Основой изучения послужили редкоземельные металлы, индий и галлий. Работа должна помочь в создании инновационной оптической электроники, оборудования, востребованного в системах связи, спутниковых коммуникаций, компьютерах.
Химическая формула сплава — InGaN, расшифровка — индия-галлия нитрид. Он является материалом, выполняющим функции полупроводника, используется при изготовлении LED, излучающих белый и синий свет. Этим, однако, область его использования не ограничена. Он подходит для выпуска различных устройств, в частности:
- Датчиков, реагирующих на утечки газа, изменение плотности и оптических характеристик воздушной среды;
- Элементов фотоэлектрических преобразователей, солнечных панелей;
- Ячеек, синтезирующих водород.
О широком применении материала, впрочем, речь пока не идет. Главная проблема — трудность синтеза нитрида, связанная с эффектом «разрыва растворимости». Сплав нестабилен, склонен к распаду. Проблему могла бы решить его интеграция с кремниевой основой, однако, ее кристаллическая решетка отличается от InGaN, что приводит к несовместимости.
Справиться с несовместимостью можно, если синтезировать сплав непосредственно на кремниевой основе. Причем его структура должна быть сложной, сформированной нитевидными нанокристаллами. Метод расширяет потенциальную область использования сплава, позволяет выпускать на его базе электронные, компьютерные устройства.
Технология выглядит перспективной, однако, она еще не изучена полностью. Проведенное специалистами СПбГУ, университета имени Жореса Алферова, ВШИ, исследование, нужно было для глубокого понимания процесса.
Экспертное мнение
Родион Резник, один из руководителей научной группы, специалист СПбГУ, занимающийся системами связи и полупроводниковыми материалами, подчеркнул, что его команда первой смогла понять суть образования трехмерных структур из InGaN. Глубокое понимание процесса помогло в создании опытных образцов светодиодов, датчиков газа, ячеек, синтезирующих из воды водород, и других подобных компонентов.
Резник уверен, что дальнейшая работа поможет расширить применение, адаптировать сплав для производства непланарной оптической электроники.
Согласно информации, поступившей от специалиста, соединение формируется по технологии молекулярно-пучковой эпитаксии. Ее суть — получение сложной структуры из нескольких материалов со строго определенными параметрами в среде сверхвысокого вакуума.
Принципы исследования
В качестве исследовательского оборудования использовалась передовая научная техника, которой оснащены лаборатории СПбГУ. Задача исследователей — поиск материалов-полупроводников, которые могут использоваться при производстве следующего:
- Генераторы одиночных фотонов;
- LED, бытовые, промышленные, коммерческие, лабораторные;
- Фотоэлектрические элементы, солнечные панели;
- Лазерные излучатели.
Материалы планируется использовать не только как самостоятельные, но и как части устройств, базирующихся на кремниевых платформах. Университеты Санкт-Петербурга имеют огромный опыт подобных исследований. Основы были заложены еще Жоресом Алферовым, занимающим должность ректора СПбАУ и его коллегой, Алексеем Екимовым, лауреатом нобелевской премии в области химии.
Процесс синтеза нитридных соединений при помощи лабораторного оборудования занимает достаточно много времени. Однако, результатом является крупная пластина, из которой можно изготовить десятки и сотни небольших самостоятельных элементов. Они, в свою очередь, могут использоваться при сборке оборудования для оптоволоконного интернета, радиоэлектронных, компьютерных, телекоммуникационных и других устройств: от простейших (одномодульных) до сложносоставных.
Итоги исследования подвел один из младших специалистов государственного университета Санкт-Петербурга, Владислав Гридчин. Он подчеркнул комплексность проведенной работы, глубокий анализ наноструктур на каждой из стадий их формирования, что позволило точно определить характеристики, физические свойства. На тесты было отобрано несколько образцов, технология выпуска которых различалась, останавливалась на определенном этапе.
Подобная схема помогла получить массу знаний о том, как формируются наноструктуры сложной конфигурации InGaN. Ответила на вопрос, какой метод выпуска выглядит предпочтительным, обеспечивает качество, способность готового элемента справится с нагрузками, исключить его деградацию, разрушение под термическими, механическими воздействиями.
