Алексей Петров.
Фото Надежды Дмитриевой
Научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН к.ф.-м.н. Алексей Сергеевич Петров награжден премией имени выдающихся ученых Сибирского отделения РАН. Торжественное вручение прошло сегодня, 19 ноября, на общем собрании отделения в 125 годовщину со дня рождения основателя СО РАН академика Михаила Лаврентьева.
Алексей Петров получил премию имени Константина Константиновича Свиташева — за цикл работ «Исследование атомарных процессов на поверхности кремния Si (111) при осаждении германия и олова для разработки методик их in situ контроля при изготовлении структур для наноэлектроники».
Современная электроника работает быстрее и становится компактнее во многом благодаря тому, что её ключевые элементы уменьшаются до нанометровых размеров. Но на таких масштабах даже отдельные атомы играют решающую роль, поэтому контроль поведения поверхности материалов на атомарном уровне определяет свойства гаджетов завтрашнего дня.
Основой большинства микросхем остаётся кремний, поэтому нужно уметь управлять свойствами его ростовой поверхности на всех стадиях создания полупроводниковой гетероструктуры. Требуемую точность при выращивании дает метод молекулярно-лучевой эпитаксии, когда в вакуумных камерах строго контролируются концентрация атомов, скорость их осаждения и другие параметры.
Ученых и технологов, создающих перспективные материалы, интересуют структуры на основе кремния, германия и олова, так как они совместимы с кремниевой технологией производства электроники. При их получении методом молекулярно-лучевой эпитаксии важно понимать, что происходит на поверхности: как адсорбируются осаждаемые атомы, как они двигаются вдоль атомарно-гладкой поверхности, образуют покрытия с требуемыми свойствами.
Возможность наблюдать эти процессы в режиме реального времени у Алексея Петрова с соавторами была благодаря сверхвысоковакуумному отражательному электронному микроскопу — установке, которая есть только в ИФП СО РАН.
Основным результатом из цикла, поданного на конкурс, Алексей считает работу, где удалось показать возможность управляемого создания на поверхности кремния участков с разной зонной структурой. То есть, говоря упрощенно, — формирования нанометровых участков, где можно управлять поведением электронов и протеканием тока.
«Это интересно как для технологии изготовления полупроводников ― можно формировать последовательность открытых и закрытых участков для протекания тока, так и для базовой физики — влияние примесного покрытия на структуру границы раздела кристалл-вакуум», — поясняет ученый.
Алексей добавляет, что цикл исследований включал несколько работ с 2020 г., но на конкурс были поданы три из них, опубликованные за последние три года. Статьи объединяет общая цель — понять, как атомы германия и олова взаимодействуют с поверхностью кремния и как это можно использовать для управления свойствами будущих наноэлектронных структур.
«В ключевой работе, вышедшей в журнале Applied Surface Science в 2023 г., приведены самые яркие результаты с точки зрения наглядного представления физики процессов при нанесении металлических покрытий на поверхность кремния. В исследовании мы впервые показали, как может перераспределяться олово по поверхности в процессе осаждения, как оно может перемешиваться с атомами кремния, всегда присутствующими на ростовой поверхности. Продемонстрировали, как оловянное покрытие меняет структуру поверхности кремния. Уже в этой работе сделали предположение, что, меняя скорость осаждения олова и температуру подложки, можно варьировать структуру формируемого примесного покрытия. То есть менять свойства двумерного оловянного покрытия от чисто металлических к полупроводниковым из-за увеличения доли кремния в нём», — подчеркивает победитель конкурса.
Работы Алексея Петрова с коллегами открывают возможности совершенствования технологии молекулярно-лучевой эпитаксии, более точного контроля полупроводниковых слоёв во время роста и формирования новых, гибридных структур на основе кремния, олова и германия. На основе последних могут быть сделаны приборы высокочастотной электроники, сенсоры нового поколения, элементы перспективной логики.
В конкурсе молодых ученых на премии имени выдающихся ученых Сибирского отделения Алексей участвовал впервые. Он отмечает, что главной сложностью при подаче заявки стала необходимость ограничиться недавними работами. «Важно было показать, как три разные работы складываются в единый цикл. Для полноты картины хотелось бы включить и статьи 2020–2021 годов, но правила допускали только публикации последних трёх лет. Кроме того, требовалось всё компактно изложить на двух страницах так, чтобы и суть работы была ясна, и не потерялись важные результаты. При принятии решения о подаче заявки определяющим для меня фактором было наличие публикации в Applied Surface Science — одном из топовых журналов по тематике наших исследований», – поясняет молодой ученый.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН