Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України
Національна академія наук України

Пошук

Лабораторія електроннозондових методів структурного і елементного аналізу напівпровідникових матеріалів і систем

prokopenko
Прокопенко Ігор Васильович
Керівник відділу,  д. ф.-м. наук, професор, лауреат
Державної премії України
тел./ факс. (044)525-5491, 252-5940,
ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Склад відділу

DSC00568

 

Єфремов Олексій Олександрович

с.н.с., к. ф.-м. н.
тел./факс: (044)525-59-40, вн. 7-12

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. @isp.kiev.ua

публікації

 

Peter Lytvyn

Литвин Петро Мар'янович

c.н.с., к. ф.-м. н.

тел.: (044)525-59-40, вн. 7-91

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.   

публікації

IMG 9582

Литвин Оксана Степанівна

с.н.с., к. ф.-м. н. 

тел.: (044)525-59-40, вн. 7-91

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

публікації

IMG 9642

Корчовий Андрій Адамович

c.н.с., к. ф.-м. н.

тел.: (044)525-83-93, вн. 7-91

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

публікації

Гурін Андрій Володимирович

пр. інж.

(044)525-61-88, вн. 5-17

Лобортас Людмила Євгенівна

пр. інж.

тел.: (044)525-59-40, вн. 7-12

 

Мєшкова Ірина Андріївна

пр. інж. тел.: (044)525-59-40, вн. 7-12

 

Дослідження

Для вирішення задач структурного і елементного аналізу напівпровідникових матеріалів, приладових систем, приладів опто- і мікроелектроніки в рамках виконуваних в Інституті фізики напівпровідників НАН України робіт по бюджетній тематиці HАН України, Державних програм розвитку електронного приладобудування в Україні і більш ефективного використання дорогого аналітичного устаткування наказом по Інституту від 22.10.1993 р. створюється у складі Інституту центральна лабораторія структурного і елементного аналізу напівпровідникових матеріалів і приладових систем (лабораторія № 59). Виконуючим обов`язки завідуючого лабораторією був призначений старший науковий співробітник, кандидат фізико-математичних наук І.В. Прокопенко. До складу лабораторії ввійшли  кадрові співробітники інституту: к.ф.-м.н. Т.Г. Криштаб, М.О. Мазін, В.І. Полудін. По своїй ідеології створення лабораторії №59 було першим досвідом в рамках Інституту по функціонуванню Центру колективного використання приладами і в подальшому слугувало основою для його створення вже в рамках НАН України.

    В 1996 році у зв’язку з ліквідацією лабораторій у структурі інститутів НАН України формально розпускається і лабораторія №59, а протягом року проводяться роботи по організації відділення «Структурного і елементного аналізу напівпровідникових матеріалів і систем» Інституту фізики напівпровідників НАН України. Відділення створюється у вересні 1997 року під керівництвом В.Ф. Мачуліна, а на базі колективу колишньої лабораторії №59 утворюється відділ "Електроннозондових методів структурного і елементного аналізу напівпровідникових матеріалів і систем" (відділ №11 ІФН НАН України, який разом в відділом №19 входить до щойно організованого відділення).

   У 2005 р. на базі відділу був створений Центр колективного користування приладами (ЦККП) «Діагностика напівпровідникових матеріалів, структур та приладних систем» НАН України


Наукова діяльність

    За період з моменту утворення в 1993 році лабораторії № 59 колективом проведено широке коло досліджень по вивченню впливу випромінювання різної природи (від гама-випромінювання до НВЧ) на напівпровідникові матеріали групи А3В5 і приладні структури на їх основі. В цих роботах проаналізовані механізми утворення дефектів при опроміненні і радіаційному відпалі, запропоновані нові технологічні процеси обробки приладових структур на основі короткочасного потужного НВЧ випромінювання, імпульсного лазерного і малодозового гама-опромінення, які підвищують їх стійкість до зовнішніх впливів (Т.Г. Криштаб, П.М. Литвин, О.С. Литвин, І.В. Прокопенко, М.О. Мазін, В.І. Полудін). В 1995 році І.В. Прокопенко захищає докторську дисертацію, в якій досліджено особливості релаксації внутрішніх механічних напруг в епітаксійних системах на основі кремнію, германію і арсеніду галію, визначено домінуючі механізми дефектоутворення в приладових структурах метал-діелектрик-напівпровідник, бар'єрних наноструктур на основі матеріалів А3В5 та інших, залежність їх від технологічних параметрів ростових процесів та їх наступних обробок.

    В 1998 році у складі відділу створюється комплекс скануючої зондової мікроскопії на основі атомно-силового мікроскопу NanoScope IIIa Dimension 3000, який на сьогоднішній день має широкі можливості одержання інформації про фізичні властивості поверхонь різного типу (топографія, механічні, електрофізичні, магнітні тощо) та їх керованої модифікації (нанолітографія) в субмікронному та нанометровому діапазонах.

