Лаборатория физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники

Телефон
8(918)515-38-09
Адрес
344006 г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова 41
Эл. почта
as.pashchenko@gmail.com


Сотрудники

Пащенко Александр Сергеевич
кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией

Научный руководитель направления:

Лунин Леонид Сергеевич
доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией (по совместительству)

Структура лаборатории:

Научная группа технологии гетероструктур (г. Ставрополь)

Научная группа физики полупроводников (г. Новочеркасск)

Лаборатория создана 9 января 2019 г. в рамках реализации Стратегии научно-технологического развития РФ и Указа Президента РФ от 07.05.2018 г.  № 204 "О национальных целях и задачах развития Российской Федерации на период до 2024 г." 

Потенциал практического применения полученных научных и научно-технических результатов заключается в расширении номенклатуры применяемых полупроводниковых материалов за счет перехода от бинарных полупроводников к многокомпонентным полупроводниковым твердым растворам AIIIBV. Тематика исследований находится в полном соответствии со Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации в части перехода к новым материалам и способам конструирования приборов наноэлектроники и фотоники нового поколения.

Деятельность лаборатории осуществляется в тесном научном сотрудничестве исполнителей с кафедрой физики и фотоники ЮРГПУ(НПИ) им. М.И. Платова (г. Новочеркасск); НОЦ фотовольтаики и нанотехнологий СКФУ (г. Ставрополь); лабораторией фотовольтаики ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург); институт нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ (г. Москва); ФТИАН ИМ. К.А. ВАЛИЕВА РАН (г. Москва), КубГУ (г. Краснодар).

ЦЕЛЬ

✓ Разработка новых полупроводниковых материалов с улучшенными функциональными свойствами и совместное решение физических и технологических проблем наногетероструктур на их основе для эффективных устройств фотоники, оптоэлектроники и СВЧ-электроники.

ТЕМАТИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
 находится в полном соответствии со Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации в части перехода к новым материалам и способам конструирования приборов наноэлектроники и фотоники нового поколения.
 
НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 
✓ Создание новых полупроводниковых материалов на основе твердых растворов соединений III–V групп. 
✓ Разработка методов синтеза из жидкой фазы, молекулярных, ионных и атомарных пучков полупроводниковых твердых растворов и создания на их основе гетероструктур для оптоэлектронных и фотонных устройств. 
✓ Термодинамический анализ спинодальных распадов твердых растворов, их устойчивость и упорядочение. 
✓ Разработка изовалентно легированных потенциальных барьеров на основе твердых растворов соединений III–V групп. 
✓ Изучение структурных, оптических и фотоэлектрических свойств разработанных полупроводниковых твердых растворов. ✓ Исследование электрофизических свойств созданных полупроводниковых наногетероструктур

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 

■ Изучена термодинамическая стабильность и разработаны методы синтеза из жидкой фазы и импульсного лазерного напыления твердых растворов GaInAsP, GaInAsBi, GaInAsSbBi на подложки GaAs, GaSb. Выявлены термодинамически устойчивые составы для получения слоев высокого структурного качества. Изучены антиструктурные дефекты в многокомпонентных твердых растворах и выявлены методы их снижения. Для новых твердых растворов GaInAsBi определен параметр кристаллической решетки. 

■ Полученные материалы имеют перспективу практического применения в солнечных элементах, лазерах, а также фотодетекторах инфракрасного диапазона.

Основные публикации

2022
1) Devitsky O.V., Nikulin D.A., Sysoev I.A., Kononov Y.G., Zakharov A.A., Mitrofanov D.V. PLD Growth of InGaAsP Nanowires: Morphology Surface and Structural Property // Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022.  St. Petersburg, 25–28 января 2022 года. – P. 942-945. DOI 10.1109/ElConRus54750.2022.9755697
2) Devitsky O.V., Mitrofanov D.V., Sysoev I.A., Kononov Y.G., Zakharov A.A., Kravtsov A.A. Influence of Indium Concentration on the Structure and Surface Morphology of InGaAs Films Obtained by Liquid-Phase Epitaxy // Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2022, St. Petersburg, 25–28 января 2022 года. 2022. P. 942-945. DOI 10.1109/ElConRus54750.2022.9755697
3) А.С. Пащенко, О.В. Девицкий, Л.С. Лунин, М.Л. Лунина, О.С. Пащенко. Структурные свойства твердых растворов GaInAsSbBi, выращенных на подложках GaSb // Письма в ЖТФ. – 2022. Т. 48. Вып. 10. – С. 24-27. DOI: 10.21883/PJTF.2022.10.52552.19164.
4) Pashchenko A.S., Devitsky O.V., Lunin L.S., Kasyanov I.V., Pashchenko O.S., Nikulin D.A. Structure and morphology of GaInAsP solid solutions on GaAs substrates grown by pulsed laser deposition // Thin Solid Films. – 2022. – Vol. 743. – P. 139064. DOI 10.1016/j.tsf.2021.139064
5) Devitsky O.V. Pulsed laser deposition of gallium nitride thin films on sapphire substrates // AIP Conference Proceedings. – 2022. – Vol. 2466. – P. 030012. DOI 10.1063/5.0088641.

