Материаловедение и технология. Полупроводники
Продолжен предпринятый ранее в ряде работ анализ современного состояния рынка GaAs и приборов на его основе. Двойное полупроводниковое соединение арсенид галлия (GaAs) — традиционный материал СВЧ-электроники. До недавних пор одним из наиболее быстрорастущих сегментов рынка применений этого материала были высокочастотные интегральные схемы на GaAs для мобильной телефонии. Однако, парадигма развития рынка GaAs меняется. Новым двигателем развития мирового рынка арсенида галлия становится фотоника и терагерцовая техника. Это означает, что в технологиях выращивания монокристаллов GaAs произойдет смена акцентов в сторону кристаллов «оптоэлектронного качества», получаемых методом вертикальной направленной кристаллизации. В средне- и долгосрочной перспективе мировые рынки пластин и эпитаксиальных структур GaAs будут расти. В ближайшей перспективе необходимо учитывать последствия пандемии COVID. Пока рынок GaAs тесно связано с разработками на рынке смартфонов. Очень вероятно, что после длительного периода роста рынок GaAs будет второй год подряд сокращаться — производство GaAs в 2020 году может снизиться на 11—12 %. Если предположить, что пандемия будет как-то взята под контроль в 2021 году, общее производство смартфонов вероятно, вырастет начиная с 2021 г.
На данный момент российский рынок полупроводниковых соединений для развития фотоники и электронно-компонентной базы (GaAs и др.) имеет незначительный объем и в ближайшей перспективе не достигнет уровня, необходимого для появления конкурентоспособного отечественного производителя, даже при условии выполнения программ импортозамещения. В то же время, существует понимание, что для создания современной электронной компонентной базы в России необходимо развивать производства исходных материалов.Материаловедение и технология. Диэлектрики
Приведены результаты спектроскопии оптического поглощения и фотолюминесценции монокристаллов Lu2SiO5:Ce3+(LSO), полученных модифицированным методом Мусатова. Спектры поглощения демонстрируют фундаментальный край собственного поглощения матрицы Lu2SiO5 около 200 нм и четыре примесные полосы активатора Ce3+ в диапазоне 250÷375 нм. Ширина запрещенной зоны, рассчитанная по положению края поглощения, составила от 6,19 до 6,29 эВ, в зависимости от направления оптического луча. Подтверждено, что примесные полосы поглощения соответствуют оптическим переходам в ионах активатора Ce3+, расположенных в двух кристаллографически неэквивалентных позициях CeI (при 3.47, 4.2 и 4.7 эВ) и CeII (при 3.74 эВ), изученных ранее. Из параметров полос поглощения оценены силы осциллятора для оптических переходов в ионе Ce3+. Спектры фотолюминесценции, возбуждаемой УФ лазерными импульсами с энергиями фотона 3.49 эВ, характеризуются тремя полосами: ~2.96, ~3.13 эВ (CeI) и ~2,70 эВ (CeII). Методом термостимулированной люминесценции исследована энергетическая структура электронных ловушек в LSO, при экспозиции кристаллов УФ источниками с различными спектральными и энергетическими характеристиками. Показано, что все полученные кривые термостимулированной люминесценции характеризуются по меньшей мере двумя максимумами при 345 и 400 К, с соотношением интенсивности 4:1, за которые ответственны электронные ловушки с глубинами 0,92÷0,96 и 1,12÷1,18 эВ. При экспозиции LSO наиболее мощным из задействованных в экспериментах излучением ртутной лампы высокого давления были впервые обнаружены ловушки, характеризующиеся глубиной 0.88 эВ. На основе полученных в работе данных об излучательных и безызлучательных переходах построена модель энергетической структуры LSO. Установлено, что механизм люминесценции в исследуемом материале, является более сложным, чем было ранее описано в литературе, не являясь исключительно внутрицентровым. Показано что при значительных энергиях возбуждения может происходить ионизация hva+ Ce3+ = Ce4+ + e-. Сделано предположение, что в процессах запасания энергии возбуждения участвует не только активатор Ce, но и зона проводимости, равно как и ловушечные состояния, локализованные вблизи нее.
Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов
Наноматериалы и нанотехнологии
Выявление дислокаций происходило путем абляции в результате воздействия лазерного излучения. Центрами зарождения абляции являются дислокации, выходящие на поверхность кристалла. Поперечный размер ямок травления составил ~5—10 мкм, и их перекрытие привело к чередующейся картине трехгранных пирамид, образованных плоскостями {111}. Наблюдали скругленные грани и вершины пирамид, высота профиля фигур составила ∼1—2 мкм. Линейные размеры ямок свидетельствуют о быстром протекании процесса. Исходя из суммарного времени воздействия излучения на поверхность ∼200 нc установлена скорость формирования плоских граней в ямках, которая составляет ∼0,1—0,3 м/с, что на несколько порядков превышает скорость формирования таких же граней при росте кристалла. Глубина поверхностного слоя, в котором происходило формирование структуры, составляла ∼15 мкм.
Физические свойства и методы исследования
В работе представлены результаты исследования люминесцентных свойств галлата кальция, активированного трехвалентными редкоземельными ионами Yb3+ и Er3+. Изучены спектры ИК-люминесценции образцов с одним активатором Ca1‑хYbxGa2O4,Ca1‑хErxGa2O4 при возбуждении источниками излучения с длиной волны 940 и 790 нм соответственно. Получена зависимость интенсивности люминесценции образцов от концентрации редкоземельных ионов. При возбуждении двухактиваторного состава Ca1‑х‑yYbxEryGa2O4 полупроводниковым лазерным диодом с длиной волны 940 нм зарегистрирована ИК-люминесценция в областях 980-1100 нм и 1450-1670 нм. Излучение в этих полосах соответствует электронным переходам в ионах Yb3+ и Er3+ соответственно. Для полосы люминесценции с максимумом на длине волны 1538 нм измерены спектры возбуждения, максимум интенсивности приходится на длины волн: 930, 941, 970, 980 нм. Исследована зависимость интенсивности ИК-люминесценции твердого раствора Ca1‑х‑yYbxEryGa2O4 от концентрации ионов Er3+. С увеличением концентрации ионов Er3+ в спектрах люминесценции наблюдается перераспределение в интенсивностях полос, принадлежащих ионам Yb3+ и Er3+, что указывает наналичии процессов переноса энергии между этими ионами. Исследована кинетика затухания ИК-люминесценции для серий с одним и двумя активаторами: Ca1‑хYbxGa2O4,Ca1‑хErxGa2O4, Ca1‑х‑yYbxEryGa2O4. Установлено, что затухание люминесценции происходит преимущественно по экспоненциальному закону, что указывает на преобладание внутрицентрового механизма люминесценции в исследуемых структурах. На основании анализа спектров возбуждения и спектров люминесценции экспериментальных образцов сделаны выводы о взаимодействии ионов активаторов Yb3+ и Er3+ в кристаллической решетке галлата кальция.
В последние годы наметился поворот в производстве интегральных микросхем — переход от использования однокомпонентных металлических материалов к высокочистым сплавам. Использование чистых металлов в качестве проводникового материала приводит к ряду технологических отклонений. Микролегирование металла основы позволяет устранить эти недостатки. Особо чистый алюминий с минимальным содержанием примесей широко используется в электронной технике для изготовления токопроводящих дорожек интегральных микросхем. Поэтому разработка составов новых сплавов на основе этого металла является актуальной задачей. Одним из представителей данной группы сплавов на основе особо чистого алюминия является сплав АК1М2 (Al + 1 % Si + 2 % Cu). Последний сплав был принят в качестве модельного и подвергнут модифицированию щелочноземельными металлами (ЩЗМ).
В режиме «охлаждения» по известной теплоемкости эталонного образца из меди определена теплоемкость сплава АК1М2 с ЩЗМ. При этом получены полиномы, описывающие скорости охлаждения образцов из сплава АК1М2 с ЩЗМ и из эталона. По экспериментально найденным значениям скоростей охлаждения образцов из сплавов и эталона (с учетом их массы) установлены полиномы температурной зависимости теплоемкости сплавов. Температурная зависимость теплоемкости сплавов описывается четырехчленным уравнением. Используя интегральную зависимость удельной теплоемкости сплавов, построены модели температурной зависимости изменений их термодинамических функций.
С помощью полученных зависимостей установлено, что с ростом температуры теплоемкость и термодинамические функции сплавов увеличиваются. Добавки ЩЗМ незначительно уменьшают теплоемкость, энтальпию и энтропию исходного сплава АК1М2 и увеличивают значение энергии Гиббса. В пределах подгруппы ЩЗМ теплоемкость сплавов уменьшается, что коррелирует с теплоемкостью чистых ЩЗМ в пределах подгруппы.Общие вопросы
ISSN 2413-6387 (Online)