V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics NAS of Ukraine
National Academy of Sciences of Ukraine

Search

Department of Photos and power semiconductor surface physics

litovchenko 
Head of Department,

Corresponding Member of NAS of Ukraine,

Doctor of Science (Phys.&Math), Professor

Литовченко Володимир Григорович
Phone: 525-62-90, е-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.  

 

Staff

 
Лісовський Ігор Петрович
пров.н.с., д. ф.-м. наук, професор,
керівник Групи інфрачервоної спектроскопії
тел. 525-3852, е-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
T.I.Gorbanuk
Горбанюк Тетяна Іванівна
ст.н.с., канд. ф.-м. наук
тел. 525-3852, 
е-mail This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
popov

Valentin Popov

Senior Researcher, PhD in Physics

phone: 525-5724

e-mail:  This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 A.V.Sarikov
Саріков Андрій Вікторович
ст. н. с., канд. ф.-м. наук
тел. 525-6290,
 е-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 Zlobin
 
Злобін Сергій Олександрович
н.с., канд. ф.-м. наук
тел. 525-3852,
е-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 I.M.Chaskevich
Хацевич Ігор Мирославович
н.с., канд. фіз.-мат. наук
тел. 525-5724
 M.I.Vojttovych
Войтович Марія Володимирівна
ст.н.с., канд. ф.-м. наук
тел. 525-3852
 
 
Курчак Анатолій Іванович
мол.н.с.
тел. 525-6290
 
Мусаєв Сергій Мусаєвич
пров. інженер
тел. 525-6202
 
Телега Наталія Віталіївна
пров. інженер
тел.
 
Кобріна Надія Антонівна
інженер І кат.
тел. 525-6290

 

Laboratory№ 36 Laboratory of Physical and technical bases semiconductor fotoenerhetyky

Head of department Костильов Віталій Петрович 

Researchs

Основні напрямки наукової і науково-технічної діяльності відділу :
Фізика поверхні напівпровідників та нанорозмірних структур, багатофазові шарувати структури та тонкі плівки, квантово-розмірні ефекти, прилади на основі поверхнево-чутливих ефектів (газові датчики, сонячні фотоелементи з комбінованими бар’єрами).

Група 1

-    Дослідження процесів взаємодії прискорених іонів з твердотільними матрицями;
-    Фізика процесів радіаційного дефектоутворення;
-    Поверхня, приповерхневі шари, тонкі плівки, процеси масопереносу та самоорганізації, стимульовані іонним опроміненням;
-    Фізичні явища в термохромних та електрохромних плівках;
-    Мас-спектрометричні дослідження шаруватих структур;
-    Процеси гетерування домішок для сонячної енергетики

Група 2

- 2) Дослідження структурних характеристик діелектричних плівок методом
коливальної ІЧ-спектроскопії з аналізом форми основної смуги поглинання.
- Дослідження фізичних механізмів впливу радіації на властивості плівкових нанокомпозитів Si-КТ / SiOx.
- Дослідження процесів оптимізації характеристик світловипромінювання плівковими нанокомпозитами.

Група 3

- Дослідження адсорбційних та каталітичних ефектів на поверхні та квантоворозмірних напівпровідникових та багатофазних структурах

Група 4

- Розробка термодинамічних теорій та кінетичних моделей фазового розділення нестехіометричного оксиду, оксинітриду, нітриду та оксікарбіду кремнію при високотемпературних відпалах;
- Розробка термодинамічних та кінетичних моделей метал-індукованої кристалізації аморфного та розупорядкованого кремнію;
- Розробка термодинамічних та кінетичних моделей утворення дефектних агрегатів та преципітатів в пластинах монокристалічного кремнію при термічних обробках різного типу.

