Ученые СПбГУ и ЛЭТИ разработали методику изучения материалов на основе алмаза для космической электроники будущего

Сегодня кремний активно используется для массового производства электронных приборов. Это один из самых распространенных химических элементов в земной коре (второй после водорода). Кроме того, он достаточно дешевый и обладает целым рядом полезных полупроводниковых и оптических свойств.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials Science and Engineering: B

Однако, как отмечают ученые, некоторые характеристики кремния уже недостаточны для стремительного развития современных технологий и электроники. Например, при высоких температурах и радиации его полупроводниковые свойства деградируют, а невысокая подвижность электронов в кремнии не позволяет ему успешно конкурировать с новыми материалами в СВЧ‑диапазоне, который применяется в телекоммуникационных системах последних поколений.

Поэтому ведущие научные группы мира ведут разработки, направленные на перевод электроники на новую базу. Один из перспективных материалов, способных в будущем заменить кремний, — это алмаз, который характеризуется высокой прочностью, устойчивостью к радиации и высоким температурам.

Хотя сам алмаз является диэлектриком, то есть не способен проводить через себя электрический ток, он может стать полупроводником при добавлении в его кристаллическую структуру примеси бора. Поскольку в природе алмазы встречаются несоизмеримо реже кремния, за последние два десятилетия были разработаны технологии получения их искусственных аналогов, однако они довольно затратны и технически сложны.

Чтобы увеличить возможности использования алмазов, ученые ведут работу над созданием новых, более эффективных методов синтеза камней для их более широкого использования в производстве.

Мы совместно с коллегами из Санкт‑Петербургского университета разработали методику высокоточного определения концентрации бора в наноразмерных слоях полупроводниковых структур на основе синтезированного алмаза. Предложенный математический подход может использоваться как для контроля уже выращенных образцов, так и для подбора структур с наилучшими полупроводниковыми характеристиками.

Младший научный сотрудник кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Анна Соломникова

В рамках исследования ученые изучали два вида образцов. Первый представлял собой различные алмазные подложки диэлектрического или полупроводникового типа. Второй вид состоял из алмазной подложки, на поверхности которой методом эпитаксии (напыления) были нанесены тонкие слои алмаза с примесью бора.

Исследователям требовалось точно оценить концентрацию бора в эпитаксиальных слоях независимо от того, как созданы сами подложки. Минералоги Санкт‑Петербургского университета провели измерение спектров поглощения алмазных подложек. Для того, чтобы оценить концентрацию примеси в эпитаксиальном слое, у образцов второго типа измерялись спектры оптической плотности в инфракрасном диапазоне.

Правильное определение методом ИК‑спектроскопии концентрации примесей в тонких эпитаксиальных слоях алмаза позволяет использовать данный метод в качестве быстрого и надежного инструмента проверки приборных структур на базе алмаза.

Ассистент кафедры минералогии СПбГУ Игорь Клепиков

Используя полученные данные ИК‑измерений подложек и эпитаксиальных слоев, ученые ЛЭТИ разработали математическую модель, которая позволила с высокой точностью определить концентрацию бора в эпитаксиальных слоях для любого материала.

По словам ученых, предложенная методика найдет применение в научных и прикладных разработках структур на основе алмаза. В перспективе в зависимости от концентрации бора можно будет получать структуры различных назначений, которые способны работать в критических и экстремальных условиях, например в космосе.

Санкт‑Петербургский государственный университет — старейший университет России — был основан 28 января (8 февраля) 1724 года, когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук. Сегодня СПбГУ — научный, образовательный и культурный центр мирового уровня. В 2024 году Санкт‑Петербургский университет отмечает свой 300‑летний юбилей.

План мероприятий в рамках празднования юбилея Университета был утвержден на заседании оргкомитета по празднованию 300‑летия СПбГУ, которое провел заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Чернышенко. Среди таких мероприятий — присвоение малой планете имени в честь СПбГУ, выпуск банковских карт со специальным дизайном, брендирование самолета авиакомпании «Россия» и многое другое. В честь 300‑летия Санкт-Петербургского государственного университета в почтовое обращение вышла марка, на которой изображены здание Двенадцати коллегий и памятник графу С. С. Уварову.

По решению губернатора Санкт‑Петербурга Александра Беглова 2024 год в Северной столице объявлен годом Санкт‑Петербургского университета. В день 300‑летия Университета на Ростральных колоннах будут зажжены факелы. Дворцовый мост украсят флаги Университета, а общественный транспорт — его символика, на новых туристических картах города появятся здания СПбГУ, вблизи них будут размещены тематические и исторические материалы. В мае 2024 года Университет примет участие в праздновании Дня города, а знаменитый праздник выпускников «Алые паруса» будет посвящен юбилеям СПбГУ и Российской академии наук. Также Университет запустил сайт, посвященный предстоящему празднику, с информацией о выдающихся универсантах, научных достижениях и подробностях подготовки к юбилею.