Формування надгратки адсорбованих атомів у напівпровідниках із структурою цинкової обманки в електричному та механічному полях

ДР № 0119U100667. Терміни виконання НДР: 2019-2021 рр.

Науковий керівник: Кузик О.В., канд. фіз.-мат. наук, доцент.

Фактичний обсяг фінансування за період виконання: із загального фонду держбюджету МОНУ 1468,35 тис. грн., у 2021 р. – 611,350 тис. грн.

Cекція: загальна фізика

Категорiя науково-дослідної роботи: фундаментальне дослідження

Одержаний науковий результат, його новизна, науковий рівень, значимість

та практичне застосування

Розроблено теорію нуклеації нанометрової структури адатомів при дії всебічного тиску та зовнішнього електричного поля з урахуванням акустоелектронної взаємодії. У межах нелокальної пружної взаємодії адатома з атомами матриці із врахуванням сил дзеркального зображення розвинуто теорію дисперсії поверхневих пружних акустичних хвиль залежно від концентрації адсорбованих атомів. Визначено період нанометрової структури адатомів залежно від величини всебічного тиску, величини та напряму електричного поля, температури, середньої концентрації адатомів та електронів провідності. Встановлено, що у напівпровіднику GaAs збільшення всебічного тиску та напруженості електричного поля залежно від напрямку призводить до збільшення або зменшення критичної температури (критичної концентрації адатомів), при якій можливе формування самоорганізованої наноструктури. Показано, що у сильнолегованому напівпровіднику n-GaAs збільшення напруженості електричного поля призводить до монотонної зміни (зменшення чи збільшення, залежно від напрямку електричного поля) періоду самоорганізованих поверхневих наноструктур адатомів. Встановлено, що збільшення тиску призводить до розширення температурних інтервалів, у межах яких формуються нанометрові структури адатомів, та зменшення їх періоду. Для напівпровідника GaAs розраховано критичні значення тиску, при яких формуються нанокластери, залежно від температури.

Розрахунок ширини поверхневої акустичної фононної моди на дефектній поверхні монокриcталічної підкладки, результати теоретичних досліджень механізмів збудження електронних станів на адсорбованій поверхні напівпровідників з врахуванням поверхневої акустичної хвилі (ПАХ), дослідження умов формування надгратки адатомів в електричному та механічному полях можна використати для розробки оптимальних технологічних режимів формування наноструктур методом молекулярно-променевої епітаксії, методом йонної імплантації та при наносекундному лазерному опроміненні поверхні. Досліджена динаміка ПАХ на адсорбованій поверхні напівпровідників може бути використана при побудові пристроїв зчитування оптичних голограм у фоторефрактивних кристалах. Розвинута теорія дисперсії і ширини фононної моди ПАХ безпосередньо може бути використана для побудови нового класу радіометричних сенсорів вимірювання температури, тиску та концентрації адсорбованих атомів на поверхні підкладки. Встановлені умови формування надгратки адатомів дозволять збільшити роздільну здатність оптичного запису зображень на n-p-i-m наноструктурах за рахунок збільшення рухливості і часу життя носіїв струму. Отримані результати можуть бути використані у військовій сфері для створення приймачів середнього інфрачервоного діапазону на основі переходів Шотткі з резонансними структурами у вигляді розімкнутих прямокутних резонаторів (розміри яких менші за довжину хвилі реєструючого випромінювання) з високою щільністю (порядку 10¹² см^-2), які формуються в приповерхневій матриці СdTe (GaAs) для систем самонаведення. Наявність високої поверхневої щільності бар’єрів Шотткі, порівняно з існуючими аналогами, забезпечить збільшення чутливості приладів на порядок.

Розвинута теорія дисперсії ПАХ та електронної хвилі на динамічно деформованій адсорбованій поверхні напівпровідників із структурою цинкової обманки є основою для розуміння закономірностей формування поверхневих електронних станів на адсорбованій поверхні монокристалічних твердих тіл. Встановлений взаємозв’язок між квазірелеєвською хвилею на адсорбованій поверхні та її електронними характеристиками дає можливість діагностувати динамічну провідність, рухливість та концентрацію носіїв заряду на поверхні напівпровідників із структурою цинкової обманки. Запропонований метод опису самоузгоджених дифузійно-акустоелектронних ефектів може бути використаний для розробки теорії синергетичних явищ при формуванні 0D, 1D та 2D напружених наносистем.

Кількісні показники результатів дослідження

– Статті у журналах, що входять до наукометричних баз даних Scopus та/або Web of Science Core Collection – 12;

– Англомовні статті та тези доповідей у матеріалах міжнародних конференцій, що індексуються Scopus та/або Web of Science Core Collection – 7;

– Статті у фахових виданнях категорії А та Б – 10;

– Монографії та розділи монографій, опубліковані за рішенням Вченої ради закладу вищої освіти – 1;

– Монографії та розділи монографій, опубліковані в іноземних видавництвах – 1.

– Патенти – 2;

– Захищено кандидатських дисертацій – 2.