№ 20-08-00108/20 Исследование закономерностей образования дефектов на микро- и наноуровнях в твердотельных гетероструктурах на основе пятикомпонентных твердых растворов AIIIBV (грант РФФИ)

Проект направлен на исследование закономерностей дефектообразования на микро- и наноуровнях в твердотельных структурах на основе пятикомпонентных твердых растворов AIIIBV и влияние их на механические, электрофизические, люминесцентные свойства и спектральные характеристики. Интерес твердотельной электроники к материалам на основе соединений AIIIBV и, в особенности, к пятикомпонентным твердым растворам (ПТР) и гетероструктурам на их основе, определяется возможностью независимого управления шириной запрещенной зоны, периодом кристаллической решетки, а для пятикомпонентных систем и коэффициентом термического расширения (КТР). Указанные возможности открывают принципиально новые перспективы для создания оптоэлектронных гетероструктур, плавно перекрывающих практически весь спектральный диапазон доступный соединениям AIIIBV (0.2 ≤ λ ≤ 8 мкм). Повышенные требования, предъявляемые к свойствам новых материалов, к которым относятся ПТР, обладают заметно различающимися радиусами атомов, электронной плотностью и другими аспектами химической индивидуальности компонентов и связаны со спецификой их получения и эксплуатации. Физические свойства ПТР во многом определяются дефектами, возникающими в процессе их роста, их типом, количеством и распределением по структуре. Часть дефектов возникает из-за влияния неконтролируемых и контролируемых фактов при кристаллизации. Кроме того можно вводить в структуры в процессе кристаллизации преднамеренно, с целью управления их составом и, как следствие, распределением упругих напряжений в кристаллической фазе. Поле напряжений может выступать как эффективный фактор, формирующий электронный спектр кристалла, который определяет оптические, электрофизические и прочие свойства пятикомпонентных гетероструктур, значимых с точки зрения их использования в приборах оптоэлектроники. Существенно новым подходом является учет размерных эффектов, заметно проявляющихся при формировании твердотельных структур, хотя бы один размер которых составляет сотни нанометров и менее. Дислокации, точечные дефекты и образуемые ими комплексы с легирующими примесями существенно влияют на электрофизические свойства структур, а следовательно, и на параметры приборов, изготовленных на их основе. Кроме того, применение бинарных подложек и твердых растворов соединений AIIIBV в технологии изготовления приборов осложнено высокой хрупкостью материала, приводящей к его разрушению в технологическом процессе. Поэтому необходимо изучение механических свойств эпитаксиальных структур, особенно в области температур близких к температуре выращивания. Исследования в этом направлении позволят понять процессы дефектообразования, формирования электрофизических свойств твердотельных структур, а также рассмотреть фундаментальные проблемы физики и механики в проектировании новых материалов, поскольку в этой области все кристаллические дефекты играют значительную роль. Результаты этих исследований, несомненно, имеют большое практическое значение для оптимизации технологии получения эпитаксиальных структур для высокоэффективных приборов оптоэлектроники. При выполнении проекта планируется теоретически исследовать и провести расчеты когерентной диаграммы состояния пятикомпонентных систем, области несмешиваемости пятикомпонентных твердых растворов AIIIBV. Будет исследовано влияние кристаллографической ориентации подложки на состав твердых растворов при эпитаксии, эффект стабилизации периода решетки и ограничения по плавности в пятикомпонентных системах AIIIBV, а также исследованы кинетические особенности кристаллизации тонких пленок твердых растворов AIIIBV и их свойства в зависимости от периода решетки, КТР, толщины пленки и технологических параметров роста. Основное влияние будет уделено исследованию механизма и особенностям дефектообразования в пятикомпонентных системах и влиянию дефектов на свойства микро- и наноразмерных пленок твердых растворов AIIIBV, а также спектральные характеристики приборов инфракрасной оптоэлектроники, изготовленных на гетероструктурах (ПТР–бинарная подложка) соединений AIIIBV. Учитывая интерес твердотельной электроники к материалам на основе пятикомпонентных твердых растворов AIIIBV и гетероструктурам на их основе, а также отсутствие исследований процессов дефектообразования в них и влияния дефектов на механические, электрофизические и оптические свойства, предлагаемый проект не только является актуальным, но и обладает абсолютной новизной.