слоев методами спектроскопии адмиттанса. 2. Исследования эффектов неоднородного уширения энергетических спектров квантоворазмерных наноструктур. 3. Диагностика полупроводниковых гетероструктур с одиночными квантовыми ямами InGaAs/GaAs, выращенных методами газо-фазной эпитаксии из металлорганических соединений. 4. Исследование энергетических характеристик гетерополитипных переходов в карбиде кремния 5. Получение и свойства полуизолирующего карбида кремния легированного ванадием 6. Создание и исследование электрически управляемых конденсаторов на основе наноструктурированной плёнки титаната бария-стронция для СВЧ применений 7. Исследование явлений медленной релаксации ёмкости конденсаторов на основе плёнки титаната бария-стронция при воздействии управляющих импульсов напряжения с целью увеличения быстродействия их перестройки 8. Исследование удельной поверхности и характеристик пористости нанокомпозитных керамических материалов и пористых слоев на основе оксидов олова и кремния, полученных методом золь-гель технологии 9. Разработка и оптимизация методов формирования каталитических слоев водород-воздушных топливных элементов 10. Разработка методик и анализ структур с иерархией пор методами атомно-силовой микроскопии 11. Золь-гель технология металлооксидных нанокомпозитов
Продолжительность работ
2010, 2 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Организация
CПбГЭТУ "ЛЭТИ"
профинансировано
Тема
Спектроскопия атомов, молекул и конденсированных сред.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Исследование квантовых газов и квантовых конденсированных сред в мезо- и наноразмерных системах при сверхнизких температурах.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка экспериментальных методов высокоразрешающей ближнепольной сканирующей микроскопии и резонансной спектроскопии передачи энергии для многопараметрического анализа наноразмерных структур.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 11 мес.
Бюджетные средства
13,3 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук по следующим областям: - физика конденсированных сред; физическое материаловедение; - оптика; лазерная физика и лазерные технологии
Продолжительность работ
2010 - 2012, 27 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
88
Тема
Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук по следующим областям: - физика конденсированных сред; физическое материаловедение; - оптика; лазерная физика и лазерные технологии
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
68