Тонкопленочная система металл — кремний является неизоструктурной и, кроме того, характеризуется ярко выраженными процессами взаимодиффузии и химическими реакциями. Поэтому рост металлических нанопленок на кремнии сопровождается высоким уровнем дефектности пленки, особенно ее границы раздела с подложкой. Также присутствуют напряжения и образуется переходный слой, состоящий из сплавов или соединений (силицидов). Рассмотрены теоретические представления и дан обзор экспериментальных результатов по росту и свойствам металлических нанопленок (включая многослойные) на кремнии, а также краткий обзор их применения. Пленки состоят как из атомно−тонких или субквантово−размерных, так и из квантово−размерных слоев. Предложен процесс низкотемпературного роста пленки, основанный на замораживании растущих слоев в процессе осаждения, путем поддержания пониженной температуры подложки и использования атомного пучка с пониженной тепловой мощностью. В этом процессе использована специальная геометрия системы осаждения, в которой расстояние между источником и подложкой сопоставимо или меньше их размеров. Кроме того, применена временнáя последовательность осаждения, которая обеспечивает поддержание пониженной температуры поверхности подложки за счет длительной выдержки между порциями осаждения. Такой рост атомно−тонких пленок и многослойных нанопленок предотвращает взаимодиффузию между слоями, ослабляет трехмерный рост и усиливает по отношению к этим процессам латеральный слоевой рост.

Впервые методом направленной кристаллизации с использованием погруженного в расплав нагревателя выращен слиток мультикристаллического кремния. Для изучения взаимодействия материала корпуса нагревателя с расплавленным кремнием использован макет нагревателя в виде графитовой пластины, покрытой защитным слоем SiC специальной структуры. В процессе кристаллизации пластина находилась на поверхности расплава и практически полностью перекрывала зеркало расплава. Это существенно снизило интенсивность газообмена между расплавом и атмосферой в печи. В отсутствие свободной поверхности у расплава конвекция Марангони не возникала. Кристалл рос в условиях ослабленной конвекции расплава, особенно на завершающей стадии кристаллизации, когда толщина слоя расплава была значительно меньше поперечного размера тигля. Установлено, что полученный кристалл имеет ярко выраженную столбчатую структуру. Измеренное удельное сопротивление меняется с высотой слитка от 1 до 1,3 Ом ⋅ см, а время жизни неосновных носителей заряда достигает 3,7 мкс. С помощью Фурье−ИК−спектроскопии проведено исследование распределения кислорода и углерода по слитку. Показан принципиально иной характер изменения концентрации углерода по высоте слитка по сравнению с типичной линейной зависимостью для метода направленной кристаллизации.

В ближайшем будущем поликристаллический кремний (ПК) «солнечного» качества (SoG) станет основным материалом для выращивания слитков мультикристаллического кремния (МКК), предназначенных для фотовольтаического (ФВ) производства, так как требует гораздо меньше энергии для очистки по сравнению с ПК, полученным в Сименс−процессе (ПК электронного качества).

Рассмотрено несколько видов ПК с различным уровнем содержания примесей (преимущественно бора и фосфора). Для каждого из этих видов ПК при выращивании их них слитков МКК в промышленном масштабе с использованием примесей бора и галлия оптимизированы выход годного кремния и эффективность солнечных элементов. Уровень легирования рассчитан таким образом, чтобы увеличить выход годного кремния из слитка МКК. После получения слитков проверено их качество (изменение удельного сопротивления по высоте кремниевых блоков, время жизни неосновных носителей заряда) и затем из пластин созданы солнечные элементы. За счет оптимизации уровня легирования выращены сопоставимые по выходу годного кремния слитки МКК из ПК SoG и ПК, полученного Сименс− процессом, а также изготовлены солнечные элементы, сопостовимые по эффективности преобразования солнечной энергии (КПД).

Исследование проведено на заводе Kazakhstan Solar Silicon в Усть−Каменогорске, с применением казахстанского и европейского ПК SoG, а также ПК, полученного Сименс− процессом. Печи для направленной кристаллизации для выращивания МКК изготовлены французской компанией ECM Technologies.

К перспективным радиопоглощающим материалам, наряду с Ni—Zn−ферритами, относятся Mg—Zn− ферриты. Эти материалы интенсивно поглощают электромагнитные волны в интервале частот от 50 до 1000 МГц. Основным преимуществом Mg—Zn− ферритов является использование в качестве сырья недорогого оксида магния. Изучено влияние легирующих добавок ТiO2 и Bi2O3, а также примесей на микроструктуру и свойства радиопоглощающих Mg—Zn−ферритов.

Установлено влияние легирующих добавок и примесей на магнитную и диэлектрическую проницаемость Mg— Zn−ферритовых радиопоглощающих материалов. Добавка оксидов висмута приводит к некоторому снижению диэлектрической и магнитной проницаемостей Mg—Zn−феррита в диапазоне до 1000 МГц. Добавка оксида титана увеличивает диэлектрическую проницаемость в диапазоне до 1000 МГц, что важно для уменьшения длины электромагнитной волны радиопоглощающих ферритовых материалов. Добавка оксида титана приводит к сдвигу частоты поглощения поликристалличе- ского Mg—Zn−ферритового материала в сторону нижних частот, а висмута — в сторону верхних частот.

Показано, что легирующие добавки можно рассматривать как инструмент, регулирующий длину волны и диапазон поглощения радиопоглощающих ферритовых материалов.