Achievements

Найбільш вагомі науково-технічні результати:
Група 1:
-    Знайдено ефект збільшення інтенсивності фотолюмінесценції наноструктур на основі кремнію за рахунок низькотемпературних відпалів в атмосфері азоту;
-    Показано, що іонна імплантація вуглецю при формуванні наноструктур стимулює ріст окисної фази в кремнії і приводить до виникнення смуг фотолюмінесценції в короткохвильовій області спектру;
-    Знайдено ефект впливу in situ ультразвукового опромінення при іонній імплантації домішок на їх дифузію в кремнії;
-    Знайдено ефект стимульованої іонною імплантацією релаксації напружених шарів SiGe на кремнії;
-    Знайдено критичні параметри синтезу термохромних плівок окислу ванадію з високим вмістом упорядкованої моноклінної фази VO2;
-    Показано, що гідростатичне стиксування суттєво впливає на синтез прихованих діелектричних шарів в кремнії (Група 1).
Група 2:
-    Розроблена модель утворення радіаційних дефектів в системах Si-SiO2, основана на багатостадійних реакціях електрохімічного типу.
-    Виявлений ефект покращення світловипромінювальних характеристик структур Si-КТ/SiO2 при малих дозах іонізуючого випромінювання.
-    Встановлений механізм формування квантових точок кремнію в оксидах, пов'язаний з міграцією атомів кисню.
-    Виявлений ефект утворення кисневих преципітатів в монокристалах кремнію при променевих відпалах.

Група 3:
-    Досліджені та розроблені наноструктуровані каталізатори нового типу на основі пористих матриць напівпровідників (Si) з вбудованими нанокластерами металів та їх оксидів (Cu, CuO, Cu2O, W, WO, WO3)

-    Проведено теоретичний аналіз, моделювання перебудови орбіталей та перерозподілу електронів при заповнення електронних рівнів (d, s, p) в процесі формування наноструктуровних каталітично активних композитів Cu/CuOx/нанопорSi і/або W/WO3/нанопорSi.

-    Розроблені технологічні процеси формування адсорбційно чутливих та каталітично активних шарів на основі наноструктурованих напівпровідників, вуглецевих плівок з інкорпорованими нанокластерами металів і їх оксидів.

Розроблені напівпровідникові сенсори на основі наноструктуровних каталізаторів для вимірів та реєстрації отруйних і вибухонебезпечних газів (H2, H2S).
Група 4:
Побудовано загальну кінетичну теорію процесу обміну шарами, індукованого алюмінієм, що грунтується на алюміній-індукованій кристалізації аморфного кремнію;
Розроблено термодинамічну модель зародкоутворення зерен полікристалічного кремнію в процесі обміну шарами, індукованого алюмінієм, яка дозволила пояснити формування переважної кристалографічної орієнтації зерен у даному процесі;
Розроблено кінетичну модель преципітації кисню за участю нерівноважних точкових дефектів та досліджено вплив останніх на розчинність та характеристики дифузії кисню у пластинах кремнію;
Запропоновано загальний термодинамічний механізм росту нитковидних кристалів кремнію, каталізованому металами, на основі механізму метал-індукованої кристалізації;
Розроблено термодинамічну теорію рівноважних станів у системах кремній-оксид кремнію, запропоновано вираз для вільної енергії таких систем;
Розроблено загальну термодинамічну теорію фазового розділення нестехіометричного оксиду кремнію при високотемпературних відпалах.

Developments

Найбільш вагомі науково-технічні розробки:
1.    Розроблена нова технологія формування ненапруженого кремнієвого матеріалу, яка є перспективною для використання в мікроелектронному виробництві та при виробництві  сонячних елементів. Суть технологічного процесу – в усуненні міжвузлових дефектів та у збагаченні вакансійними точковими дефектами ,завдяки чому формується напружена фаза SiO2  включень кварцеподібного 6-членного окислу, рис. 1 (відділ №9, відділ №14, відділ №41).

new technology of unstrained silicon material 2

  1.  Розроблена нова, альтернативна МПЕ, технологія формування нанорозмірних кристалів кремнію, вбудованих  в діелектричну матрицю SiO2 , розвинута термодинамічна теорія фазового розпаду композиту SiOx , досліджені основні етапи процесу.   Технологія базується на принципі керованої самоорганізації та пасивації а) парами HF поверхневої та (або) УЗ  обробки - рекомбінації, вона дозволяє змінювати задану глибину локалізації НК, їх розмір, забезпечити малий розкид по розмірах, отримати високу інтенсивність фотолюмінесценції в широкому діапазоні енергій свічення (відділ №9, відділ №14).

Image by transmission electron microscopy

Зображення методом просвічуючої електронної спектроскопії (TEM) композиту SiOX з кремнієвими нанокристалітами (виділені колами). Нанокристаліти отримані при розпаді SiOX композиту. На вставках: модель нанокристалітів із SiOX оболонкою (a) та без неї, після HF  та  УЗ обробки (b) .Технологія є перспективною  для виготовлення перепрограмованої пам’яті (ПП), систем резонансного тунелювання, для виготовлення квантових катодів, люмінесцентних джерел світла, в інтегральних схемах, для використання  в газовій сенсориці.

