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

Пошук

Лабораторія фізики дефектів і нерівноважних процесів

Vel

 

В.О. Завідувач лабораторії

Велещук Віталій Петрович

с.н.с., канд. ф.-м. наук

Тел.: 525-84-37

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

 

Склад відділу

 

 

Власенко Олександр Іванович

 

д. ф.-м. наук, проф. г. н. с. Тел.:525-60-97

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

 Z Vlas  

Власенко Зоя Костянтинівна

с.н.с., канд. ф.-м. наук

Тел.:525-60-97

E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
 Photo Gnatyuk-V face 10x13  

Гнатюк Володимир Анастасійович

с.н.с., канд. ф.-м. наук

Тел.: 525-84-37

E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
 IMG 0016  

Генцарь Петро Олексійович

с.н.с., канд. ф.-м. наук

Тел.: 525-84-37

E-mail:rastneg Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
 Levytskyi-2  

Левицький Сергій Миколайович

с.н.с., канд. тех. наук

Тел.: 525-84-37

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

 

Дослідження

Основні наукові напрямки:

  1. Нерівноважні електронні процеси та процеси переносу в складних напівпровідникових матеріалах, в т.ч. вузькощілинних, і структурах.
  2. Процеси дефектоутворення, динаміки дефектів та масопереносу у складних напівпровідниках, в тому числі при дії зовнішніх полів різної фізичної природи.
  3. Процеси акустичної емісії в напівпровідникових матеріалах і структурах.
  4. Процеси природної та індукованої зовнішніми полями деградації світлодіодних структур, в тому числі наноструктур. Створення методів і засобів діагностики та контролю insitu надійності світловипромінюючих структур.
  5. Процеси лазерно-індукованого формування напівпровідникових бар’єрних, а також поверхневих нанорозмірних структур. Створення радіаційно чутливих структур для систем дозиметрії та візуалізації прихованих об’єктів.
  6. Розробка методів візуалізації протяжних критичних дефектів в напівпровідникових структурах по люмінесценції мікроплазм.
  7.  

    публікації

    2019 рік

    Current-voltage characteristic and electroluminescence of ultraviolet LEDs 365 nm at liquid nitrogen temperature

    V.P. Veleschuk, A.I. Vlasenko, Z.K. Vlasenko, I.V. Petrenko, Y.V. Malyi, V.V. Borshch, O.B. Borshch, A.V. Shefer // Optica Applicata, 2019. - Vol. XLIX, - No.1, - P. 125 – 133.

     

    Graphene/semi-insulating single crystal CdTe Schottky-type heterojunction X- and γ-ray radiation detectors

    V.V. Brus, O.L. Maslyanchuk, M.M. Solovan, P.D. Maryanchuk, I.M. Fodchuk, V.A. Gnatyuk, N.D. Vakhnyak, S.V. Melnychuk, T. Aoki // ScientificReports, 2019. - Vol. 9, No 1. р.1065(8)

    Depletion region in CdTe Schottky diode X- and γ-ray detectors

    V.M. Sklyarchuk, V.A. Gnatyuk, T. Aoki //IEEE Transactions on Nuclear Science, 2019, 5 p.

    Charge transport properties of CdTe X/γ-rays detectors with Ti and TiOx Schottky contacts  O. Maslyanchuk, M. Solovan, V. Brus, P. Maryanchuk, E. Maistruk, I. Fodchuk, V. Gnatyuk //IEEE Transactions on Nuclear Science, 2019, 7 p.

    2018 рік

    Механізми появи видимої паразитної люмінесценції у світлодіодах ультрафіолетового випромінювання 365 нм

    В.П. Велещук, О.І. Власенко, З.К. Власенко, Д.М. Хміль, О.М. Камуз, С.Г. Неділько, В.П. Щербацький, Д.В. Гнатюк, В.В. Борщ, М.П. Киселюк // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 2018, Вып.53.

    Low leakage current Ni/CdZnTe/In diodes for X/γ-ray detectors

    V.M. Sklyarchuk, V.A. Gnatyuk, W. Pecharapa. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 2018. Vol. 879. p. 101-105.

