Моделирование электронного энергетического строения полупроводников с зарядовыми неоднородностями и структур твердотельной электроники на их основе

1) Название научного направления

Моделирование электронного энергетического строения полупроводников с зарядовыми неоднородностями и структур твердотельной электроники на их основе

2) ФИО сотрудников, занимающихся данным направлением

Захаров Анатолий Григорьевич, Колпачев Алексей Борисович, Колпачева Ольга Валерьевна, Какурин Юрий Борисович.

3) Перечень разрабатываемых вопросов и задач

  1. Разработка методик расчета электронного энергетического строения гетероструктур с металлическими слоями произвольной толщины и дефектами кристаллического строения полупроводника.
  2. Исследование локальных изменений электронного энергетического строения вблизи границы раздела металл-полупроводник в зависимости от толщины металлического слоя и кристаллографической ориентации полупроводника на основе кремний-нанометрический слой атомов переходных металлов-кремний.
  3. Исследование параметров и форм квантовых ям, возникающих вблизи границ разделов гетероструктур, и разработка физических моделей гетероструктур и активных элементов на их основе.
  4. Исследование процессов массопереноса и переносов носителей зарядов в нанометрических гетероструктурах на основе многокомпонентных полупроводников.
  5. Разработка процессов и методов контроля электрофизических свойств нанометрических гетероструктур.
  6. Разработка принципов действия сенсоров температуры, давления, концентрации ионов в жидкости, влажности, расхода и состава, парогазовых и жидких сред на основе наноэлектронных гетероструктур, исследование проблем их технологии и конструктивных особенностей.
  7. Квалификационная подготовка студентов, бакалавров, магистров и аспирантов в области твердотельной электроники.

4) Научные достижения

  1. Методики, алгоритмы и программы расчетов (c использованием языков программирования С++, Pascal, Fortran, а также пакетов программ Mathlab, Mathcad):

– электронного энергетического строения (ЭЭС) неупорядоченных структур;

– распределения кристаллического потенциала в нанометрических гетероструктурах на основе кремния и переходных металлов с различной толщиной металлического слоя;

– распределения электростатического потенциала в областях пространственных зарядов структур твердотельной электроники на основе контактов металл-полупроводник с зарядовыми неоднородностями, обусловленными многозарядными глубокими энергетическими уровнями и пространственным распределением электрически активных примесей;

– процесса деградации электрофизических свойств структур твердотельной электроники на основе контактов металл-полупроводник, обусловленного перераспределением в электрическом поле области пространственного заряда атомов электрически активных примесей с высокими значениями коэффициентов диффузии, в том числе, формирующих в запрещенной зоне полупроводника многозарядные глубокие энергетические уровни, позволяющая оценить время наработки на отказ;

– газовой чувствительности кондуктометрических сенсоров газа, на основе структур металл-полупроводник-металл в приближении квазиоднородности электрофизических свойств полупроводникового чувствительного слоя (ЧС), сформированного на основе оксидов металлов, а также с ЧС на основе поликристаллического полупроводника, учитывающие зарядовые неоднородности в ЧС, обусловленные примесями, формирующими в запрещенной зоне глубокие энергетические уровни;

– распределений атомов примеси в полях напряжений протяженных структурных дефектов в кремнии;

– распределений атомов примеси в твердом теле, содержащем области ускоренной диффузии.

5) Научные монографии и учебные пособия

  1. Захаров А.Г., Богданов С.А., Какурина Н.А., Какурин Ю.Б. Кинетические явления в неоднородных полупроводниках: Учебное пособие. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2014. – 70 с.
  2. Богданов С.А., Захаров А.Г. Влияние дефектов на электрофизические свойства структур твердотельной электроники // Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – 172 с.
  3. Захаров А. Г., Какурина Н. А., Какурин Ю. Б. Моделирование массопереноса в неоднородных структурах твердотельной электроники – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. – 138 с.
  4. Захаров А.Г., Богданов С.А., Набоков Г.М. Определение свойств структур твердотельной электроники методами ем­костных характеристик // Учебное пособие по дисцип­линам «Физические основы микроэлектроники», «Физи­ческие основы электроники». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. – 108 c.
  5. Захаров А.Г. Физические основы микроэлектроники: учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. – 335 с.

6) Основные статьи

  1. С.А. Богданов, А. Г. Захаров, И. В. Писаренко. Влияние электроискровой обработки поверхности полупроводникового чувствительного слоя сенсора газа на его электрофизические свойства // Электронная обработка материалов № 6, 2014. с. 1- 5.
  2. Богданов С.А. Моделирование газовой чувствительности кондуктометрических сенсоров на основе неоднородных полупроводников // Нано- и микросистемная техника. – 2013. № 9. С. 2 – 6
  3. Богданов С.А. Автоматизированная система диагностики полупроводниковых структур // Инженерный вестник Дона, 2013, № 3. www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1823
  4. Богданов С.А. Влияние неоднородного распределения электрически-активных примесей на перенос носителей заряда в контактах металл-полупроводник с барьером Шоттки // Инженерный вестник Дона, 2013, № 3. www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1822
  5. Богданов С.А. Моделирование влияния многозарядных примесных центров на вольт-амперные характеристики контактов металл-полупроводник с барьером Шоттки // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 4. С. 111 – 115
  6. Богданов С.А., Захаров А.Г., Писаренко И.В. Влияние электрического поля контакта с барьером Шоттки на перераспределение примесных атомов в полупроводнике // Инженерный вестник Дона, 2013, № 2. www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1623
  7. Богданов С.А., Захаров А.Г., Писаренко И.В. Модификация поверхности чувствительного слоя сенсора газа электроискровой обработкой // Инженерный вестник Дона, 2013, № 1. www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1528
  8. Богданов С.А., Захаров А.Г., Писаренко И.В. Влияние многозарядных примесных центров на распределение потенциала в приповерхностной области полупроводника // Инженерный вестник Дона, 2013, № 1. www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1530
  9. Богданов С.А., Захаров А.Г., Лытюк А.А. Диффузионная модель процесса деградации контактов металл-полупроводник с барьером Шоттки // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. № 1. С. 53 – 58
  10. Захаров А.Г., Богданов С.А., Лытюк А.А. Прогнозирование положения уровня Ферми в полупроводнике чувствительного слоя сенсора газа // Известия вузов. Северо-Кав­казский регион. 2011. № 4. С. 34–36.
  11. Богданов С.А., Захаров А.Г., Лытюк А.А. Моделирование распределения потенциала в барьерах Шоттки с учетом краевых эффектов // Нано- и микросистемная техника. 2011. № 5. С. 12–15.
  12. Захаров А.Г., Богданов С.А., Лытюк А.А. Моделирование газовой чувствительности кондуктометрических сенсоров газов на основе оксидов металлов // Нано- и микросистемная техника. 2011. № 1. С. 12–14.
  13. Захаров А.Г., Богданов С.А., Лытюк А.А. Моделирование адсорбционной чувствительности тонкопленочных структур на основе нанокомпозитных полупроводников // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011, № 4. С. 156
  14. Захаров А.Г., Богданов С.А., Лытюк А.А. Распреде­ление потенциала в барье­рах Шоттки на основе со­единения Si1-xGex // Известия ЮФУ. Технические науки. 2010. № 2. C. 183 – 186.
  15. Богданов С.А., Захаров А.Г., Лытюк А.А. Емкостные сенсоры хими­ческих величин на основе углеродных нанотрубок // Известия ЮФУ. Технические науки. 2009. № 10. C. 185 – 189.
  16. Захаров А.Г., Богданов С.А., Лытюк А.А. Моделирование распреде­ления потенциала в барье­рах Шоттки на основе со­единения Si1-xGex // Известия ЮФУ. Технические науки. 2009. № 8. C. 106 – 113.
  17. Арзуманян Г.В., Захаров А.Г., Колпачев А.Б., Филипенко Н.А. Влияние электрически активных дефектов на электронное энергетическое строение кремния и их геттерирование // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2008. № 1 (78). С. 187.

7) Основные конференции, где были представлены результаты работы

Основные результаты научной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: «Математические модели физических процессов» (X, XI, XIV Междуна­родные науч­ные конферен­ции, г. Таганрог, 2004 г., 2005 г. и 2008 г.); «Микроэлектроника и информатика – 2008» (ХV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция, г. Москва, 2008 г.) «Опто- и наноэлектроника, нанотехнологии и микросис­темы» (III и IV Междуна­родные научные конферен­ции, г. Ульяновск, 2005 г. и 2006 г.); «Современный физический практикум» (IX Междуна­родная конферен­ция, г. Вол­гоград, 2006 г.); «Актуальные проблемы твер­дотельной электроники и микроэлектроники» (X Международная науч­ная конференция, с. Дивноморское, 2006 г.); «Химия твердого тела: моно­кристаллы, наноматериалы, нанотехнологии» (IX Международная научная конференция, г. Кисловодск, 2009г); «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Х Юбилейная Международная научная конференция, г. Ставрополь, 2010 г.); «Нанотехнологии-2010» (Международная научно-техническая конференция и молодежная школа-семинар, с. Дивноморское, 2010 г.); «Нанотехнологии – 2012» (Международная научно-техническая конференция, г. Таганрог, 2012 г.); «Химия твердого тела: наноматериалы, нанотехнологии» (ХI Юбилейная Международная научная конференция, г. Ставрополь, 2012 г.); а также научно-технических конференциях профессорско-преподава­тельского состава ТТИ ЮФУ в г. Таганроге (2005 – 2013 г.).

8) Участие в грантовых программах

Результаты работы использованы при проведении ряда научно-исследовательских работ проводимых на кафедре физики Южного федерального университета – «Разработка физических основ перспективных элементов твердотельной электро­ники на основе гетерогенных наноструктур» (№ гос. регистрации 01200203301, 2004 г.), «Исследование влияния электрически активных дефектов на электрофизические свойства полупроводниковых структур» (№ гос. регистрации 01200505537, 2005 г.), «Влияние электрически активных примесей и их распределения на свойства границы раздела диэлектрик-полупроводник» ведомственной научной программы Минобрнауки «Развитие научного потенциала высшей школы» по разделу «Развитие научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов» (код проекта 15330, 2005 г.), «Разработка модели функционирования транзистора на основе наноразмерной структуры полупровод­ник-металл-полупроводник» (№ гос. регистрации 01200604342, 2006 г), «Разработка и исследование микросистемных мультисенсорных устройств для мониторинга экологических и технологических сред» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№ 02.740.11.0122, 2009-2012 г).