Алмазы помогут физикам изучать материалы для космической электроники | Новости науки
Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета и Санкт‑Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» выработали методику, которая позволяет высокоточно определять концентрацию бора в наноразмерных слоях полупроводниковых структур. В этом физикам помогут синтезированные алмазы.
Предложенный способ поможет при контроле качества материалов в датчиках, которые работают в экстремальных условиях, сообщили в пресс-службе СПбГУ.
Некоторые характеристики кремния уже недостаточны для стремительного развития современных технологий и электроники. При высоких температурах и радиации его полупроводниковые свойства деградируют, а невысокая подвижность электронов в кремнии не позволяет ему успешно конкурировать с новыми материалами в СВЧ‑диапазоне, который применяется в телекоммуникационных системах последних поколений. Один из перспективных материалов, способных в будущем заменить кремний, — это алмаз. Он очень прочен, устойчив к радиации и высоким температурам.
Сам алмаз является диэлектриком, то есть не способен проводить через себя электрический ток, но он может стать полупроводником при добавлении в его кристаллическую структуру примеси бора. В природе алмазы встречаются несоизмеримо реже кремния, поэтому за последние два десятилетия ученые разработали технологии получения их искусственных аналогов. Но они довольно затратны и технически сложны.
«Мы совместно с коллегами из Санкт‑Петербургского университета разработали методику высокоточного определения концентрации бора в наноразмерных слоях полупроводниковых структур на основе синтезированного алмаза. Предложенный математический подход может использоваться как для контроля уже выращенных образцов, так и для подбора структур с наилучшими полупроводниковыми характеристиками», — рассказала младший научный сотрудник кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Анна Соломникова.
Физики изучали два вида образцов. Первый представлял собой различные алмазные подложки диэлектрического или полупроводникового типа. Второй вид состоял из алмазной подложки, на поверхности которой методом эпитаксии (напыления) были нанесены тонкие слои алмаза с примесью бора.
Ученые требовалось точно оценить концентрацию бора в эпитаксиальных слоях независимо от того, как созданы сами подложки. Минералоги Санкт‑Петербургского университета провели измерение спектров поглощения алмазных подложек. Чтобы оценить концентрацию примеси в эпитаксиальном слое, у образцов второго типа измеряли спектры оптической плотности в инфракрасном диапазоне.
«Правильное определение методом ИК‑спектроскопии концентрации примесей в тонких эпитаксиальных слоях алмаза позволяет использовать данный метод в качестве быстрого и надежного инструмента проверки приборных структур на базе алмаза», — отметил ассистент кафедры минералогии СПбГУ Игорь Клепиков.
Используя полученные данные ИК‑измерений подложек и эпитаксиальных слоев, ученые ЛЭТИ разработали математическую модель, которая позволила с высокой точностью определить концентрацию бора в эпитаксиальных слоях для любого материала. По словам ученых, предложенная методика найдет применение в научных и прикладных разработках структур на основе алмаза. В перспективе в зависимости от концентрации бора можно будет получать структуры различных назначений, которые способны работать в критических и экстремальных условиях, например в космосе.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials Science and Engineering: B.