    Performance comparison of X- and γ-ray CdTe detectors with MoOx, TiOx and TiN Schottky contacts

    O. Maslyanchuk, M. Solovan, V. Brus, P. Maryanchuk, E. Maistruk, I. Fodchuk, V. Gnatyuk, T. Aoki, C. Lambropoulos, C. Potiriadis // IEEE Transactions on Nuclear Science. - 2018. - Vol. 65, No 7. - P. 1365-1370.

    Gamma-ray spectroscopic performance of large-area CdTe-based Schottky diodes

    V.A. Gnatyuk, K.S. Zelenska, V.M. Sklyarchuk, W. Pecharapa, T. Aoki // Recent Advances in Technology Research and Education. Inter-Academia 2018. Lecture Notes in Networks and Systems (LNNS) Vol. 53. - P. 58-65.

    XPS study of the In/CdTe interface modified by nanosecond laser irradiation

    K. Zelenska, V. Gnatyuk, H. Nakajima, W. Mekprasart, W. Pecharapa //Recent Advances in Technology Research and Education. Inter-Academia 2018. Lecture Notes in Networks and Systems (LNNS) P. 73-79.

    Mechanisms of charge transport and photoelectric conversion in CdTe-based X- and gamma-rays detectors

    O. Maslyanchuk, S. Melnychuk, V. Gnatyuk, T. Aoki // Chapter in the book “New Trends in Nuclear Science”, 21 pages, IntechOpen Ltd.

    Prospects of In/CdTe X- and γ-ray detectors with MoO Ohmic contacts

    O.L. Maslyanchuk, M. Solovan, E.V. Maistruk, V.V. Brus, P.D. Maryanchuk, V.A. Gnatyuk, T. Aoki // Proceedings of SPIE. - 2018. - Vol. 10612. - P.10612V-1-6.

    Pulsed laser deposition of indium on the CdTe crystal surface for contact formation

    K. Zelenska, V. Gnatyuk, V. Veleschuk, T. Aoki // Proceedings of SPIE. – 2018. – Vol. 10762. – Р. 1076218-1-6.

    Hg3In2Te6-based radiation and temperature stable photodetectors

    V. Sklyarchuk, V. Gnatyuk, T. Aoki // Infrared Sensors, Devices, and Applications VIII, Proceedings of SPIE. - 2018. - Vol.10766. - P. 107660R-1-7.

    Synchrotron radiation X-ray photoelectron spectroscopic study of CdTe-In structures formed by laser-induced doping technique

    K. Zelenska, V Gnatyuk, W. Pecharapa, W. Mekprasart, H. Nakajima // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2010,1. - P. 020011-1-5.

    Development of CdTe-based nuclear radiation sensors and related devices

    V. Gnatyuk, V. Sklyarchuk, T. Aoki, A Koike, W. Pecharapa // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2010, N 1. - P. 020012-1-5.

    Проблеми та перспективи застосування cвітлодіодів ультрафіолетового випромінювання 365 - 405 нм

    В.П. Велещук, О.І. Власенко, З.К. Власенко, Д.М. Хміль, О.В. Шефер, В.В. Борщ, О.Б. Борщ, М.П. Киселюк // Збірник наукових праць конференції ”Проблеми й перспективи розвитку академічної та університетської науки”. Полтава 2018 р., 21 грудня. С.209-212.

Досягнення

Основні результати і досягнення

   Встановлено домінуючі механізми, фізичні умови та кількісні критерії конкурентоздатності різних механізмів рекомбінації і струмопереносу в кристаллах CdHgTe (КРТ) в залежності від їх об’ємних і поверхневих параметрів; виявлено домінуючу роль в цих процесах флуктуацій рівня стехіометрії і складу, включень з когерентними та некогерентними поверхнями розділу; визначено механізми природної та індукованої трансформації систем дефектів.

    В малорозмірних структурах на основі КРТ визначено фізичні умови конкуренції рекомбінаційних потоків в об’ємі і на формоутворюючих поверхнях, а в залежності від ступеню біполярності і інших чинників встановлено умови домінування процесу електропольової екстракції над процесами рекомбінації носіїв заряду і розігріву; виявлено суттєвий вплив і залежність параметрів струмопереносу від типу і параметрів неоднорідностей. На основі цих робіт визначено умови реалізації оптимальних режимів і граничних параметрів ІЧ фоторезисторів і SPRITE – структур.

