Кандидат физико-математических наук Алексей Сергеевич Петров из Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова удостоен престижной награды от Сибирского отделения РАН. Церемония награждения состоялась 19 ноября в рамках торжественного собрания, приуроченного к 125-летнему юбилею создателя СО РАН академика Михаила Лаврентьева.
Выдающееся достижение в области наноэлектроники
Петров был отмечен премией имени Константина Константиновича Свиташева за выдающийся научный цикл «Изучение атомных процессов на кремниевой поверхности Si (111) в процессе нанесения германия и олова для создания методов их непосредственного контроля при производстве наноэлектронных структур». Это достижение открывает новые горизонты для развития современных технологий.
Прогресс в электронной индустрии неразрывно связан с миниатюризацией компонентов до наноуровня, что обеспечивает повышенную производительность и компактность устройств. В нанометровом диапазоне каждый атом становится критически важным, делая атомно-точный контроль поверхностных характеристик материалов ключевым фактором для создания электроники будущего.
Революционные методы молекулярно-лучевой эпитаксии
Поскольку кремний продолжает оставаться фундаментальным материалом для производства микропроцессоров, крайне важно обеспечить прецизионное управление характеристиками его ростовых поверхностей на каждом этапе формирования полупроводниковых гетероструктур. Необходимая точность достигается благодаря применению молекулярно-лучевой эпитаксии — инновационной технологии, позволяющей в условиях глубокого вакуума контролировать плотность атомов, темпы их осаждения и множество других критических параметров.
Исследователи, занимающиеся разработкой передовых материалов, проявляют особый интерес к композициям на базе кремния, германия и олова благодаря их превосходной совместимости с существующими кремниевыми производственными процессами. Применение молекулярно-лучевой эпитаксии для их синтеза требует глубокого понимания поверхностных явлений: механизмов адсорбции осаждаемых частиц, их миграции по атомарно-гладким поверхностям и образования покрытий с заданными характеристиками.
Уникальные возможности исследований
Команде Алексея Петрова удалось достичь возможности наблюдения этих сложных процессов в реальном масштабе времени благодаря использованию уникального сверхвысоковакуумного отражательного электронного микроскопа. Эта исключительная установка функционирует исключительно в стенах ИФП СО РАН, предоставляя беспрецедентные исследовательские возможности.
Прорывные результаты и перспективы развития
Наиболее значимым достижением представленного научного цикла Алексей выделяет исследование, демонстрирующее возможность контролируемого формирования на кремниевых поверхностях зон с различными энергетическими характеристиками. Простыми словами, это означает создание наноразмерных областей, где возможно целенаправленное управление движением электронов и характером протекания электрического тока. Подобные открытия прокладывают путь к созданию принципиально новых электронных устройств с улучшенными характеристиками и расширенным функционалом.
Революционный подход к полупроводниковым технологиям
«Эти открытия представляют огромный интерес для производства полупроводниковых устройств — появляется возможность создавать чередующиеся проводящие и изолирующие зоны для управления электрическими потоками. Одновременно это прорыв в фундаментальной физике, поскольку мы наблюдаем, как примесные слои воздействуют на структуру межфазной границы между кристаллом и вакуумом», — с воодушевлением объясняет исследователь.
Масштабный исследовательский проект приносит плоды
Алексей с энтузиазмом рассказывает, что их исследовательская программа охватывала множество работ, начиная с 2020 года, однако для участия в конкурсе были отобраны три наиболее значимых публикации последних трех лет. Эти научные труды объединяет амбициозная задача — раскрыть механизмы взаимодействия атомов германия и олова с кремниевыми поверхностями и найти способы управления характеристиками передовых наноэлектронных систем будущего.
Прорывные результаты в изучении металлических покрытий
«В нашей центральной публикации 2023 года представлены наиболее впечатляющие достижения в области визуализации физических процессов при формировании металлических слоев на кремниевых подложках. Мы впервые продемонстрировали механизмы распределения олова по поверхности во время напыления и его смешивания с атомами кремния, постоянно присутствующими на растущей поверхности. Успешно показали, как оловянные слои трансформируют архитектуру кремниевой поверхности. В этом исследовании мы выдвинули перспективную гипотезу о том, что регулирование скорости напыления олова и температурных условий подложки позволяет контролировать структуру создаваемых примесных покрытий. Это означает возможность изменения характеристик двумерных оловянных слоев от металлических к полупроводниковым благодаря увеличению концентрации кремния», — с гордостью подчеркивает лауреат конкурса.
Перспективы применения в современной электронике
Исследования Алексея Петрова и его команды открывают захватывающие перспективы для усовершенствования молекулярно-лучевой эпитаксии, обеспечивая прецизионный контроль полупроводниковых структур в процессе их формирования и создание инновационных гибридных материалов на базе кремния, олова и германия. Эти достижения станут основой для разработки устройств высокочастотной электроники нового поколения, современных сенсорных систем и элементов передовой логической архитектуры.
Успешный дебют в престижном конкурсе
Впервые принимая участие в конкурсе молодых исследователей на премию имени выдающихся ученых Сибирского отделения, Алексей отмечает особые вызовы, с которыми пришлось столкнуться. Основной трудностью стало требование представить только недавние работы. «Ключевой задачей было продемонстрировать, как три различных исследования формируют целостный научный цикл. Для создания полной картины хотелось включить публикации 2020–2021 годов, однако регламент конкурса ограничивал выбор работами последних трех лет. Дополнительным испытанием стала необходимость изложить всю информацию на двух страницах так, чтобы сохранить ясность изложения и не упустить ключевые открытия. Решающим фактором при подаче заявки стало наличие публикации в ведущем научном издании по нашей тематике», — делится опытом талантливый ученый.
Прорыв в области материаловедения: новые горизонты для кремниевых технологий
Российские ученые из Института физики полупроводников СО РАН достигли выдающихся результатов в управлении характеристиками кремниевых поверхностей. Революционная методика позволяет формировать на кремниевой основе уникальные двумерные структуры с различными электрическими свойствами.
Инновационный подход базируется на точно контролируемом осаждении атомов олова на кремниевую подложку. Этот процесс открывает удивительные возможности для создания областей с металлическими и полупроводниковыми характеристиками на одной и той же поверхности.
Перспективы применения революционной технологии
Данное научное достижение обещает кардинально изменить подходы к разработке электронных компонентов будущего. Возможность создания гибридных поверхностей с программируемыми свойствами откроет новые горизонты в микроэлектронике и наноэлектронике.
Исследование демонстрирует высочайший потенциал российской науки в области передовых материалов. Полученные результаты могут стать основой для создания более эффективных и компактных электронных устройств, что особенно важно для развития современных технологий.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН
