Руководитель лаборатории:
Титов Андрей Иванович, д.ф.-м.н.
Сотрудники:
Основная область работ
Исследование процессов образования и отжига радиационных нарушений в полупроводниках при облучении ускоренными ионами, а также дифракционных процессов при взаимодействии электронов с кристаллами.
Лаборатория была организована проф. М.А. Еремеевым и развивалась трудами профессоров И.А. Аброяна, Н.Н. Петрова, В.В. Макарова, А.А. Дорожкина.
Основные исследования последних лет
- Кристализация разупорядоченных нанообластей в кремнии. (А.И. Титов в сотрудничестве с S.E. Donnelly и G. Carter из University of Salford, UK). Подробнее...
- Электрическая изоляция широкозонных полупроводников облучением легкими ионами с энергией ~ МЭВ. (А.И. Титов, П.А. Карасёв в сотрудничестве с С.О. Кучевым из Lawrence Livermore National Laboratory, USA. Подробнее...
- Накопление структурных нарушений при облучении полупроводников легкими медленными ионами. (А.И. Титов, В.С. Беляков, А.Ю. Азаров). Подробнее...
- Молекулярный эффект при накоплении структурных нарушений в полупроводниках. (А.И. Титов, Л.М. Никулина, А.Ю. Азаров, В.С. Беляков, в сотрудничестве с Молекулярный эффект при накоплении структурных нарушений в полупроводниках. (А.И. Титов, Л.М. Никулина, А.Ю. Азаров, В.С. Беляков, в сотрудничестве с С.О. Кучевым в то время сотрудником Australian National University, Canberra, Australia). Подробнее...
- Накопление структурных нарушений в кремнии при малой плотности каскадов смещений, создаваемых ионами. (А.И. Титов, В.С. Беляков, А.Ю. Азаров в сотрудничестве с G. Carter ииз University of Salford, UK и с С.О. Кучевым,в то время сотрудником Australian National University, Canberra, Australia). Подробнее...
- Образование дефектов в GaN, бомбардируемом ионами. (А.И. Титов в сотрудничестве с The Australian National University, Department of Electronic Materials Engineering, RSPhysSE, Canberra, Australia). Подробнее...
- Ионно-стимулированные эпитаксильная кристализация и планарное нарастание аморфных слоев в полупроводниках. (А.И. Титов, В.С. Беляков, С.О. Кучеев). Подробнее...
- Построение обобщенной теории дифракции излучений на колеблющейся решетке кристалла. (д.ф.м.н., проф. О.А. Подсвиров). Подробнее...
- Дифракция электронов на мягком кристаллическом потенциале. (проф. О.А. Подсвиров, доц. П.А. Карасев в сотрудничестве с доц. Б.Д. Грачевым – каф. экспериментальной ядерной физики СПбГПУ). Подробнее...
- Динамическая теория дифракции электронов в кристаллах. (проф. О.А. Подсвиров, доц. П.А. Карасев). Подробнее...
Кристализация разупорядоченных нанообластей в кремнии
Рассмотрен статистический подход к твёрдофазной эпитаксиальной кристаллизации индивидуальных разупорядоченных областей, образующихся при облучении кремния ионами. Выведены распределения вероятностей генерации событий, ответственных за протекание подобной кристаллизации и показано, что в результате «игры случайностей» должен иметь место большой разброс «жизненных циклов» для одинаковых исходных областей, что и наблюдается экспериментально. Основные результаты работы представлены в публикациях:
Электрическая изоляция широкозонных полупроводников облучением легкими ионами с энергией ~ МЭВ
Исследованы физическая природа повышения удельного сопротивления широкозонных полупроводников в результате их облучения лёгкими быстрыми ионами, которое может достигать 10 порядков и быть достаточно термоустойчивым. Предложен механизм данного явления и проведены соответствующие теоретические расчёты. Компьютерным моделированием показано, что данный механизм хорошо объясняет экспериментальные результаты для таких полупроводников, как GaN, ZnO и AlGaAs. Основные результаты работы представлены в публикациях:
Накопление структурных нарушений при облучении полупроводников легкими медленными ионами
Это направление исследований является традиционным для лаборатории. Исследования радиационного повреждения полупроводников ионами с энергиями 1-10 кэВ в широком диапазоне масс и плотностей тока ионов были начаты в конце 60-х годов прошлого века и являлись пионерскими. Для этих исследований были разработаны оригинальные методы in situ анализа состояния структуры, основанные на анизотропии ионно-электронной эмиссии и неупругого обратного рассеяния электронов. С их использованием получен очень большой объём экспериментальных данных и выявлено большое число закономерностей.