   Разом з НУ Львівська політехніка вивчено механізми епітаксії КРТ на підкладках різних ступенів спряженості (CdTe, CdMnTe, CdZnTe, Al2O3, GaAs і інш.), орієнтацій, полярності, структурної досконалості, зокрема, процеси адсорбції, зародкоутворення, коалесценції острівців, подальшого росту в залежності від технологічних умов. Вперше виявлено і вивчено процеси утворення епітаксійних дво- та тривимірних наноструктур КРТ. Досліджено фізичні властивості і пружні параметри епітаксійних гетеросистем, в т.ч. варізонних. Виявлено наявність масивів дислокацій різного походження, які разом з залишковими напруженнями призводять до нерівномірного по товщині структури зміцнення гратки.

   В варізонних гетеросистемах виявлено вплив на рекомбінаційні процеси металургійної межі розділу, повздовжнього зонного рельєфу, наявність градієнтних фотоЕРС різної природи; в полікристалічних шарах – вплив на фотопровідність геометричних і інжекційно-рекомбінаційних параметрів зерен і міжзеренних границь, що при активних зовнішніх діях і природній деградації можуть змінюватись.

   На основі цих робіт створено широку гаму малоінерційних ІЧ-фотоприймачів - неохолоджуваних (для спектрального діапазону до 6 мкм) і охолоджуваних (2-15 мкм) широкосмугових і селективних (одно- і багатосмугових), зокрема, фотовольтаїчних, в т. ч. із спектральнозалежною інверсією знаку фотоЕРС, що важливо при застосуваннях в системах моніторингу, де потрібно розділення фотосигналів в спектральних діапазонах відбивання і теплового випромінювання об’єктів та пригнічення оптичних завад в інших діапазонах.

   Виявлено, що складні напівпровідники, зокрема А2В6, А3В5, А3В64В6, тверді розчини і структури на їх основі порівняно з елементарними більш вразливі до деградації і дії зовнішніх полів різної фізичної природи (термічні відпали, імпульсне лазерне опромінення і індуковані ним пружні і ударні хвилі, ультразвукове і g-опромінення, статичні і динамічні деформації тощо). Показано що, кожному з цих полів притаманна специфіка в зміні фізичних властивостей матеріалу, яка залежить від типу і параметрів цих полів, індивідуальних механізмів ізотропної або селективної їх дії на кристали та відбувається за рахунок перебудови власних і домішкових точкових і протяжних дефектів. Вперше встановлено, що ці перетворення можуть мати як метастабільний характер (з різними часами релаксації), що призводить до тимчасової недетермінованості стану матеріалу і непрогнозованих спотворень сигналу, зокрема, при його фотоелектронному перетворенні, так і стабільний характер, що веде до незворотної трансформації структури і може бути причиною деградації матеріалу, або використано для спрямованої перебудови дефектів.

   Виявлено і встановлено механізми не відомих раніше процесів природної і індукованої деградації в цих матеріалах і структурах. В бінарних сполуках – процеси електричної активації (дезактивації) точкових дефектів при їх перебудові внаслідок релаксації залишкових напружень, індукованих зовнішніми полями локальних деформацій і розігріву тощо; в твердих розчинах (зокрема КРТ) – додатково: процеси розпаду, просторового розшарування компонент, збагачення ними окремих областей, а також їх преципітації. В гетеросистемах CdTe-Te виявлено процеси аморфізації –кристалізації Te; в світловипромінюючих гетеросистемах на основі GaP, GaAs, GaN, в т.ч. з квантовими ямами, в режимі insitu (методом акустичної емісії) – процеси локальної, в т.ч. пластичної, деформації окремих областей цих структур внаслідок індукованого електрострумом неоднорідного їх розігріву.

   Вперше виявлено і вивчено лазерноіндуковані процеси утворення, самоорганізації та впорядкування в періодичні нанорозмірні структури поверхневого рельєфу кристалів CdTe, Cd(Me)Te, GaAs, Si. Разом з МДУ ім. Ломоносова (Росія) розроблено і визначено кількісні параметри плазмово-деформаційної моделі цих процесів.

