Лаборатория оптики и электрофизики (№105)


Научный руководитель лаборатории - Галкин Николай Геннадьевич, доктор физико-математических наук, профессор по специальности, заместитель директора ИАПУ ДВО РАН по научно-образовательной и инновационной деятельности.

Состав лаборатории

Всего сотрудников - 12,
научных сотрудников - 8, из них:
докторов наук - 1,
кандидатов наук - 6.

История лаборатории

Лаборатория оптики и электрофизики была организована 26 июня 1995 года и вошла в состав Научно-технологического центра полупроводниковой микроэлектроники, а затем - в отдел физики поверхности. Заведующим лаборатории с момента ее организации по настоящее время является д.ф.-м.н. Галкин Николай Геннадьевич.
За период становления и развития лаборатории с 1996 года по 2011 год был получен ряд фундаментальных результатов и развиты методики исследования оптических, электрических и магнитных свойств, как в условиях сверхвысокого вакуума, так и на воздухе.
За это время опубликовано более 80 статей в российских и международных журналах и более 40 статей в трудах международных и всероссийских конференций.
Сотрудниками лаборатории защищены одна докторская и восемь кандидатских диссертаций.
Лаборатория активно участвует в подготовке студентов на базовой кафедре ДВГУ (теперь ДВФУ), что позволяет делать набор в аспирантуру и пополнять коллектив лаборатории.
Ведется плодотворное научное сотрудничество с Институтом технической физики и материаловедения (Венгрия,Будапешт), Институтом физики (Беларусь, Минск), Университетом Шизуока (Япония, Хамаматсу), Национальной физической лабораторией (Индия, Дели), Институтом физики полупроводников СО РАН (Новосибирск),Казанским физико-техническим институтом КазНЦ РАН (Казань), Институтом физики СО РАН (Красноярск), Амурским государственным университетом и Дальневосточным геологическим институтом ДВО РАН.

Преподавательская деятельность сотрудников лаборатории

Основные направления научных исследований

  • Развитие физических основ технологии роста новых материалов на основе кремния и встроенных в кремниевую решетку нанокристаллов полупроводниковых силицидов.
  • Исследование и моделирование оптических, электрических и магнитных свойств материалов с пониженной размерностью на основе кремния.
  • Разработка и исследование свойств новых видов полупроводниковых приборов на кремнии с использованием систем пониженной размерности.

Основные результаты

  • Предложен и реализован принципиально новый подход для исследования электрических свойств двумерных материалов в условиях сверхвысокого вакуума на основе двухчастотных Холловских измерений, определены электрические параметры и механизмы рассеяния носителей в двумерных неупорядоченных пленках металлов (хром, железо, магний, иттербий, марганец, кальций, сурьма) и упорядоченных поверхностных фазах металлов (хром, железо, магний, алюминий) на кремнии, обнаружены поверхностные фазы на кремнии, обладающие как металлическими, так и полупроводниковыми свойствами.

  • Развита методика дифференциальной отражательной спектроскопии в условиях сверхвысокого вакуума на базе скоростного многоканального спектрофотометра и методики обработки спектров дифференциального отражения, что позволило впервые получить данные об оптических свойствах низкоразмерных и нанокристаллических материалов на кремнии в процессе их роста на поверхности кремния.

  • Развитие методики сверхвысоковакуумных измерений магнитооптического эффекта Керра позволило исследовать процесс формирование ферромагнитных свойств островковых пленок железа на кремнии, что важно для создания приборов кремниевой спинтроники.

  • Систематизированы и обобщены данные по структуре, электрическим, фотоэлектрическим и оптическим свойствам толстых эпитаксиальных пленок дисилицидов хрома, железа и марганца и силицидов магния и кальция, выявлены особенности их зонной энергетической структуры, влияющие на оптические, фотоэлектрические и термоэлектрические свойства.

  • Выявлены особенности самоформированиянаноразмерных островков полупроводниковых силицидов хрома, железа и магния на кремнии и оптимизированы технологические параметры этого процесса. На основе разработанных методик впервые выращены монолитные многослойные нанокристаллические материалы с уникальными термоэлектрическими и люминесцентными свойствами на основе кремния и силицидов железа, хрома и магния, исследована их структура, оптические, электрические и люминесцентные свойства, а также приборные свойства меза-диодных структур, полученных на их основе.

  • Впервые для монокристаллических подложек Si(100) и Si(111), имплантированных низкоэнергетическими ионами железа или хрома с различными дозами, апробирована процедура сверхвысоковакуумной низкотемпературной (Т=850оС) очистки в потоке атомов кремния, выращены эпитаксиальные слои кремния с толщиной до 1.7 мкм и созданы гетероструктуры с высокой интенсивностью пика фотолюминесценции в диапазоне энергий 0.76-0.88 эВ при температурах 5-150 K и повышенным спектральнымфотооткликом при энергиях фотонов 0.6 - 1.1 эВ.

  • Обнаружен новый механизм миграции в трехслойных гетероструктурах со встроенными нанокристаллами (НК) дисилицида хрома (CrSi2)по даннымвысокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии на поперечных срезах. При встраивании в эпитаксиальный слой кремния НК CrSi2 с размерами 10-30 нм перемещается из положения около границы первого слоя через канал толщиной до 5 нм в другое положение около границы следующего слоя или поверхности образца.