2021
1) Lunin L. S., Lunina M. L., Alfimova D. L., Pashchenko A. S., Pashchenko O. S.  Morphology and Structural Properties of AlGaInSbAs Epitaxial Films Grown on InAs Substrates // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2021. – Vol. 15. – No. 3. – P. 441–448. DOI: 10.1134/S10274510210301.
2) Bogatov N. M., Grigor’yan L. R., Kovalenko A. I., Kovalenko M. S., Lunin L. S. Pulse Response Characteristics of Silicon Photovoltaic Converters Irradiated with Low-Energy Protons // Technical Physics Letters. – 2021. – Vol. 47. – No. 4. P. 324–326. DOI: 10.1134/S1063785021040040.
3) Лунин Л.С., Лунина М.Л., Алфимова Д.Л., Пащенко А.С., Яковенко Н.А., Пащенко О.С. Варизонные гетероструктуры AlxInyGa1−x−yPzAs1−z/GaAs для фотоэлектрических преобразователей // Письма в ЖТФ. – 2021. – T. 47. – Вып. 20. – С. 27-30. DOI: 10.21883/PJTF.2021.20.51610.18907
4) D. L. Alfimova, M. L. Lunina, L. S. Lunin, A. S. Pashchenko, O. S. Pashchenko, M. S. Stolyarov. The Study of GaInAsP/InP Heterostructures with an Array of InAs Nanoislands // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2021. – Vol. 15. – No. 6. – P. 1290–1295. DOI: 10.31857/S1028096021120037
5) S. A. Siddiqui, A. V. Blinov, A. V. Serov, A. A. Gvozdenko, A. A. Kravtsov, A. A. Nagdalian, V. V. Raffa, D.G. Maglakelidze, A. A. Blinova, A.V. Kobina, A. B. Golik, S. A. Ibrahim. Effect of Selenium Nanoparticles on Germination of Hordéum Vulgáre Barley Seeds // Coatings. – 2021. – Vol. 11. – P. 862. DOI: 10.3390/coatings11070862.
6) A.V. Blinov, A.A. Gvozdenko, A.A. Kravtsov, S.O. Krandievsky, A.A. Blinova, D. G. Maglakelidze, D.S. Vakalov, D.M. Remizov, A.B. Golik. Synthesis of nanosized manganese methahydroxide stabilized by cystine // Materials Chemistry and Physics. – 2021. – Vol. 265. – P. 124510. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.124510.
7) M.S. Nikova, V.A. Tarala, F.F. Malyavin, D.S. Vakalov, V.A. Lapin, D.S. Kuleshov, A. A. Kravtsov, I. S. Chikulina, L.V. Tarala, E.A. Evtushenko, E.V. Medyanik, S. O. Krandievsky, A.V. Bogach, S.V. Kuznetsov. The scandium impact on the sintering of YSAG:Yb ceramics with high optical transmittance // Ceramics International. – 2021. – Vol. 47. – P.1772–1784. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.09.003.

