Рассмотрены дозовые ионизационные эффекты в полупроводниковых приборах и интегральных схемах на базе кремния в условиях воздействия низкоинтенсивного ионизирующего излучения космического пространства. Дано описание механизма радиационно−индуцированного накопления заряда в диэлектрике МОП−структур и на границе раздела полупроводник/диэлектрик. Также проанализирована природа дефектов в структуре Si/SiO2, отвечающих за эти процессы. Преведены особенности отжига накопленного при облучении заряда в диэлектрике и поверхностных состояний. Рассмотрены особенности деградации МОП− и биполярных приборов в условиях низкоинтенсивного радиационного облучения, характерного для космического пространства. Показано, что в условиях низкоинтенсивного облучения в МОП−приборах возникают зависящие от времени эффекты, обусловленные особенностями кинетики накопления и отжига зарядов в структуре Si/SiO2, тогда как в биполярных приборах наблюдаются истинные эффекты мощности дозы. Дан обзор основных методов экспериментального моделирования эффектов низкоинтенсивного облучения при ускоренных испытаниях кремниевых приборов и микросхем. Показано, что для моделирования зависящих от времени эффектов в МОП−приборах и истинных эффектов мощности дозы в приборах и микросхемах биполярной технологии используют принципиально разные экспериментальные подходы.

На основе изучения закономерностей формирования дефектной структуры и текстуры термоэлектрических материалов при разных температурах экструзии рассмотрено влияние конкуренции между процессами деформации, возврата и рекристаллизации на структуру и свойства экструдированных материалов. Исследования проведены с применением методов рентгеновской дифрактометрии (анализ структуры по уширению пиков) и Хармана (измерение термоэлектрических свойств). Измерения плотности образцов выполнены методом гидростатического взвешивания. На исследованных образцах термоэлектрического материала выявлены немонотонные зависимости изменения текстуры, электрофизических свойств (электро−, теплопроводность, коэффициент термо−ЭДС, термоэлектрическая эффективность) и плотности экструдированного материала от температуры экструзии. Установлена оптимальная температура экструзии для термоэлектрических материалов, при которой наблюдается наибольшее значение термоэлектрической эффективности. Показано, что наилучшими свойствами обладает материал после экструзии при температуре 400 °С. При этом наблюдается оптимальное сочетание коэффициента термо−ЭДС, электро− и теплопроводности, возникающее за счет конкуренции динамической рекристаллизации, при которой образуются активные дефекты за счет движения высокоугловых границ зерен. Кроме того, за счет отжига точечных дефектов повышается подвижность носителей заряда, и снижается плотность за счет образования пор.

В монокристаллах кремния p−типа проводимости (p−Si) исследованы особенности поведения деформационных характеристик в условиях совместного действия электрического тока и температуры, а также отдельно электрического тока. Изучена зависимость изменения удельной электрической проводимости p−Si от температуры при его нагреве и остывании как в условиях сжатия, так и без него. Наблюдается небольшой рост удельного сопротивления p−Si с ростом приложенного давления. В условиях совместного действия на монокристалл температуры и электрического тока обнаружено увеличение сопротивления деформированию. В случае действия только электрического тока при сжатии монокристалла обнаружено увеличение пластических свойств. Изучены поверхностные микроструктуры полученных деформированных образцов. Предложены возможные физические объяснения наблюдаемым явлениям.

С помощью математического моделирования проведено сравнение напряжений и деформаций в термоэлектрическом материале на основе твердого раствора Bi0,4Sb1,6Te3 при экструзии через фильеры с разным диаметром. Показано, что при экструзии через фильеру диаметром 20 мм возникает более неоднородная деформация, чем при экструзии через фильеру 30 мм. Установлено, что при увеличении диаметра фильеры структура материала получается менее дисперсная, но более однородная по размерам. Степень преимущественной ориентации зерен при экструзии через фильеру большего диаметра более высокая. Обнаружено изменение параметра решетки твердого раствора по длине экструдированного стержня, связанного с дефектообразованием в процессе экструзии. Выявлено, что концентрация вакансий больше при экструзии через фильеру меньшего диаметра. Это является следствием более интенсивного протекания процессов динамической рекристаллизации. При переходе к большему диаметру фильеры и более низкой температуре экструзии термоэлектрические свойства материала сохраняются за счет лучшей текстуры.

