Ученые Томска и Британии моделируют свойства новых наноматериалов
18 Декабря 2020

Сотрудники кафедры квантовой электроники и фотоники РФФ ТГУ и Университета Лафборо (Великобритания) ведут совместные исследования по фундаментальной теме «Рост мультислоев GeSiSn/Si, квантовых точек и топологических изоляторов». Новые полупроводниковые материалы на основе кремния, содержащие германий, необходимы для создания быстродействующих транзисторов и фотоприемников. Проект Growth of GeSiSn/Si multilayers, quantum dots and topological insulators выполняется по гранту Лондонского королевского общества.

Соруководители исследования – профессор кафедры квантовой электроники и фотоники радиофизического факультета ТГУ, доктор физ.-мат наук Александр Войцеховский и профессор Роджер Смит (Великобритания). В работе участвуют сотрудники кафедры квантовой электроники и фотоники и их британские коллеги из Университета Лафборо. Коллаборация между вузами началась около пятнадцати лет назад с обмена опытом и проведения совместных исследований в области физики наноструктур и методов создания новых перспективных материалов для электроники и фотоники.Университет Лафборо

Полупроводниковые материалы на основе кремния с наноразмерными включениями германия уже давно находят широкое применение в электронике и оптоэлектронике. Эти материалы используются для создания фотодетекторов, солнечных элементов и светоизлучающих устройств. Более того, недавние исследования показали, что двумерные слои германия-кремния нанометровой толщины могут использоваться в качестве материала для увеличения быстродействия в современных транзисторах.

– В настоящее время наиболее часто для изготовления качественных наноструктур применяют метод молекулярно-лучевой эпитаксии. В этом методе используется осаждение материалов в сверхвысоком вакууме, буквально по одному атому. В распоряжении ученых Томского государственного университета имеется установка молекулярно-лучевой эпитаксии «Катунь-100» (разработка Института физика полупроводников СО РАН), позволяющая выращивать нанометровые кремний-германиевые слои различного состава, – отмечают в лаборатории ТГУ.

В свою очередь, британские коллеги владеют уникальными методами мультимасштабного моделирования структуры и свойств подобных материалов и располагают необходимыми вычислительными ресурсами для проведения расчетов.

Результаты кооперации позволят более детально исследовать физические свойства новых двумерных и нульмерных материалов на основе кремния и германия, определить оптимальные условия для их синтеза методом молекулярно-лучевой эпитаксии, а также предложить новые эффективные конструкции устройств на их основе. По результатам исследования опубликованы статьи в высокорейтинговых зарубежных журналах, в частности, "Molecular dynamics simulations of the growth of Ge on Si"; "Thickness-dependent surface energy and formation of epitaxial quantum dots".

Исследование рассчитано на два года, финансирование проекта осуществляется за счет Лондонского королевского общества. Изучение полупроводниковых материалов IV группы для создания новых типов приборов поддержано и Научным фондом ТГУ им. Д.И. Менделеева.

Это уже не первое исследование, выполняемое на кафедре квантовой электроники и фотоники по схожей тематике. В 2013-2015 гг. коллектив кафедры под руководством профессора Александра Войцеховского успешно реализовал крупный проект «Физические основы создания фотопреобразователей солнечной и тепловой энергии на основе наногетероструктур с встроенными многослойными оптическими элементами и с расширенной в ИК область спектральной характеристикой чувствительности». В настоящее время свои исследования в рамках проектов РФФИ «Разработка физических основ функционирования и создание гибридных органо-неорганических систем для фотопреобразователей и солнечных элементов видимого и инфракрасного диапазонов» и РНФ «Физико-технологические основы создания униполярных барьерных структур на основе МЛЭ n-HgCdTe для инфракрасных детекторов с пониженными темновыми токами» проводят научные сотрудники лаборатории наноэлектроники и нанофотоники Сергей Несмелов, Станислав Дзядух, Дмитрий Горн, Кирилл Лозовой, профессор кафедры Андрей Коханенко.