3) Розроблені наступні високотехнологічні мікро (нано) технології:
метод формування надмілких p-n переходів з використанням імплантації з in-situ УЗО;

  • метод двостадійного синтезу плівок діоксиду ванадію, які мають високі параметри термохромного ефекту;
  • створення ефективних люмінесцентних кремнієвих нанокластерних структур;
  • метод калібрування аналітичного обладнання для кількісного прецизійного елементного аналізу;
  • способи створення та оптимізації параметрів компонентів мікросхем високого ступеню інтеграції (< 0,25 мкм): плазмово-хімічне осадження плівок нітриду титану, діелектриків на основі оксидів рідкоземельних елементів та силіцидних плівок;
  • метод іонно-променевого стимульованого формування в кремнії вбудованих прихованих шарів діелектрика з високим вмістом Si-нк (Група 1).

method

2) - Розроблений  метод комп’ютерного аналізу форми ліній ІЧ поглинання  неупорядкованих фаз  за допомогою деконволюції ліній на елементарні компоненти  
- Розроблена технологія створення планарних електрохімічних сенсорів водню та кисню. (Група 2, група 4)

  1.  Розроблено технологія отримання каталітично активних шарів на основі окислених кластерів перехідних металів з заповненими D-оболонкою (Група 3).
    4)  Розроблена теорія холодної емісії з вуглецевих гострійних структур та багатодолинних квантово-розмірних напівпровідникових (GaN) катодів, передбачена квазі монохроматична польова емісія з таких квантових катодів. Інтенсивність останньої на декілька порядків вища від  неквантованих структур (відділ №9).
    Проведені дослідження та розробка квантових катодів на основі кремнію з нанокомпозитними плівками SiO2(Si) отриманими методами LP CVD та PE CVD. Виявлено області з від’ємною диференційною провідністю на вольт-амперних характеристиках емісійного струму та запропоновано емісійний резонансно-тунельний діод на основі кремнію.
energy band diagram energy band diagram 2 

Енергетична зонна діаграма резонансно-тунельного діода на основі катоду Si–SiOx–Si. (ліворуч)
 Експериментальні емісійні вольт-амперні характеристики резонансно-тунельних структур Si–SiOx–Si-вакуум. (Вставка) Крива в координатах Фаулера-Нордгейма. (праворуч)

carrent density

Теоретичний розрахунок струму польової емісії електронів

5) Запропонована нова технологія отримання високоефективних каталізаторів та газових сенсорів  на основі використання нанорозмірних недорогих перехідних металів, та їх окислів, які в звичайному стані не є каталітично активними, продемонстровано передбачений ефект на прикладі нанокластерів W  та  Cu, виготовлені лабораторні зразки газових датчиків, екологічно шкідливих газів (зокрема , Н2S)  з кімнатною робочою температурою передбачений ефект проілюстровано на прикладі нанокластерів W  та  Cu , виготовлені лабораторні зразки газових датчиків екологічно шкідливих газів (зокрема , Н2S).

Equipments

ОБЛАДНАННЯ ТА УСТАНОВКИ

ГРУПА 1:
1.    Прискорювачі іонів з енергіями 5 – 200 кеВ: «Везувій 1», «Везувій 5», «МРВ-202»;
2.    Оже-спектрометр 09 ИОС 10-005
3.    Мас спектрометри INA-3, Atomika 6500
4.    Скануючий електронний мікроскоп  МРЕМ-200
5.    Оптичний мікроскоп NU-2E, металографічний мікроскоп
6.    Інтерферометр
7.    Характеріограф Л2-06
8.    Установка для вимірів питомого та поверхневого опору
9.    Ділянка шліфовки та поліровки зразків
10.    Установка швидкого фотонного відпалу
11.    Установка вимірювання часу життя носіїв заряду
12.    Установка для вимірювання спектрів фотолюмінесценції
13.    Профілометри DEKTAK-3030 та AlphaStep-100
14.    Установки вимірювання термо- та електрохромних властивостей
15.    Лазерний мас-спектрометр ЕМАЛ-2

equipment1

equipment2

equipment3

Група 2:
ІЧ-Фур’є спектрометр PerkinElmer Spectrum BXII

equipment4

 Можливості:
- Вимірювання спектрів пропускання, поглинання та відбиття світла;
- Спектральний діапазон 7800–350 см-1
  (1,28–28,5 мкм);
- Роздільна здатність до 1 см-1;
- Якісний та кількісний аналіз органічних та неорганічних сполук;
- Можливість вимірювання твердих та рідких речовин.
  Вимоги до зразків:
- Зразки повинні мати оптичну поверхню;
- Тонкі плівки мають бути нанесені на двостороннє поліровані підкладки, прозорі в ІЧ-діапазоні.
- Розміри зразка не менше 6х6 мм2

Лазерний еліпсометр ЛЭФ-3М-1
(λ=6328 Å) та комплект програм для розрахунків товщини, показника заломлення та коефіцієнту поглинання діелектричних плівок.

equipment5

Група 3:
Система дослідження  адсорбційних та каталітичних властивостей поверхні  шляхом вимірювання електричних характеристик

equipment6

Projects

Проекти:
1) "Розроблення і створення технологій вирощування нанокристалічних багатокомпонентних структур енергонезалежної пам’яті для інформаційних систем"
2) "Розроблення і створення технологій вирощування планарних структур для електрохімічних сенсорів газового аналізу".
Проекти виконувались в рамках Державної цільової науково-технічної програми розроблення і створення сенсорних наукоємних продуктів на 2008 – 2012 роки (Група 2, 3).

Загальноінститутські теми Президії НАН України:
    НАУКОВА: № ІІІ-5-11 «Електричні, оптичні та адсорбційні властивості тонко плівкових структур з напівпровідниковими нановключеннями». Термін виконання: 01.01.2011 – 31.12.2015 р.р.
    № ІІІ-41-12 «Фізичні та фізико-технологічні аспекти створення сучасних напівпровідникових матеріалів і функціональних структур для нано и оптоелектроніки». Термін виконання: 01.01.2012 – 31.12.2014 р.р.
    Прикладна: № ІІІ-10-12 «Розробка сучасних напівпровідникових матеріалів і структур для опто-, мікро- і сенсорної електроніки». Термін виконання: 01.01.2012 – 31.12.2014 р.р.
та декількох тем окремо по кожній групі . Зокрема це – по Програмі «Нанофізика та нанотехнологія» (керівник – А.П.Шпак), (виконавці Б.М.Романюк,А.А.Евтух, В.П.Мельник, В.Г.Попов, о.с.Оберемок).
 по Програмі «Біосенсоріка» (керівник – Г.О.Єльська, виконавці- . В.Г.Литсвченко , Т.і.Горбанюк , В.о.Солнцев). а саме
Тема 51/9 по Проекту № 25-2010 «Розробка мікроелектронного газового датчику сірководню на основі нанопористих шарів для контролю навколишнього середовища» Комплексної науково-технічної програми «Сенсорні системи для медико-окологічних та промислово-технологічних потреб» початок 2010 р. кінець 2012.
Тема 53/9-2 «Виготовлення та дослідження нових каталітично активних матеріалів на основі поверхневих пористих шарів з вбудованими нанокластерами перехідних металів» з державної програми «Фундаментальні проблеми наноструктурних систем, наноматеріалів, нанотехнологій» . Термін виконання 2010 - 2014 р.р.
    Проект 1.1.7/18 «Розроблення і створення технологій вирощування планарних структур для електрохімічних сенсорів газового аналізу» , який є складовою Державної цільової науково-технічної програми розроблення і створення сенсорних наукоємних продуктів на 2008 – 2012 роки  (кенрівник – Є.Ф.Венгер, викон. І.П.Лісовський). Термін виконання: початок -   січень 2008 року, закінчення робіт – грудень 2012 року.
Проект по Програмі «Створення технології отримання чистого кремнію» (виконавці Б.М.Романюк, А.А.Євтух , І.П.Лісовський)
2009 – 2011    Російсько-український проект Міністерства освіти і науки України Ф28.7/051 “Development of the scientific principles of the technology for the formation of dislocation free large diameter Si single crystals using the Czochralski method and the thermal treatments that control the state of oxygen atoms in the crystal lattice”   (Групи 1- 4).

Publications

2017