    Засобами комплексу скануючої зондової мікроскопії проводяться системні дослідження особливостей ростових процесів в багатошарових напівпровідникових структурах із варіаціями наноструктурних елементів: квантовими точками, нитками, колами, «молекулами» квантових точок та ін. У співпраці із вітчизняними та зарубіжними колегами виконано цикл робіт по інженерії тривимірно-впорядкованих масивів квантових точок із використанням природної анізотропії фізичних властивостей ростових поверхонь різних кристалографічних орієнтацій та відмінностей фізико-хімічних реакцій при рості структур із молекулярних потоків різної стехіометрії (П.М. Литвин, О.С. Литвин).

    Експериментальні роботи по керуванню розмірами, формою та густиною Si-Ge наноструктур у 2002 році відмічені журналом European Semiconductors як одні з кращих. Результати циклу робіт по планарному самонаправленому росту квантових ниток та точок InGaAs увійшли до довідника Handbook of Self Assembled Semiconductor Nanostructures for Novel Devices in Photonics and Electronics, випущеного у 2008 р. авторитетним виданням Elsevier Ltd.

 

mazin Kuchma sm     
     
    Академік С.В. Свєчніков, п.н.с. І.В. Прокопенко та н.с. М.О. Мазін демонструють новітні розробки
    Президенту України (1998р.) Л.Д. Кучмі та Президенту НАН України Б.Є. Патону.

Досягнення

Найбільш вагомі науково-технічні результати:

  • Встановлено механізми структурно-морфологічного впорядкування в напівпровідникових монокристалах, епітаксійних системах, системах діелектрик-напівпровідник та метал-напівпровідник під дією високочастотного електромагнітного випромінювання.

  • Розвинуто фізичні основи інженерії тривимірно-впорядкованих масивів квантових точок із використанням природної анізотропії фізичних властивостей ростових поверхонь різних кристалографічних орієнтацій та відмінностей фізико-хімічних реакцій при рості структур із молекулярних потоків різної стехіометрії.

  • Розроблено фізичні основи методики енергетичного картографування поверхонь на основі атомно-силової спектроскопії.

  • Запропонований метод індивідуального тестування імплантатів на біосумісність з організмом реципієнта, який грунтується на контролі особливостей міжмолекулярних взаємодій на нанорівні. Метод схвалений МОЗ України для клінічного застосування (87.12/267.12).

  • Розроблене комплексне метрологічне забезпечення топометричних та силових вимірювань методами скануючої зондової мікроскопії. Організовано випробувальну лабораторію вимірювань геометричних параметрів поверхні згідно вимог УкрСЕПРО, яка пройшла державну атестацію відповідності.

Розробки

Найбільш вагомі науково-технічні розробки:

Реалізовано комплекс методів скануючої зондової мікроскопії. Розвинуто методичні та теоретичні підходи до аналізу фізичних властивостей поверхонь на нанорівні на основі вивчення особливостей силових та електро-механічних взаємодій нанозонд-поверхня.

Тривимірне картографування рельєфу органічних, мінеральних і полімерних поверхонь на повітрі та в рідких буферних середовищах в діапазоні вертикальних розмірів від кількох ангстрем до 4,5 мкм.

DNA on mica topography ranges
АСМ зображення ниток ДНК, осаджених на скол слюди. АСМ зображення термодіода та моноатомних сходинок PbTe.

 

Двопрохідні методи магнітної, електростатичної та Кельвін-зонд мікроскопії

 

MFM HD MFM FYG
Магнітний запис інформації на жорстких дисках різної ємності. Магнітні домени в плівках залізоітрієвого гранату різної товщини.
SKPFM Ge-GaAs sm SKPFM GanD sm
АСМ зображення плівки Ge/GaAs та відповідні
карти поверхневого потенціалу (Кельвін-зонд мікроскопія) при потенціалі на зонді різної полярності.
СЕМ зображення сколу Ганн-діодної структури та відповідні карти градієнтної електростатичної та Кельвін-зонд мікроскопії.

 

 

Контактні методи провідної атомно-силової та скануючої ємнісної мікроскопії

C-AFM SCM tranz
Зображення поверхні та відповідна П-АСМ карта струму через квантові нитки InGaAs/GaAs. Зображення рельєфу поверхні та відповідна карта диференційної
ємності контакту зонд-поверхня (СЄМ карта легування) кремнієвого транзистора в мікросхемі SDRAM пам'яті. 

 

Методи наноіндентування та склерометрії

nano mech bacter sm figures hardness sm
АСМ зображення поверхні колонії лактобактерій із
масивом нановідбитків та серія кривих навантаження-глибина для верхнього ряду відбитків.  
АСМ зображення серій наноподряпин, нанесених при різних навантаженнях на плівки high-k діелектрика Ta2O5, леговані Al(a) та Hf(c). Відповідні профілі глибини подряпин (b,d). Технологічно задана товщина плівки 10 нм. 

