Ученые ННГУ создали девятислойный кремний, который в 100 раз лучше излучает свет
Исследователи из Нижнего Новгорода предложили уникальный метод для получения нановключений гексагонального кремния. В его основе лежит традиционная технология микроэлектроники – ионная имплантация. Она широко применяется в промышленности для введения примесей в полупроводники при создании диодов и транзисторов. По результатам исследования опубликована статья в высокорейтинговом журнале Applied Physics Letters.
До сих пор прогресс микроэлектроники базировался на кремниевых интегральных схемах. Сегодня от электронных схем (носитель информации — электрон) переходят к фотонным (носитель информации — фотон, то есть свет). Но переходу мешает существенный недостаток кремния — его низкие светоизлучающие свойства. Если прямо сейчас отказаться от кремния, развитие микроэлектроники затормозится. Поэтому светоизлучающие свойства кремния нужно совершенствовать.
Решение такой задачи совершит революционный скачок в обработке и передаче сверхбольших объемов информации. Один из путей совершенствования свойств кремния — его наноструктурирование. То есть формирование нанокристаллов кремния в широкозонных матрицах (оксидах).
Исследование ученых ННГУ позволило выявить оптимальные режимы ионнолучевого синтеза светоизлучающих нановключений фазы 9R-Si в структурах кремний-диоксид кремния (SiO2/Si). Образование таких включений при ионном облучении таких систем впервые было обнаружено в ННГУ несколько лет назад.
Кремний в гексагональной фазе — это целое "семейство" кристаллов со схожей структурой. Последняя отличается от структуры традиционного кремния своими свойствами вдоль одного из атомных направлений. За счет новой структуры меняются как электрические, так и оптические характеристики материала.
Сотрудникам Университета Лобачевского удалось разработать методику синтеза кремния со структурой 9R, когда атомы кремния расположены "девятислойниками" (с периодом в 9 атомных слоев) вдоль выделенного направления. Ученые доказали, что эти включения обладают лучшими излучательными свойствами по сравнению с обычным — кубическим — кремнием.
Как оказалось, кремний с включениями 9R фазы излучает на большей длине волны по сравнению с кубическим. При этом существенно возрастает интенсивность излучения. По предварительным оценкам авторов исследования она увеличивается в 100 раз. Излучение остается заметным и при более высоких температурах.
Метод ионной имплантации является одним из базовых технологических методов в микроэлектронике. Он легко масштабируется в промышленном варианте. Ближайшая задача — научиться получать однородные слои и контролировать их толщину.
Работа была выполнена научно-исследовательской группой Лаборатории физики и технологии тонких пленок НИФТИ ННГУ. Коллектив авторов представляет известную в России и мире школу ионной имплантации, становление которой в Университете Лобачевского началось более 60 лет назад при участии одного из родоначальников этого метода в нашей стране — профессора Д.И. Тетельбаума. Ученый возглавляет эту школу и сейчас.
Ранее мы уже писали, что новый материал позволит гаджетам подзаряжаться от ходьбы и что волокно изо льда согнули в дугу. А еще мы рассказывали, что в России получили материал для оптоэлектроники будущего.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".