Новосибирские ученые впервые исследовали тип проводимости в германосиликатных стеклах и обнаружили биполярный эффект ― это свойство, позволяющее проводить ток с помощью и электронов, и дырок. Оказалось, что аморфные германосиликатные стекла ― это неидеальный диэлектрик, который возможно применять для создания фоточувствительных структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) в массовом производстве фотоприемных матриц камер для смартфонов, систем технического зрения и устройств памяти на мемристорах. Потенциально открытие биполярного типа проводимости в этом материале позволит создавать более дешевые устройства. Исследование провела аспирантка Новосибирского государственного университета (НГУ), инженер-исследователь Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) Гайсаа Хамуд под руководством ведущего научного сотрудника ИФП СО РАН, профессора НГУ доктора физико-математических наук Владимира Володина.
В разговоре с корреспондентом «Научной России» главный научный сотрудник ИФП СО РАН и НГУ академик Александр Асеев отметил, что исследование механизмов проводимости аморфных пленок, к которым относятся и германосиликатные стекла, ранее считалось достаточно бесперспективным и даже тупиковым направлением. Но полученные результаты открывают весьма интересные перспективы, например, для систем технического зрения.
«Авторы исследования выяснили, что германосиликатные стекла имеют биполярную проводимость, в которой могут участвовать и электроны, и дырки. А также обнаружили условия, при которых электрон-дырочные пары, возникающие под воздействием света в МДП структурах, разделяются полем и фотопроводимость возрастает на четыре порядка. И этот эффект возникает не в идеальном полупроводнике, который в основном используют, а в дешевом материале, который никогда не представлял интереса с точки зрения полупроводниковой электроники. Это очень перспективный результат, на основе которого крупная промышленная организация может развивать производство определенных устройств различного назначения», ― рассказал Александр Асеев.
Изначально ученые обнаружили и исследовали в германосиликатных стеклах эффект памяти. Это позволило рассматривать их как материал, потенциально пригодный для создания мемристоров ― элементов памяти. Учитывая, что необходимые объемы памяти постоянно растут, дешевые германосиликатные стекла могут стать альтернативной относительно дорогому кремнию. Но для создания сложных устройств необходимо было очень точно и детально изучить механизмы проводимости материала.
Для исследования материала научная группа применила метод неравновесного обеднения при инжекции неосновных носителей заряда из подложки в диэлектрик в МДП-структуре, разработанный главным научным сотрудником ИФП СО РАН доктором физико-математических наук Владимиром Гриценко и развитый доктором физико-математических наук Владимиром Володиным.
«Результаты в области фотопроводимости в какой-то степени нас даже ошеломили: работа показала, что дешевый материал позволяет получить результаты сравнимые с дорогими и высокотехнологичными структурами на монокристаллическом кремнии с использованием p-n переходов. С одной стороны, можно улучшать качество кремния и добиваться все меньших и меньших размеров элементов памяти и фоточувствительных структур. А можно искать альтернативные пути, и это исследование показывает один из них», ― отметил Александр Асеев.
Академик добавил, что в перспективе на основе исследуемых МДП-структур будет возможно разрабатывать более дешевые устройства, работающие без p-n переходов, но путь до создания конкретных образцов ― это крупная исследовательская и конструкторская работа, требующая заметных объемов дополнительного финансирования.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото: stockstudio44 / ru.123rf.com