Учёные ЮНЦ РАН исследуют перспективу импульсного лазерного напыления

Учёные научной группы технологии гетероструктур ЮНЦ РАН (г. Ставрополь) систематически исследуют перспективу импульсного лазерного напыления для получения полупроводниковых плёнок

Недавно группа представила серию работ, посвящённых оптимизации параметров импульсного лазерного напыления для получения разбавленных нитридов и висмутидов III–V группы. Исследования показывают, что метод позволяет контролировать состав и ширину запрещённой зоны при относительно низких температурах, однако требует последовательного технологического развития для преодоления ограничений, характерных для лабораторного этапа внедрения.

В работе участвовали ведущий научный сотрудник, к.т.н. Олег Девицкий, ведущий научный сотрудник, к.ф.-м.н. Александр Пащенко, а также младший научный сотрудник Иван Касьянов. Исследования проведены совместно с Северо-Кавказским федеральным университетом (г. Ставрополь) и Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе (г. Санкт-Петербург).

Ведущий научный сотрудник, к.т.н. Олег Девицкий:

«Методы молекулярно-лучевой эпитаксии и MOCVD остаются промышленным стандартом благодаря отработанной технологии, высокой воспроизводимости и масштабированию на подложках большого диаметра. Импульсное лазерное напыление (ИЛН) пока находится на стадии фундаментальной и прикладной отработки, однако его физические особенности: конгруэнтный перенос многокомпонентных мишеней, высокая кинетическая энергия компонентов плазменного факела и возможность получения метастабильных фаз вне термодинамического равновесия открывают перспективы для материалов, сложных для получения другими методами. Наша задача — не противопоставлять ИЛН устоявшимся технологиям, а определить научные и технологические ниши, где метод демонстрирует сопоставимое качество эпитаксиальных структур, и последовательно решать вопросы снижения плотности микрокапель, повышения однородности и внедрения in-situ диагностики. Именно в этом направлении ведётся планомерная работа группы.
Научной группой были получены тонкие пленки GaInAsBi на Si(001) и продемонстрирована возможность эпитаксиального роста с рассогласованием решёток до 7,8% и однородным распределением Bi по толщине слоя (~45 нм), при этом релаксация напряжений происходит через зарождение дислокаций и двойникование, что согласуется с островковым механизмом роста на начальных стадиях. Все структурные и оптические данные верифицированы методами рентгеновской дифракции, просвечивающей электронной микроскопии, рассеяния ионов средней энергии (MEIS) и оптической спектроскопии, а экспериментальные значения ширины запрещённой зоны корректно описываются моделью антипересечения зон.
В рамках текущего цикла экспериментов группа целенаправленно развивает технологическую дорожную карту метода: переход к УФ фемтосекундным лазерам для "холодной" абляции и интеграция времяпролетной спектроскопии для контроля состава в реальном времени, а также апробация алгоритмов машинного обучения для предсказания кинетики роста по динамике плазмы. Эти шаги направлены на повышение воспроизводимости, что является необходимым условием для перехода от лабораторных исследований к более прикладным применениям».

На фото: лабораторный комплекс импульсного лазерного напыления.
Фото предоставлены Олегом Девицким.