Исследовано структурное совершенство кристалла GaSb : Te, выращенного во время беспилотного китайского космического эксперимента. Методом количественной рентгеновской топографии показано высокое структурное совершенство этого кристалла, в большей его области, которая соответствовала кристаллизации округлого фронта. В то же время выявлены дефекты, связанные с образованием области роста грани через некоторое время после начала кристаллизации. Контроль параметров во время ростового процесса отсутствовал. Проведен анализ возможных факторов, повлиявших на особенности роста данного кристалла. Исследования выполнены с использованием двухмерной карты измеренных концентраций Te в кристалле и результатов математического моделирования ростового процесса.

В рамках квазистатической несвязанной задачи термоупругости рассмотрен односторонний нагрев пластины со свободной поверхностью непрерывным лазерным излучением и обоснован метод определения неразрушающих режимов лазерного отжига диэлектрических и полупроводниковых пластин. Получено аналитическое соотношение, являющееся критерием термостойкости пластины и позволяющее определять неразрушающие режимы лазерной обработки. Модель расчета получена при допущении о независимости теплофизических, механических и оптических свойств материалов от температуры. Показано, что для ряда диэлектрических и полупроводниковых материалов существует область изменения безразмерного параметра τ, в которой возможно разрушение термоупругими напряжениями пластин из этих материалов в процессе лазерного отжига. Проведена экспериментальная проверка адекватности модели расчета на примере оптического стекла ЛК3, показавшая вполне удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных данных.

Дислокационные скопления важны в процессах зарождения и распространения деформации в моно− и поликристаллах. Именно они, в основном, приводят к образованию и росту трещин. С дислокационными скоплениями часто связывают прерывистость пластической деформации и деградацию внешней квантовой эффективности ультрафиолетовых светодиодов.

Представлена динамическая математическая модель образования дислокационного скопления источником Франка—Рида. Модель построена в вязкой, изотропной среде с использованием методов континуальной теории, и позволяет, кроме структурных свойств, определить временные характеристики образующихся скоплений. Приведены результаты исследования полученных скоплений дислокаций: конфигурации дислокаций в скоплении, зависимости числа дислокаций в заблокированном скоплении от внешнего напряжения, время образования новых дислокационных петель, а также время до блокировки источника обратным напряжением, дислокаций скопления. Проведено сравнение полученных результатов для скоплений, образованных источником Франка—Рида, с результатами для скоплений прямолинейных краевых дислокаций. Учет взаимодействия дислокаций скопления требует значительных вычислительных ресурсов. Для ускорения расчетов применено распараллеливание вычислений с использованием вычислительного 38 ядерного кластера Т−Edge−10.

Исследованы гетероструктуры AlGaN/ GaN, выращенные методом МOCVD на сапфировых и кремниевых подложках. Проведены измерения вольт−фарадных характеристик при планарном расположении ртутного зонда и второго электрода на поверхности образцов в диапазоне частот от 200 Гц до 1 МГц. Проанализирован вид типичных С—V−характеристик для гетероструктур с верхними нелегированными слоями i−AlGaN и i−GaN при толщине верхних слоев 1,5—2,5 нм. В ходе исследований при работе на низких частотах (f < 50÷200 кГц) для ряда структур с толщиной слоя i−GaN 5,0 нм при переходе из области обе- днения в область обогащения зафиксировано появление на С—V− кривых характерного пика. Высота этого пика увеличивалась с уменьшением частоты. Экспериментально показано, что частота, при которой фиксировали этот пик, может зависеть от плотности дислокаций в гетероструктурах. Дано возможное объяснение причин появления пиков с учетом модификации зонной диаграммы таких структур при наложении внешних электрических полей. Показано, что использование пассивирующего слоя Si3N4 приводит к возникновению дополнительного положительного заряда в барьерном слое.

Фотолюминесценция с максимумом, соответствующим желтому цвету свечения видимого спектра (так называемая желтая люминесценция), определяется глубокими уровнями в буферном слое GaN гетерооструктур и зависит от условий роста гетероструктур. В свою очередь, глубокие уровни влияют на сопротивление омических контактов СВЧ−транзисторов, изготовленных на таких гетероструктурах. Это обуславливает надежность работы СВЧ−транзисторов на основе GaN.

Разработаны два типа установок для контроля фотолюминесценции c максимумом в желтой части видимого спектра, предназначенные для характеризации качества гетероструктур AlGaN/GaN/SiC и AlGaN/GaN/Al2O3. Одна их представленных установок позволяет проводить «экспресс− контроль» желтой фотолюминесценции, а другая — снимать «карты» фотолюминесценции по площади пластин с гетероструктурами. Приведены примеры «карт» фотолюминесценции для структур, выращенных на различных подложках.

21 апреля 2015 г. исполнилось 75 лет со дня рождения и более 50 лет практической, научной и педагогической деятельности широко известного специалиста в области физики и технологии тонких пленок, профессора, доктора технических наук, академика РАЕН Геннадия Дмитриевича Кузнецова.

3 мая 2015 г. видному ученому, крупному специалисту в области материаловедения и технологии ферритовых материалов, доктору технических наук, профессору Леониду Михайловичу Летюку исполнилось бы 80 лет.

«Инженер от Бога! Свидетель становления всех технологий... Великолепный организатор… Человек, знающий, что и когда надо делать», — так говорили о профессоре Всеволоде Валерьевиче Крапухине его коллеги по работе, друзья.