Обоснована необходимость разработки методологии выбора исходных материалов, архитектуры и синтеза гетероструктур, базирующихся на отечественных материалах и технологиях, с привязкой к конкретным типам СВЧ−компонентов. По мере расширения номенклатуры существенно возрастают требования к энергопотреблению, габаритам и весу, частотному диапазону, шумам, значениям рабочих температур и другим характеристикам СВЧ−компонентов. Рассмотрены конкретные примеры усилителей мощности различного назначения (системы беспроводной связи и системы локации). Показано, что для выполнения подобных разработок требуется применение современных методов многоуровневого компьютерного моделирования с использованием различных методов оптимизации, а также широкое использование проверенных технических решений. Конечным результатом данной разработки является создание ряда типовых моделей гетероструктур, базирующихся, в том числе, на решении оптимизационных задач по выбору исходного материала, материала подложки, состава слоев, их последовательности, толщины слоев, содержания в них примеси, распределения ее по толщине слоя и т. д. Все это в совокупности позволяет сформировать в гетероструктуре допустимый уровень механических напряжений и высокие значения электрофизических характеристик. Набор исходных данных в виде библиотеки типовых моделей гетероструктур позволит заметно ускорить разработку различных СВЧ−компонентов и компонентов оптоэлектроники в системе приборно− технологического проектирования, улучшить характеристики приборов и экономические показатели.

Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) и спектроскопии ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения (X−ray absorption near edge structure — XANES) проведена диагностика массивов столбиков никеля, распределенных в матрице SiO2 на подложке кремния. Столбики Ni получены методом электрохимического осаждения металла в поры матрицы диоксида кремния, сформированные трековым методом. Латентные треки получены путем облучения слоя SiO2 тяжелыми ионами золота на ускорителе Института Хан−Майтнер (Берлин, Германия). Методом РЭМ установлены особенности заполнения пор металлом, показана специфика образования столбиков Ni, их морфология (поверхность и сколы). Электронно−энергетическое строение массивов столбиков Ni исследовано методом XANES с помощью высокоинтенсивного синхротронного излучения ультрамягкого рентгеновского диапазона накопительного кольца BESSY II Гельмгольц−центра г. Берлина. Путем анализа локального окружения атомов кремния, никеля и кислорода по данным синхротронного метода XANES изучена специфика фазового состава поверхностных слоев, включая границу раздела столбик−матрица. Возможное образование фазы силицида никеля показано лишь при определенных режимах формирования массивов столбиков: в случае частичного разрушения матрицы диоксида кремния и при контакте металла с подложкой Si. Изучена специфика естественного окисления поверхности гетероструктуры «столбик никеля — диоксид кремния».

В июле 1956 г., 60 лет тому назад, методом Чохральского был выращен первый в СССР промышленный монокристалл германия. Метод выращивания монокристаллов по Чохральскому в настоящее время является наиболее распространенным способом получения объемных монокристаллов. Достигнутый высокий технический уровень реализации и высокая степень автоматизации процесса делают этот метод наиболее предпочтительным для производства объемных монокристаллов, таких как кремний, германий, ряд оксидных кристаллов, многокомпонентных соединений. Дан исторический обзор появления и распространения этого метода с момента его изобретения Яном Чохральским в 1916 г. и до наших дней. Отмечается, что метод Чохральского в обозримой исторической перспективе останется ведущим методом получения объемных монокристаллов широкого круга материалов в промышленности и в научных разработках Представлены основные этапы развития метода в СССР и России. Проведено сравнение уровня зарубежных и отечественных разработок как в области создания оборудования, так и в области развития технологии. Обсуждены проблемы текущего состояния и перспективы развития метода. В России сегодня наблюдается отставание от мирового уровня промышленной практики выращивания монокристаллов для ряда важных материалов – кремния, арсенида галлия, антимонида индия и ряда других. Предлагаются необходимы действия со стороны государства, профессионального сообщества и институтов развития.