  • Показано, что поверхностная фаза (ПФ) Si(100)-c(4x12)-Al, предварительно сформированная на Si(100), при осаждении на нее железа блокирует при комнатной температуре перемешивание атомов Fe и подложки. Установлено, что подвижность основных носителей заряда и проводимость данной ПФ выше на 16%, чем в Si(100)2x1 при температурах 20-180оС. Осаждение железа на ПФ Si(100)-c(4x12)-Al приводит к росту проводимости, что хорошо описывается перколяционной теорией с критическим покрытием железа 0.3 нм. Определено, что сплошная пленка железа с металлической проводимостью формируется на ПФ Si(100)-c(4x12)-Al при покрытии примерно в два раза меньшем по сравнению с осаждением на Si(100)2x1.

Изображение поперечного сечение 8-слойной эпитаксиальной гетероструктуры со встроенными нанокристаллами β-FeSi2, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения
Высокоразрешающие изображения в просвечивающем электронном микроскопе встроенных в кремниевую решетку шарообразных нанокристаллов β-FeSi2 (а)и CrSi2 (б)

Основные публикации

  1. N.G. Galkin. Approaches to growth of multilayer silicon - silicide heterostructures with semiconductor silicide nanocrystallites. // Thin Solid Films, 515 (2007) 8179 - 8188.
  2. K.N. Galkin, Mahesh Kumar, Govind, S.M. Shiva Prasad, V.V. Korobtsov, N.G. Galkin. Temperature dependence of adsorption and silicidation kinetics at the Mg/Si(111). // Thin Solid Films, 515 (2007) 8192 - 8196.
  3. N.G. Galkin, D.L. Goroshko, V.O. Polyarnyi, E.A. Chusovitin, W. Park, Y.S. Park, Y. Khang, A.K. Gutakovsky, and A.V. Latyshev. Silicon layers atop iron silicide islands on Si(100) substrate: island formation, silicon growth, morphology and structure // Thin Solid Films, V. 515 (No 20-21) (2007) 7805-7812.
  4. N.G. Galkin, L. Dozsa, T.V. Turchin, D.L. Goroshko, B.Pecz, L. Toth, L. Dobos, N.Q. Khanh, and A.I. Cherednichenko. "Properties of CrSi2 nanocrystallites grown in silicon matrix" // J. Phys.C: Condensed Matter, 19 (2007) 506204 (13 рр).
  5. N.G. Galkin, D.L. Goroshko, E.A. Chusovitin, V.O. Polyarnyi, R.M. Bayazitov, and R.I. Batalov. T.S. Shamirzaev, K.S. Zhuravlev. Morphological, structural and luminescence properties of Si/ -FeSi2/Si heterostructures fabricated by Fe ion implantation and Si MBE. // J. Phys. D: Appl. Phys, 40 (2007) 5319-5326.
  6. N.G. Galkin, D.L. Goroshko, V.O. Polyarnyi, E. A. Chusovitin, V.V. Korobtsov, V.V. Balashev, Y. Khang, L. Dozsa, A.K. Gutakovsky, A.V. Latyshev, T.S. Shamirzaev, K.S. Zhuravlev, Investigation of multilayer silicon structures with buried iron silicide nanocrystallites: growth, structure and properties. // Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2008, v. 8, No 2, p. 527 -534.
  7. N.G. Galkin, D.L. Goroshko, S.A. Dotsenko, and T.V. Turchin. Self-organization of CrSi2 nanoislands on Si(111) and growth of monocrystalline silicon with buried multilayers of CrSi2 nanocrystallites. // Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2008, v. 8, No 2, p. 557 - 563.
  8. A.S. Gouralnik, N.G. Galkin, D.L. Goroshko, S.A. Dotsenko, A.A. Alekseev, V.A. Ivanov. Growth and magnetic properties of the sandwich structure Fe/magnetic silicide/Si(100) obtained from in situ magneto-optic data // Solid State Communications, 2009,V. 149, pp. 1292-1295.
  9. N.G. Galkin, L. Dozsa, E.A. Chusovitin, B Pecz, L Dobos. Migration of CrSi2 nanocrystals through nanopipes in the silicon cap // Applied Surface Science, 256 (2010) 7331-7334.
  10. N.G. Galkin, E.A. Chusovitin, T.S. Shamirsaev, A.K. Gutakovskii, A.V. Latyshev. Growth, structure and luminescence properties of multilayer Si/-FeSi2 NCs/Si/.../Si nanoheterostructures// Thin Solid Films, 2011 (doi: 10.1016/j.tsf.2011.05.022).

Сотрудники лаборатории

  • Галкин Николай Геннадьевич, д.ф.-м.н., научный руководитель лаборатории
  • Горошко Дмитрий Львович, к.ф.-м.н., с.н.с.
  • Маслов Андрей Михайлович, к.ф.-м.н., с.н.с.
  • Галкин Константин Николаевич, к.ф.-м.н., н.с.
  • Доценко Сергей Андреевич, к.ф.-м.н., н.с.
  • Чусовитин Евгений Анатольевич, к.ф.-м.н., н.с.
  • Ваванова Светлана Владимировна, к.ф.-м.н., м.н.с.
  • Гуральник Александр Самуилович, м.н.с.
  • Балаган Семен Анатольевич, ст. лаборант
  • Никитенков Евгений Викторович, ст. лаборант
  • Чернев Игорь Михайлович, ст. лаборант
  • Шевлягин Александр Владимирович, ст. лаборант