Последние результаты посвящены экспериментальным исследованиям накопления дефектов при имплантации лёгких ионов в Si и GaAs при комнатной и повышенных температурах. Установлено, что повреждение этих материалов при комнатной температуре происходит как нарастание на поверхности аморфного слоя, причём для кремния существует пороговая доза, только после превышения которой начинается процесс послойной поверхностной аморфизации. Предложен механизм, объясняющий все наблюдаемые закономерности. Результаты моделирования на его основе показали очень хорошее согласие не только с нашими экспериментальными данными, но и с данными других авторов. Основные результаты работы представлены в публикациях:
Молекулярный эффект при накоплении структурных нарушений в полупроводниках
Исследовано усиление образования устойчивых радиационных дефектов при облучении полупроводников молекулярными ионами по сравнению со случаем имплантации атомарных ионов с той же скоростью. Нами установлено, например, что в случае облучения GaN биатомарными ионами Bi эффективность введения таких дефектов в расчёте на атомную частицу возрастает в десятки раз по сравнению с внедрением атомарных ионов. Выявлен ряд закономерностей молекулярного эффекта. В частности, обнаружено влияние плотности потока ионов при имплантации лёгких частиц. Предложены механизмы данного эффекта как для случая бомбардировки тяжёлыми, так и лёгкими ионами. Результаты моделирования показывают их удовлетворительное соответствие экспериментальным данным. Основные результаты работы представлены в публикациях:
Накопление структурных нарушений в кремнии при малой плотности каскадов смещений, создаваемых ионами
Это также традиционное направление работ лаборатории, развиваемое с середины 70-х годов. В этих исследованиях были обнаружены, в частности, такие закономерности, как неаддитивность и некоммутативность процесса накопления дефектов в данных условиях, S – образность дозовой зависимости концентрации структурных нарушений и т. д. В последних работах исследовано накопление дефектов при имплантации в кремний ионов азота с энергией 40 кэВ и ионов висмута с энергией 0.5 МэВ. Установлено, что при комнатной температуре облучения имеют место 4 этапа повреждения последовательно сменяющие друг друга по мере накопления структурных нарушений, причём только на одном из них скорость введения устойчивых дефектов зависит от плотности потока ионов. Предложены механизмы радиационного повреждения, которые в ряде случаев промоделированы. Основные результаты работы представлены в публикациях:
Образование дефектов в GaN, бомбардируемом ионами
Исследовано накопление дефектов в GaN широком диапазоне масс, энергий и плотностей потока ионов как при комнатной, так и температуре жидкого азота. Все экспериментальные исследования проводились в Австралийском национальном университете. Наше участие сводилось к обсуждению экспериментальных результатов и рекомендациям по постановке некоторых экспериментов. Основные результаты работы представлены в публикациях:
Ионно-стимулированные эпитаксильная кристализация и планарное нарастание аморфных слоев в полупроводниках
Это явление было обнаружено в нашей лаборатории в 1968 году, но в то время не было ещё достаточно осознано. В дальнейшем был получен обширный экспериментальный материал, в частности, по зависимостям критической температуры перехода от планарного нарастания к кристаллизации аморфных слоёв от плотности потока ионов, обнаружен этот эффект при облучении GaAs, изучены зависимости формирования квазистационарных аморфных слоёв. Была предложена модель, объясняющая природу данных эффектов, которая удовлетворительно описывает большой объём экспериментальных данных. Основные результаты работы представлены в публикациях:
Построение обобщенной теории дифракции излучений на колеблющейся решетке кристалла
Разрабатывается в аналитическом виде теория дифракции излучений (электронов, рентгеновских лучей, нейтронов) в случае любых амплитуд колебаний атомов, т.е. вне рамок малоамплитудного приближения. Таким образом, появляется возможность аналитически описать не только случаи дифракции в условиях высокоамплитудных колебаний в кристалле (например, в результате ультразвуковой накачки), но и фононный спектр перебросного рассеяния вблизи брэгговских рефлексов, где не работает малоамплитудное приближение.Основные результаты работы представлены в публикациях:
Дифракция электронов на мягком кристаллическом потенциале
Рассматривается дифракция электронов в модели мягкого или деформационного потенциала. В этой модели, в отличие от общепринятой модели суперпозиции атомных потенциалов (иначе – модель жестких атомных потенциалов), учитывается непрерывная деформируемость распределенных в кристалле ионной и электронной плотностей при воздействии продольных колебаний, в т.ч. фононных. Такое поведение среды приводит к появлению разрывов первого рода на границах зон Бриллюэна в спектрах рассеяния (и на картинах дифракции) электронов. Некоторые из предсказанных для металлов, полупроводников и диэлектриков эффектов обнаружены в экспериментальных наблюдениях в электронной микроскопии.
Основные результаты работы представлены в публикациях:
Динамическая теория дифракции электронов в кристаллах
Проводится исследование и построение динамической теории, описывающей дифракцию электронов в нецентросимметричных кристаллах без привлечения общеупотребимой мнимой добавки к потенциалу для описания поглощения электронов. С помощью одного из первых вариантов такой теории описаны асимметрия и контраст картин каналирования электронов для нецентросимметричнного кристалла карбида кремния.Основные результаты работы представлены в публикациях: