В ТГУ создают полупроводники в 5 000 раз тоньше человеческого волоса
2 Мая 2017

Ученые ТГУ первыми в России начали выращивать полупроводники из органических молекул в газовой фазе. Для этого исследователи используют установку, позволяющую создавать супертонкие пленки, толщина которых в 5 тысяч раз меньше человеческого волоса. В результате самосборки молекул получаются полупроводниковые структуры, обеспечивающие повышенное быстродействие устройств при минимальных затратах энергии. На их основе можно разрабатывать приборы молекулярной наноэлектроники, которые выведут человечество на новый технологический уровень.

– Главная техническая проблема производства устройств на основе органических полупроводников, созданных традиционными методами напыления, заключается в том, что они обладают низкой проводимостью, поскольку отдельные молекулы плохо взаимодействуют между собой, – говорит заведующая лабораторией органической электроники СФТИ ТГУ Татьяна Копылова. – Преодолеть этот барьер можно при помощи молекулярной эпитаксии – метода послойного нанесения, который обеспечивает химическое связывание молекул и тем самым увеличивает транспорт зарядов.

Ранее сделать это было невозможно из-за отсутствия оборудования. В этом году в СФТИ ТГУ появилась первая в России промышленная установка для выращивания полупроводников из молекул органических соединений. По заказу университета ее собрала одна из израильских компаний.

– Реакция самосборки молекул проводится в газовой фазе. Это существенно расширяет выбор материалов для производства полупроводников, ведь испарить можно почти любое низкомолекулярное вещество, – рассказывает разработчик технологии, ведущий ученый лаборатории органической электроники СФТИ ТГУ, профессор-исследователь Университета штата Юта Владимир Буртман. – На выращивание одного монослоя уходит 15–30 минут. Из них, как из кирпичиков, можно конструировать полупроводники любой сложности. Для сравнения: в классических технологиях, где нанесение молекул производится через растворение вещества, формирование одного слоя на носителе занимает три дня.

DSC_9826.jpg

Устройства на полупроводниках, созданных методом молекулярной эпитаксии, будут принципиально отличаться от того, что сделано обычным способом, – значительно снизится их энергопотребление, в разы увеличится быстродействие.

Технология выращивания органических полупроводников, созданная в ТГУ, позволит устранить одну из главных проблем молекулярной электроники и наноэлектроники. Она заключается в том, что все устройства, сделанные на основе органических проводящих материалов, разлагаются под воздействием времени, нагрузок и температуры. Новая технология позволяет формировать очень прочные связи между молекулами, что значительно продлит жизнь технической аппаратуры.

Она будет обладать гораздо большим функционалом, но стоить при этом намного дешевле. Для производства органических полупроводников не нужны слишком высокие температуры, достаточно 300–400 градусов Цельсия, что, как минимум, в два раза ниже, чем при работе с неорганическими полупроводниками.

Добавим, что для выращивания полупроводников ученые СФТИ ТГУ планируют использовать уже существующие материалы и новые вещества, которые по их заказу будут синтезировать партнеры из ведущих научных центров, специализирующихся на химии: Институт проблем химической физики РАН (г. Черноголовка), Институт высокомолекулярных соединений РАН (г. Санкт-Петербург) и другие.