   Розроблено нові фізико-технологічні методи управління системами дефектів, створення високоефективних приладових структур із застосуванням лазерних імпульсних, в т.ч. ударно-хвильових, електрохімічних, механічних і інш. дій для формування потенційних бар’єрів, стабілізації та фотоочутливлення поверхні і об’єму. Розроблено методи легування поверхні, приповерхневих шарів, окремих прошарків в товщі матеріалу; формування бар’єрних (Шотткі) і омічних Ме1/Cd(Ме2)Te структур, приповерхневих інверсійних, варізонних і гетеруючих шарів, захисних покриттів; очищення і пасивації поверхні; структуризації полікристалічних структур, тощо.

  Виявлено процеси та визначено механізми акустичної емісії (АЕ) у світловипромінюючих структурах та світлодіодах, що відбуваються одночасно зі змінами та деградацією їх електричних і люмінесцентних характеристик.

  Створено комплексний неруйнівний метод діагностики та експрес-контролю деградації світлодіодних структур, індикаторних та потужних світлодіодів, який дозволяє в режимі реального часу по порогу виникнення АЕ зафіксувати в них деградаційні та релаксаційні процеси. Цей метод включає: 1) метод акустичної емісії (АЕ), 2) диференціювання ВАХ та швидкості рекомбінації, 3) реєстрацію люмінесценції мікроплазм та вимірювання їх параметрів. Створено комп’ютеризовану установку для комплексних одночасних вимірювань в напівпровідникових матеріалах і структурах АЕ, люмінесцентних та електричних характеристик для виявлення початкових стадій їх деградації.

   Встановлено домінуючі механізми імпульсного лазерно-індукованого твердофазного масопереносу у CdTe для створення детекторних структур та визначено оптимальні режими такого способу легування.

   Створено методику імпульсного лазерного легування CdTe індієм при опроміненні структур In/CdTe, в тому числі у воді з фото-термо-акустичним контролем in-sityтиску; а також метод визначення порогу імпульсного лазерно-індукованого плавлення напівпровідникових кристалів, зокрема CdTe та GaAs. Отримано діодні структури та створено високоефективні спектрометричні детектори рентгенівского та гама- випромінювання з низьким рівнем електричних шумів, високою чутливістю та роздільною здатністю для систем сканування та візуалізації прихованих об’єктів. Результати впроваджено у НДІ електроніки Університету Шизуока, Японія.

   Розроблено експериментальні методи визначення та експрес-контролю параметрів багатокомпонентних напівпровідників, в т.ч. вузькощілинних, зокрема, електричних і фотоелектричних характеристик об’єму і поверхні, складу матеріалу, виявлення і визначення типу неоднорідностей, відхилень від стехіометрії, структурної невпорядкованості. Розроблено та модифіковано вимірювальні пристрої, прилади і установки, в т.ч. високочутливі, з низьким рівнем власних шумів для досліджень електрофізичних, оптичних, фотоелектричних, акустоемісійних, фізико-механічних властивостей таких матеріалів.

Розробки

Основні розробки, захищені патентами та опубліковані у фахових виданнях  

  • Метод лазерно-індукованого легування і формування електричних бар’єрів та p-n переходу у високоомних кристалах CdTe та Cd(Zn)Te для детекторів X- і g-випромінювання.
  • Імпульсна лазерна технологія наноструктурування поверхні напівпровідників А2В6.
  • Метод легування халькогенідних напівпровідникових матеріалів для термоелектричних перетворювачів енергії.
  • Технологія отримання високооднорідних халькогенідних напівпровідникових матеріалів для термоелектричних перетворювачів енергії (термогенератори, термобатареї, термохолодильники).
  • Акустоемісійний неруйнівний експрес-метод контролю деградації та релаксаційних процесів у світловипромінюючих структурах та світлодіодах.
  • Неруйнівний експрес-метод контролю insitu критичних структурних дефектів у світловипромінюючих структурах та світлодіодах по мікроплазмам.
  • Малоінерційні фотовольтаїчні ІЧ-фотоприймачів із спеціальними спектральними характеристиками, фоторезистори, SPRITE–структури для діапазону 2-15 мкм.
  • Деградаційностійкі діодні структури для детекторів і спектрометричних аналізаторів Х і g-випромінювання, матричні елементи для систем візуалізації прихованих об’єктів, електронні ключі з пам’яттю, на основі Cd(Me)Te.

