Ученые ННГУ создали девятислойный кремний, который в 100 раз лучше излучает свет

Исследователи из Нижнего Новгорода предложили уникальный метод для получения нановключений гексагонального кремния.

Исследователи из Нижнего Новгорода предложили уникальный метод для получения нановключений гексагонального кремния.
Изображение ННГУ.

Коллектив авторов исследования представляет известную в России и мире школу ионной имплантации.

Коллектив авторов исследования представляет известную в России и мире школу ионной имплантации.
Изображение ННГУ.

Схема эксперимента по формированию нановключений фазы 9R-Si.

Схема эксперимента по формированию нановключений фазы 9R-Si.
Изображение ННГУ.

Исследователи из Нижнего Новгорода предложили уникальный метод для получения нановключений гексагонального кремния.
Коллектив авторов исследования представляет известную в России и мире школу ионной имплантации.
Схема эксперимента по формированию нановключений фазы 9R-Si.

Исследователи из Нижнего Новгорода предложили уникальный метод для получения нановключений гексагонального кремния. В его основе лежит традиционная технология микроэлектроники – ионная имплантация. Она широко применяется в промышленности для введения примесей в полупроводники при создании диодов и транзисторов. По результатам исследования опубликована статья в высокорейтинговом журнале Applied Physics Letters.

До сих пор прогресс микроэлектроники базировался на кремниевых интегральных схемах. Сегодня от электронных схем (носитель информации — электрон) переходят к фотонным (носитель информации — фотон, то есть свет). Но переходу мешает существенный недостаток кремния — его низкие светоизлучающие свойства. Если прямо сейчас отказаться от кремния, развитие микроэлектроники затормозится. Поэтому светоизлучающие свойства кремния нужно совершенствовать.

Решение такой задачи совершит революционный скачок в обработке и передаче сверхбольших объемов информации. Один из путей совершенствования свойств кремния — его наноструктурирование. То есть формирование нанокристаллов кремния в широкозонных матрицах (оксидах).

Исследование ученых ННГУ позволило выявить оптимальные режимы ионнолучевого синтеза светоизлучающих нановключений фазы 9R-Si в структурах кремний-диоксид кремния (SiO2/Si). Образование таких включений при ионном облучении таких систем впервые было обнаружено в ННГУ несколько лет назад.

Кремний в гексагональной фазе — это целое "семейство" кристаллов со схожей структурой. Последняя отличается от структуры традиционного кремния своими свойствами вдоль одного из атомных направлений. За счет новой структуры меняются как электрические, так и оптические характеристики материала.

Сотрудникам Университета Лобачевского удалось разработать методику синтеза кремния со структурой 9R, когда атомы кремния расположены "девятислойниками" (с периодом в 9 атомных слоев) вдоль выделенного направления. Ученые доказали, что эти включения обладают лучшими излучательными свойствами по сравнению с обычным — кубическим — кремнием.

Как оказалось, кремний с включениями 9R фазы излучает на большей длине волны по сравнению с кубическим. При этом существенно возрастает интенсивность излучения. По предварительным оценкам авторов исследования она увеличивается в 100 раз. Излучение остается заметным и при более высоких температурах.

Метод ионной имплантации является одним из базовых технологических методов в микроэлектронике. Он легко масштабируется в промышленном варианте. Ближайшая задача — научиться получать однородные слои и контролировать их толщину.

Работа была выполнена научно-исследовательской группой Лаборатории физики и технологии тонких пленок НИФТИ ННГУ. Коллектив авторов представляет известную в России и мире школу ионной имплантации, становление которой в Университете Лобачевского началось более 60 лет назад при участии одного из родоначальников этого метода в нашей стране — профессора Д.И. Тетельбаума. Ученый возглавляет эту школу и сейчас.

Ранее мы уже писали, что новый материал позволит гаджетам подзаряжаться от ходьбы и что волокно изо льда согнули в дугу. А еще мы рассказывали, что в России получили материал для оптоэлектроники будущего.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".