Эксπир
Регистрация / Вход

Создание и исследование регулярных наноразмерных структур на сверхгладких поверхностях оксидных кристаллов для формирования на них полупроводниковых функциональных элементов и упорядоченных ансамблей наночастиц

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2007 - 2008, 19 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Внебюджетные средства
6 млн

Исследования основных закономерностей формирования перспективных функциональных полупроводниковых, диэлектрических, проводящих материалов и структур, установление взаимосвязи их состава, структуры и свойств. Развитие новых технологических процессов, методов и технологических приемов обработки материалов и структур для улучшения эксплуатационных характеристик и придания им новых или ранее не достижимых функциональных свойств, пригодных для создания эффективных приборов и устройств в соответствии с требованиями электроники, производства и эффективного использования энергии, связи и информационных технологий, медицины и здравоохранения

Соисполнители

Организация
МЛЦ МГУ
Организация
ООО "Галлий-Н"
Организация
ООО "ЮниСаф"
Организация
НИТУ "МИСиС", МИСиС

Этапы проекта

1
30.03.2007 - 30.06.2007
Цель работы - анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации по созданию регулярных наноразмерных структур (РНС), определению областей применения РНС в нанотехнологиях и полупроводниковой технике, а также анализу, выбору и обоснованию методов их контроля.
РНС могут быть получены путем термической обработки сапфировых пластин со сверхгладкой поверхностью и с контролируемым отклонением ориентации плоскости пластины от кристаллографических плоскостей. Разрабатывается собственная технология лабораторного получения РНС на сверхгладких поверхностях сапфировых пластин, включая технологические аспекты получения разориентрованных пластин. Разработка технологий лабораторного получения пластин из кристаллов граната и создания на них РНС имеет свой целью получение РНС с более высокой симметрией, что недостижимо с кристаллами сапфира.
Для обнаружения и измерения параметров РНС оптимальным является использование комплекса методов атомно-силовой микроскопии и рентгеновского рассеяния, что позволяет проводить как локальные измерения с участков поверхности площадью до 1 мкм2, так и интегральные – до нескольких см2.
Проведен анализ существующих способов создания тестовых образцов размеров высот в метрологии нанометрового диапазона и показана перспективность применения РНС на сапфировых пластинах для этих целей. Это обусловлено структурными особенностями кристаллов сапфира и уникальным набором его физико-химических характеристик, в первую очередь твердостью, термо- и химической стойкостью, а также технологичностью.
Части работы по получению кристаллических слоев GaN, упорядоченных ансамблей УНТ и МНП на сапфировых пластинах с РНС и их исследованию, в целом, являются самостоятельными. Тоже относится и к разработке технологий лабораторного получения разориентированных пластин из кристаллов сапфира и граната со сверхгладкой поверхностью. Поэтому они выделены в составные части НИР, технические задания на которые даны в Приложении к настоящему Научно-техническому отчету.
Результаты исследований предполагается использовать для создания функциональных элементов и устройств на их основе (сверхяркие светодиоды, высокочастотные транзисторы и т.д.); получения комбинированных подложек для ИК-техники, при разработке новых электронных устройств на основе углеродных нанотрубок и преобразователей частоты в лазерной технике.
  Разработанные методы и методики исследований предполагается использовать для контроля параметров широкого класса полупроводниковых функциональных материалов, получаемых на основе планарных эпитаксиальных технологий.
Развернуть
2
01.07.2007 - 30.09.2007
Регулярные наноразмерные структуры могут быть получены путем термической обработки сапфировых пластин со сверхгладкой поверхностью и с контролируемым отклонением ориентации плоскости пластины от кристаллографических плоскостей. Разрабатывается собственная технология лабораторного получения РНС на сверхгладких поверхностях сапфировых пластин, включая технологические аспекты получения разориентрованных пластин. Разработка технологий лабораторного получения пластин из кристаллов граната и создания на них РНС имеет свой целью получение РНС с более высокой симметрией, что недостижимо с кристаллами сапфира.
Для обнаружения и измерения параметров РНС оптимальным является использование комплекса методов атомно-силовой микроскопии и рентгеновского рассеяния, что позволяет проводить как локальные измерения с участков поверхности площадью до 1 мкм2, так и интегральные – до нескольких см2.
Проведен анализ существующих способов создания тестовых образцов размеров высот в метрологии нанометрового диапазона и показана перспективность применения РНС на сапфировых пластинах для этих целей. Это обусловлено структурными особенностями кристаллов сапфира и уникальным набором его физико-химических характеристик, в первую очередь твердостью, термо- и химической стойкостью, а также технологичностью.
Части работы по получению кристаллических слоев GaN, упорядоченных ансамблей УНТ и МНП на сапфировых пластинах с РНС и их исследованию, в целом, являются самостоятельными. Тоже относится и к разработке технологий лабораторного получения разориентированных пластин из кристаллов сапфира и граната со сверхгладкой поверхностью. Поэтому они выделены в составные части НИР, технические задания на которые даны в Приложении к настоящему Научно-техническому отчету.
Результаты исследований предполагается использовать для создания функциональных элементов и устройств на их основе (сверхяркие светодиоды, высокочастотные транзисторы и т.д.); получения комбинированных подложек для ИК-техники, при разработке новых электронных устройств на основе углеродных нанотрубок и преобразователей частоты в лазерной технике.
  Разработанные методы и методики исследований предполагается использовать для контроля параметров широкого класса полупроводниковых функциональных материалов, получаемых на основе планарных эпитаксиальных технологий.
  Полученные результаты подтверждают правильность выбора направления исследований.
Развернуть
3
01.10.2007 - 31.12.2007
Предметом исследования являются регулярные наноразмерные структуры на сверхгладких поверхностях оксидных кристаллов.
Цель работы - предварительные исследования параметров РНС на сапфировых пластинах и процессов эпитаксии и нанесения на них слоев полупроводниковых соединений и упорядоченных ансамблей наночастиц.
2. Методология проведения работы.
РНС получены путем термической обработки сапфировых пластин со сверхгладкой поверхностью и с контролируемым отклонением ориентации плоскости пластины от кристаллографических плоскостей.
Для обнаружения и измерения параметров РНС использовали методы атомно-силовой микроскопии и рентгеновского рассеяния.
3. Результаты работы.
Разработана технология лабораторного изготовления пластин из кристаллов иттрий-алюминиевого граната со сверхгладкой поверхностью, параллельных кристаллографическим плоскостям (100) и (111). Изготовлены образцы сапфировых пластин со сверхгладкой поверхностью, разориентированные относительно базисной плоскости (0001) в диапазоне углов 0,1-0,5° с отклонением в направлении грани призмы (11 0). Проведены предварительные исследования параметров РНС на сапфировых пластинах методами рентгеновской дифракции и рефлектометрии, атомно-силовой микроскопии. Проведены предварительные исследования процессов молекулярно-лучевой эпитаксии кристаллических слоев полупроводника CdTe на сапфировые подложки разных типов с использованием масс-спектрометрии молекулярных потоков in situ и электронной микроскопией высокого разрешения полученных кристаллических слоев. Проведены предварительные сравнительные исследования процессов хлорид-гидридной эпитаксии кристаллических слоев полупроводника GaN на сапфировые подложки разных типов (со стохастически распределенной шероховатостью и с РНС, с различной разоориентацией относительно плоскости (0001)) и их строения, и установлено, что РНС на поверхности подложек благоприятствует получению слоев GaN сравнительно высокой степени совершенства при различных режимах эпитаксии. Проведены предварительные исследования процессов нанесения на сапфировые пластины с РНС металлических покрытий нанометровой толщины, в том числе и катализатора роста углеродных нанотрубок, и выявлено, что наличие ступеней РНС приводит к образованию упорядоченых островков катализатора на поверхности пластины и требуемой анизотропии рельефа поверхности металлических нанопокрытий. Проведены предварительные исследования процессов нанесения упорядоченных ансамблей углеродных нанотрубок на указанные островки катализатора. Проведены патентные исследования по теме работы.
4. Область применения результатов.
Результаты исследований предполагается использовать для создания функциональных элементов и устройств на их основе (сверхяркие светодиоды, высокочастотные транзисторы и т.д.); получения комбинированных подложек для ИК-техники, при разработке новых электронных устройств на основе углеродных нанотрубок и преобразователей частоты в лазерной технике.
Развернуть
4
01.01.2008 - 31.08.2008
Доработана технология лабораторного получения РНС на сапфировых пластинах в направлениях обеспечения требуемой чистоты поверхности
  Выполнен комплекс исследований шероховатости поверхности из кристаллов сапфиров с РНС из атомно-гладких граней вплоть до величины около 1 ангстрема,
  Доработана вакуумная система, узел молекулярных источников и блок термометрии установки молекулярно-лучевой эпитаксии полупроводникового соединения CdTe
  Получены сапфировые пластины с РНС, отличающиеся высокой степенью регулярности, которые испытаны в качестве тестовых образцов размеров высот в метрологии диапазона 0.4-4 нм для калибровки атомно-силовых микроскопов.
Развернуть
5
01.09.2008 - 31.10.2008
Отработаны технологические режимы получения РНС на сверхгладких поверхно-стях кристаллов сапфира и граната путем термического и термохимического воздействия
  Для обеспечения соответствующей чистоты по-верхности кристаллов с РНС впервые применен вакуумный отжиг
  Для отжига кристал-лов на воздухе разработан специальный контейнер, защищенный Патентом РФ.
  Разрабо-тан комплекс методов контроля параметров РНС и шероховатости плоских сверхгладких поверхностей оксидных кристаллов как в микро- так и в макро- масштабе
  Разработаны процедура калибровки атомно-силовых микроскопов по высоте в суб-нанометровом диапазоне и тестовый образец высот для калибровки на осно-ве сапфировой пластины с РНС, который оформляется в виде Патента РФ (получено по-ложительное решение Роспатента).
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Тема
Разработка технологических основ получения функциональных полупроводниковых, диэлектрических и проводящих материалов для перспективных приборных разработок
Продолжительность работ
2007 - 2008, 19 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Количество заявок
43
Тема
Разработка методов получения и обработки нового класса функциональных редкометаллических материалов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
6
Тема
Нанокластерированные ферромагнитные материалы для приборов полупроводниковой спиновой наноэлектроники.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов получения ферромагнитных полупроводниковых структур для устройств электроники и информатики, работающих на новых функциональных принципах.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 20 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
4
Тема
Создание нового типа наноразмерных моноэнергетических источников электронов на основе упорядоченных углеродных наноструктур для приборов вакуумной электроники
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
3