Обладнання

  • акустоемісійна установка АФ – 15 комп’ютеризована,
  • установка для вимірювання спектрів люмінесценції та фотопровідності на базі спектрометрів МДР-3 та ИКС,
  • установка для опромінення на базі сучасного чотиримодового Nd:YAG імпульсного лазера LS2131U (LOTIS TII),
  • рубіновий та неодимовий лазери,
  • прилад для вимірювання ВАХ SourceMeter 2400 (Keithley),
  • мікроскопи МБС-10 та USB MicroDigital,
  • установка для напилення металів ВУП-4,
  • паяльна станція Lukey 898,
  • осцилографи Tektronix TDS 1012 та TDS 2022 наносекундного діапазону.

Проекти

Проекти і гранти сторонніх організацій

 

Тема № 31/4.2.3.2/17  “Розробка і створення акустоемісійного експрес-методу контролю і прогнозування надійності напівпровідникових світловипромінюючих структур”, державна цільова науково-технічна програма „Розробка і впровадження енергозберігаючих світлодіодних джерел світла та освітлювальних систем на їх основі”.(2008-2013 р.р).

 

Тема № ІІ-53/17/8/-Н “Фізичні механізми утворення нанорозмірних структур на поверхні напівпровідників при імпульсному лазерному опроміненні” цільової комплексної програми фундаментальних досліджень НАН України “Фундаментальні проблеми наноструктурних систем, наноматеріалів, нанотехнологій”. (2009-2014 р.р.)

 

Cпільний проект вищих навчальних закладів, наукових установ Національної академії наук та національних галузевих академій наук України “ДФФД–2015-2016”, № Ф64/49 – 2015 та № Ф 64/16 – 2016 "Фототермоакустичне перетворення та надшвидкий масоперенос в кремнії та телуриді кадмію при наносекундному лазерному опроміненні" (2015-2016 рр).

 

Спільний проект Державного фонду фундаментальних досліджень з Японським Товариством Сприяння Науці "ДФФД - JSPS – 2016" № Ф 68/54-2016 "Розробка методів і технології виготовлення детекторів рентгенівського і гамма випромінювання на основі напівпровідників Cd(Zn)Te з високою роздільною здатністю для інструментів безпеки та діагностики" (2016-2017 рр).

 

Спільний проект фонду Фундаментальних досліджень “ДФФД - БРФФД – 2013” № Ф54.1/033 "Термодинамічні та кінетичні процеси модифікування гетеросистем на основі кремнію та телуриду кадмію, ініційовані наносекундною дією інтенсивного лазерного випромінювання", (2013-2014 рр. )

 

Спільний проект фонду Фундаментальних досліджень “ДФФД - Японія – 2013” № Ф52.2/0.15 "Детектори на основі напівпровідників Cd(Zn)Te для реєстрації рентгенівських і гамма квантів з високою роздільною здатністю та формування зображень", ( 2013-2014 рр.)

 

Спільний проект фонду Фундаментальних досліджень “ДФФД - БРФФД – 2011”№ Ф41.1/032. “Лазерно-індуковані наносекундними імпульсами процеси масопереносу та формування інверсійних і варізонних шарів в твердих розчинах на основі телуриду кадмію”. (завершена) (2011 – 2012 рр)

 

Проект 7-ї Рамкової програми Комісії Європейського Союзу № 218000 (COCAE) „Співпраця у Європі щодо засобів безпеки досліджень на основі Cd(Zn)Te” (Cooperation across Europe for Cd(Zn)Te based Security Instruments). (завершена) (2009-2013 р.р.)

 

Проект № 2.1.1/17 “Розроблення і створення акустоемісійного експрес-методу контролю і прогнозування надійності напівпровідникових матеріалів і структур”, Державна цільова науково-технічна програма “розроблення і створення сенсорних наукоємних продуктів” (2008—2017 р.р.)

Проект № 1.2.1/17«Розроблення і створення матриць сенсорних діодних структур та приладу для детектування ядерного випромінювання та їх апробація в закладах радіаційної безпеки». Державна цільова науково-технічна програма ”Розроблення і створення сенсорних наукоємних продуктів” (завершена) (2008-2012 р.р.).

Публікації

2019