2020
1) L.S. Lunin. Influence of radiation defects created by low-energy pronons at 83 K temperature on the characteristics of silicon photoelectric structures // Semiconductors. – 2020. – Vol. 54, – P. 196–200. DOI: 10.21883/FTP.2020.02.48909.9255
2) Lunin L.S., Devitskii O.V., Kravtsov A.A., Pashchenko A. S. Polymer Films with Silver Nanoparticles Improve the Spectral Characteristics of Photovoltaic Converters // Technical Physics Letters. – 2020. – Vol. 46, – P. 98–101. DOI: 10.21883/PJTF.2020.02.48955.18077
3) Alfimova D.L., Lunina M.L., Lunin L.S., Pashchenko O.S., Pashchenko A.S., Yatsenko A.N. Bismuth Effect on Structural Perfection of AlGaInSbBi Elastic-Strained Epitaxial Layers Grown on InSb Substrates // Journal of Surface Investigations. – 2020. – Vol. 14. – No. 4. – pp. 771–776. DOI: 10.31857/S1028096020080038
4) L.S. Lunin, M.L. Lunina, D.L. Alfimova, A.S. Pashchenko, O.S. Pashchenko, N.M. Bogatov. AlGaInSbAs solid solutions grown on InAs substrates by zone recrystallization with a temperature gradient // Semiconductors. – 2020. – Vol. 54. – P. 759–764. DOI: 10.21883/FTP.2020.07.49505.9388
5) Lunin L.S., Lunina M.L., Alfimova D.L., Pashchenko A.S., Pashchenko O.S. Phase Transitions in Bismuth-Containing Elastostressed AlGaInSbBi–InSb Heterosystems // Physics of the Solid State. – 2020. – Vol. 62. – P.597–602. DOI: 10.21883/FTT.2020.04.49114.440.
6) M. L. Lunina, L. S. Lunin, D. L. Alfimova, A. S. Pashchenko, O. S. Pashchenko. Isoperiodic
GaxIn1–xSbyAszP1 – y – z/InP heterostructures for planar p–n photodiodes // Technical Physics Letters. – 2020. – Vol. 46. – No. 10. – P. 979–982. DOI: 10.1134/S1063785020100077
7) M. L. Lunina, L. S. Lunin, D. L. Alfimova, A. S. Pashchenko, E. M. Danilina, O. S. Pashchenko. Synthesis from the liquid phase of bismuth-containing AlGaInAsP solid solutions on InP substrates: growth kinetics, structural and luminescent properties // Thin Solid Films. – 2020. – Vol. 711. – p.138295. DOI: 10.1016/j.tsf.2020.138295.
8) O. V. Devitsky, D. A. Nikulin, I. A. Sysoev. Pulsed laser deposition of gallium nitride thin films on sapphire substrates // AIP Conference Proceedings. – 2020. – Vol 2313. – P.030012. DOI: 10.1063/5.0032227
9) Danilina E., Lunin L., Pashchenko O. Estimation of thermodynamic stability of GaInAsSb/GaAs and GaInAsP/GaAs isoperiodic epitaxial structures in cascade solar cells // URALCON 2020
10) Blokhin E.E., Irkha V.A. Modeling and analysis of functional characteristics of QD-InAs/GaAs heterointerface with multi-barrier layers IOP Conference Series Materials Science and Engineering
 
2019
1) L.S. Lunin, M.L. Lunina, A.S. Pashchenko, D.L. Alfimova, O.S. Pashchenko. Heterostructures GaxIn1-xAsyBizSb1–y–z/InSb for Photodetector devices // Technical Physics Letters. – 2019. – Vol. 45, No. 8. – P. 823–826. DOI: 10.21883/PJTF.2019.16.48152.17863.
2) L.S. Lunin, O.V. Devitskii, I.A. Sysoev, A.S. Pashchenko, I.V. Kas’yanov, D.A. Nikulin, V.A. Irkha. Ion-Beam Deposition of Thin AlN Films on Al2O3 Substrate // Technical Physics Letters. – 2019. – Vol. 45. No. 12. – P. 1237–1240. DOI: 10.21883/PJTF.2019.24.48797.18006
3) A. A. Kravtsov, M. S. Nikova, D. S. Vakalov, V. A. Tarala, I. S. Chikulina, F. F. Malyavin, O. M. Chapura, S. O. Krandievsky, D. S. Kuleshov, V. A. Lapin. Combined effect of MgO sintering additive and stoichiometry deviation on YAG crystal lattice defects // Ceramics International. – 2019. – Vol. 45. – Iss. 16, – P. 20178-20188, DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.06.287
4) L. S. Lunin, M. L. Lunina, A. S. Pashchenko, D. L. Alfimova, D. A. Arustamyan, A. E. Kazakova. Cascade Solar Cells Based on GaP/Si/Ge Nanoheterostructures // Technical Physics Letters. – 2019. – Vol. 45, –No. 3, - P. 250–252. DOI: 10.1134/S1063785019030313
5) D. L. Alfimova, L. S. Lunin, M. L. Lunina, A. S. Pashchenko, E. M. Danilina. On the properties of isoparametric AlInGaAsP/InP heterostructures // Semiconductors. – 2019. – Vol. 53. – No. 7. – P. 887–891. DOI: 10.1134/S1063782619070029
6) M. L. Lunina, L. S. Lunin, D. L. Alfimova, A. S. Pashchenko, E. M. Danilina, V. V. Nefedov. Effect of Bismuth on the Properties of Elastically Stressed AlGaInAsP〈Bi〉/InP Heterostructures // Semiconductors. – 2019. – Vol. 53. – No. 8. – P. 1088–1091. DOI: 10.1134/S1063782619080141
7) Danilina E., Astakhov V. Methods for eddy current energy losses reduction in vortex-layer devices // 2019 International Ural Conference, URALCON 2019, – P. 428-432. DOI: 10.1109/URALCON.2019.8877617.
8) Danilina E., Paschenko O. Mathematical model of electrodynamic suspension during passage of the guideway track joints // 2019 International Russian Automation Conference, RUSAUTOCON 2019, – P. 1-5. DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867643
 
2018
1. A.S. Pashchenko, L. S. Lunin, S. N. Chebotarev, M. L. Lunina. Study of the Structural and Luminescence Properties of InAs/GaAs Heterostructures with Bi-Doped Potential Barriers // Semiconductors, 2018, Vol. 52, No. 6, pp. 729–733.
2. L.S. Lunin, B.M. Sinel’nikov, I.A. Sysoev. Features of Ion-Beam Treatment of Sapphire Surface // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2018, Vol. 12, No. 5, pp. 898–901.
3. D. L. Alfimova, L. S. Lunin, M.L. Lunina, A. S. Pashchenko, S. N. Chebotarev, A. E. Kazakova, D. A. Arustamyan. Investigation of Structural Perfection of Thin-Film InAlGaPAs/GaAs Heterostructures // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2018, Vol. 12, No. 3, pp. 466–472.
4. L.S. Lunin, M.L. Lunina, A.A. Kravtsov, I.A. Sysoev, A.V. Blinov, A.S. Pashchenko. Effect of the Ag Nanoparticle Concentration in TiO2–Ag Functional Coatings on the Characteristics of GaInP/GaAs/Ge Photoconverters // Semiconductors, 2018, Vol. 52, No. 8, pp. 993–996.
5. D.L. Alfimova, M.L. Lunina, L.S. Lunin, A.S. Pashchenko, A.E. Kazakova. The Effect of Bismuth on the Structural Perfection and the Luminescent Properties of Thin-Film Elastically Stressed AlxInyGa1–x–yBizSb1–z/GaSb Heterostructures // Physics of the Solid State, 2018, Vol. 60, No. 7, pp. 1280–1286.
6. A.S. Pashchenko, L.S. Lunin, E.M. Danilina, S.N. Chebotarev. Variation of the photoluminescence spectrum of InAs/GaAs heterostructures grown by ion-beam deposition // Beilstein J. Nanotechnol. 2018. 9. 2794–2801.
7. L.S. Lunin, M.L. Lunina, A.E. Kazakova. Growing of AlInGaAsP Solid Solutions on InP Substrates for Photovoltaic Converters // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284, pp. 188-193.
  

Основные результаты (2019-2022 гг.) с фотографиями.

Функциональные оптические покрытия для оптоэлектронных устройств
Методом ионно-лучевого осаждения (ИЛО) на сапфировых подложках выращены тонкие пленки AlN.
Спектры пропускания тонких пленок AlN на сапфире
 
Результаты исследования оптических спектров пропускания показали, что для выращивания методом ИЛО пленок AlN с высокими значениями коэффициента пропускания (92%). Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о перспективности применения метода ИЛО для выращивания буферных слоев AlN на сапфире для оптоэлектронных устройств.
Разработан способ получения пленок поливинилбутираля с наночастицами серебра. Изучены свойства полученных пленок в качестве просветляющих покрытий для кремниевых фотоэлектрических преобразователей.
Спектральные зависимости внешнего квантового выхода кремниевых солнечных элементов с функциональным покрытием ПВБ−Ag с различной концентрацией серебра.

Проведенные экспериментальные исследования показывают, что пленки на основе ПБВ−Ag могут эффективно использоваться в качестве функциональных покрытий для кремниевых солнечных элементов.
Полупроводниковые твердые растворы для оптоэлектронных и фотонных устройств
Синтезированы из жидкой фазы с дополнительным температурным градиентом висмутсодержащие твердые растворы AlGaInAsP. Исследовано влияние висмута на кинетику синтеза твердого раствора AlGaInAsP, структурные и люминесцентные свойства.
 

Показано, что увеличение концентрации висмута в твердом растворе приводит к повышению структурного совершенства эпитаксиального слоя AlGaInAsP, а также к смещению основного пика фотолюминесценции гетероструктур AlGaInAsPBi/InP в длинноволновую область из-за уменьшения ширины запрещенной зоны.

 
Синтезированы твердые растворы GaInAsSbBi с различным содержанием Bi на подложках n-GaSb с разориентацией 6° между плоскостями (100) и (111)А. Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции установлено, что пленки имеют поликристаллическую структуру. Показано, что в пленках с меньшим содержанием Bi толщина переходного аморфного слоя на гетерогранице «слой-подложка» уменьшается.
 
 

Результаты исследования показывают, что твердые растворы GaInAsSbBi с xBi < 5 at. %, выращенные на разориентированных подложках GaSb имеют перспективу для использования в качестве переходных буферных слоев в полупроводниковых наногетероструктурах.
 
Синтезированы твердые растворы GaInAsP на подложках GaAs методом импульсного лазерного осаждения и изучено влияние плотности потока лазерного излучения на морфологию и структуру пленок.
 

 
 
 
Результаты элементного анализа поверхности образца GaInAsP методом EDX: а) — область сканирования; b) таблица количественных результатов; c) картирование элементов по области сканирования; d) спектры EDX тонкой пленки GaInAsP.

В дальнейших исследованиях мы планируем развить полученные результаты и изучить оптические и фотоэлектрические свойства выращенных пленок для практических приложений. Мы ожидаем, что пленки GaInAsP, текстурированные микрокаплями индия на поверхности, могут быть использованы в устройствах, основанных на поверхностном плазмонном эффекте.

Научное оборудование.

Научная группа технологии наногетероструктур (г. Ставрополь) 

  • Установка молекулярно-лучевой эпитаксии
  • Экспериментальная установка ионно-лучевого осаждения
  • Экспериментальная установка импульсного лазерного напыления
  • Рентгеновский измерительный комплекс РИКОР

 
Научная группа физики полупроводниковых гетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники (г. Новочеркасск) 

  • Установка на базе ртутного зонда для измерения вольтфарадных характеристик и профилей концентрации носителей заряда в полупроводниковых структурах.
  • Сканирующий электронный микроскоп ZEISS EVO 50 XVP с приставкой энергодисперсионного микроанализатора EDAX.
  • Лазерный 3D-микроскоп KeyenceVK-9700.
  • Импульсный имитатор солнечного излучения для измерения нагрузочных вольтамперных характеристик фоточувствительных наногетероструктур.
  • Установка для измерения спектральных зависимостей внешнего квантового выхода полупроводниковых микро- и наноструктур.
  • Установка для измерения спектров фотолюминесценции полупроводниковых микро- и наноструктур в диапазоне от 320 - 6000 нм.

 
10. Любая дополнительная информация (фото)
 
 
Руководитель лаборатории, в.н.с. Пащенко А.С.

г.н.с., д.ф.-м.н., профессор Лунин Леонид Сергеевич
 


 
Рабочие моменты
 
 
Профессор Лунин Л.С. с аспирантами
 

 
 
Алфимова Д.Л. во время работы за оптическим микроскопом
 
 
Лунина М.Л. работает за газофазным реактором
 
 
Установка молекулярно-лучевой эпитаксии

 
 
Лапин В.А. и Касьянов И.В. во время работы за установкой молекулярно-лучевой эпитаксии

 
 
 
Корчагин В.И. работает с установкой импульсного лазерного напыления
 
Девицкий Олег за установкой ионно-лучевого осаждения

 

Обсуждение результатов термодинамического анализа многокомпонентных полупроводниковых твердых растворов
 
 
Установка измерения спектров фотолюминесценции полупроводниковых структур
 
Измерительный рентгеновский комплекс «Рикор»
Фотография и конструкция экспериментальных образцов солнечных элементов GaInP/GaAs/Ge с покрытием TiO2-Ag

Публикации сотрудников в журналах
 

 


 
Опубликованные монографии