 

Механічна та електростатична нанолітографія і наноманіпулювання

 litho mech sm litho manip sm 
АСМ зображення нитки барвника, яка сформувалась при термічному осадженні в каналах структури PTFE/Au/Si, нанесених механічною нанозондовою літографією.
Маніпулювання наноциліндрами (НЦ) золота, зв'язаними лінкером із поверхнею GaAs: високороздільне АСМ зображення НЦ в острівцях лінкера (ліворуч); приклад операцій очищення поверхні від зайвих НЦ та формування зондом АСМ ланцюгів НЦ (праворуч).

 

  • Lab Setryficat smРозроблено метрологічне забезпечення комплексу зондової мікроскопії для діагностики та сертифікації компонентної бази наноелектроніки та суміжних нанотехнологій. Організовано випробувальну лабораторію при ІФН НАН України атестовану ДП «Укрметртестстандарт» згідно Закону України «Про метрологію та метрологічну діяльність».

 

  • Metod rekom smСпільно із Науково-практичним центром профілактичної та клінічної медицини Державного управління справами розроблено метод оцінки біосумісності матеріалів імплантатів на основі спектроскопії капілярних та біоадгезивних сил.

 

          • У співпраці з Інститутом фізики та Інститутом хімії поверхні НАН України вперше одержано стабільну електронну емісію з багатовістрьового германій-кремнієвого польового катода, який є перспективним для використання у вакуумній наноелектроніці. 

          • Спільно з Hewlett-Packard Company проведено комплексні теоретичні та експериментальні дослідження процесів самоорганізованого росту кремнієвих нитковидних кристалів. Показано, що густий масив кремнієвих нитковидних кристалів на n-Si підкладинці може працювати як квантовий польовий емітер із східцеподібною вольт-амперною характеристикою при 300 К.

          • Розроблено та впроваджено комп’ютерну систему управління режимами роботи та автоматизації вимірювань для модернізації дифрактометричних комплексів на базі рентгенівських генераторів ДРОН та ИРИС.

 

Проекти

Державна цільова науково-технічна програма «Нанотехнології та наноматеріали» на 2010-2014 роки: проект 3.6.1.10 «Створення випробувальної лабораторії скануючої зондової мікроскопії»; проект 3.5.4.8 «Розроблення новітніх методів механічної та електростатичної нанозондової літографії і наноманіпуляцій для потреб наноелектроніки і нанобіосенсорики».

 Цільова комплексна програма фундаментальних досліджень НАН України «Фундаментальні проблеми наноструктурних систем, наноматеріалів, нанотехнологій»: проект 105 «Розробка фізичного методу тестування сумісності імплантатів з організмом людини на основі нанобіосенсорних технологій»; проект 31 «Високороздільна раманівська, нанозондова і радіоспектроскопічна діагностика морфологічних, компонентних, структурних і електрофізичних параметрів наноструктур різного типу: вуглецевих, напівпровідникових, композитних, колоїдних і біологічних»; проект 6 «Взаємодія світла із композитом металевих і напівпровідникових наночастинок в електричних полях бар’єрних структур».

 Цільові програми ВФА НАН України: тема ІІІ-6-11 «Фізичні механізми впливу деформацій і процесів релаксації на формування і характеристики напівпровідникових наноструктур із складною кристалічною граткою»; тема ІІІ-10-12  «Розробка сучасних напівпровідникових матеріалів і структур для опто-, мікро- і сенсорної  електроніки: Практична діагностика напівпровідникових матеріалів і структур методами Х-променевої дифракції та скануючої зондової мікроскопії»; тема ІІІ-41-12  «Фізичні та фізико-технологічні аспекти створення сучасних напівпровідникових матеріалів і функціональних структур для нано- і оптоелектроніки: Розвиток новітніх експериментальних дифрактометричних та нанозондових методик досліджень фізичних властивостей напівпровідникових і гібридних гетеросистем пониженої розмірності».

Грант УНТЦ № 5709 (2012-2014 рр.) «Технологiя лазерного надщiльного запису на нанокомпозитних тонких плiвках для сучасних iнформацiйних систем».

Міжнародній проект в рамках 7-ої рамкової програми FP7 ProjectNo 609534-SECURE-R21 (1/10/2013 – 30/9/2016).

 

Обладнання

Скануючий зондовий мікроскоп NanoScope IIIa Dimension 3000TM

 

NanoScope IIIa

 

Перелік методів:

              • атомно-силова мікроскопія (на повітрі та у рідких середовищах);
              • магнітна, електростатична та Кельвін-зонд мікроскопія;
              • провідна та ємнісна мікроскопія (картографування та локальні ВАХ і ВФХ);
              • тунельна мікроскопія (на повітрі);
              • наноіндентування;
              • елементи нанолітографії і наноманіпуляцій.

Більш детальний опис >>>

 

 

Публікації

Перелік монографій та публікацій у форматі нумерованого списку за роками >>>

 

 

2019