Разработка методов формирования, исследование и моделирование мультислойных тонкопленочных наногетероструктур на основе углеродных нанотрубок, графена, 2D-слоев дихалькогенидов переходных металлов и перовскитов для создания элементной базы нового поколени

mgu_admin - Wed, 01/09/2019 - 09:29
Программа:
Вид научной деятельности:
Вид создаваемой научно-технической продукции:
Дата начала работ:
Дата окончания работ :
Цели:

Целью работы является адаптация и развитие методов спектрофотометрии и эллипсометрии для анализа структурно-оптических характеристик мультислойных тонкопленочных наногетероструктур на основе углеродных нанотрубок, графена, 2D-слоев дихалькогенидов переходных металлов и перовскитов и установлению их взаимосвязи с технологическими режимами их формирования.

Задачи:

          разработать и обосновать модели слоистых наноструктур, которые формируются при различных вариациях условий их формирования (скорости роста пленок, температуры и физических свойств подложки, влияния внешних воздействий и т.д.) 

          разработать алгоритмы решения обратных задач спектрофотометрии и эллипсометрии для анализа структурных особенностей и определения  дисперсионных зависимостей оптических параметров наногетороструктур;

          установить границы применимости методов теории эффективной среды и на её основе определить структурные и оптические характеристики тонкопленочных и мультислойных наноструктур;

          выработать рекомендации для формирования тонкопленочных и мультислойных наноструктур с параметрами, оптимальными для опто-электронных приложений.

Актуальность (решаемые проблемы):

Адаптация и развитие методов спектрофотометрии и эллипсометрии для анализа структурно-оптических характеристик мультислойных тонкопленочных наногетероструктур на основе углеродных нанотрубок, графена, 2D-слоев дихалькогенидов переходных металлов и перовскитов и установлению их взаимосвязи с технологическими режимами их формирования.

Краткое описание создаваемой научно-технической продукции:

Разработан и воплощен программно алгоритм решения обратной задачи спектрофотометрии однородного слоя на плоскопараллельной подложке конечной толщины с обработкой спектров отражения и пропускания волн s и p поляризации. Разработан алгоритм фильтрации искажений, вносимых в измеряемые спектры коэффициентов отражения либо поглощения слоевых структур частичной когерентностью излучения. Рассчитаны спектры показателей преломления и поглощения пленок ZnO, ZnO:Al, SrTiO3, PEDOT:PSS и йод-свинцового перовскита. Определены ширина запрещенной зоны и энергия Урбаха для данных пленок. Установлено, что допированные алюминием (2%) пленки ZnO больше ослабляют коротковолновой видимый свет в сравнении с чистыми пленками. Это связано не только с переходами электронов на экситонные уровни в запрещенных зонах ZnO и ZnO:Al, но и с появлением инородных примесей при магнетронным ВЧ распылении.

Для неоднородных по толщине полупроводниковых пленок на стеклянных и кремниевых подложках получены решения обратных задач спектральной эллипсометрии по измерениям в разнесенных точках неоднородности пленки, в каждой из которых можно локально пренебречь этой неоднородностью; спектрофотометрии по измерениям пропускательных способностей для двух полос равной толщины.

Разработан комбинированный способ оценки двух оптических параметров тонких пленок – ширины запрещенной зоны и энергии Урбаха. Освоена GLAD технология напыления тонких пористых пленок столбчатой структуры. По данной технологии приготовлены пленки оксида кремния на подложках микропористого кремния с размерами пор 50-300нм. Благодаря пористости подложки достигается более надежная адгезия пленки к подложке, что обеспечивает более высокие механические свойства пленок.

Прикладной аспект:

Программно реализованы способы определения спектров оптических характеристик и клиновидности пленок оксида цинка на стеклянных пластинах по их пропускательным способностям; пленок оксида цинка на кремниевых подложках по их спектрам поляризационных углов.

Решения обратных задач применены для контроля структуры клиновидных пленок оксидов цинка, пористых пленок оксидов титана и кремния, которые были получены методом ВЧ магнетронного напыления на стеклянные и кремниевые подложки. Согласование полученных результатов между собой и известными литературными данными указывает на возможность применения разработанных методик для контроля состояния структуры при формировании различными технологиями тонкопленочных и мультислойных наноструктур с параметрами, оптимальными для оптоэлектронных приложений.

 

Область применения результатов НИОКР:

Создание новых субмикронных электронных приборов и устройств, контроль процессов изготовления и параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Контактная информация:

Учреждение образования "Могилевский государственный университет имени А.А. Кулешова"
Ивашкевич Инна Викторовна
Тел. раб. +375222 28 39 69
e-mail: iivashkevich@yandex.by