Лаборатория полупроводниковой электроники

Информация обновлена 17.09.2015

Лаборатория полупроводниковой электроники

Заведующая лабораторией – канд. физ.- мат. наук, ст. научн. сотр. Скобеева Валентина Михайловна

Заведующая лабораторией – канд. физ.- мат. наук, ст. научн. сотр. Скобеева Валентина Михайловна

Контактная информация:

  • e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Исторические сведения

Лаборатория полупроводниковой электроники была создана в 1970 г. Научное направление лаборатории было ориентировано на разработку гетерофотоелементов, светодиодов, лазеров с целью создания новой элементной базы для функциональной микроэлектроники. Было сформировано новое научное направление твердотельной электроники, связанное с исследованием гетероструктур с квазиметаллическими центрами. В этом же году в состав лаборатории была введена научно-исследовательская группа, которая была создана в 1960 году при кафедре экспериментальной физики её заведующим доцентом Сёрой Т.Я. Коллектив группы, один из первых в Советском Союзе, положил начало исследованию фотоэлектрических и люминесцентных свойств полупроводников группы А2В6.

Штат лаборатории включал более чем 20 сотрудников, 13 из которых имели ученую степень кандидатов наук.

Заведующие лаборатории полупроводниковой электроники:

  • С 1970 по 1973 гг. - канд. физ.-мат. наук Дроздов В.О.
  • С 1973 по 1976 гг. - канд. физ.-мат. наук Курмашев Ш.Д.
  • С 1976 по 1989 гг. - канд. физ.-мат. наук Старостин И.А.
  • С 1989 по настоящее время - канд. физ.-мат. наук Скобеева В.М.

Научные руководители тем, которые выполнялись в лаборатории полупроводниковой электроники:

  • С 1970 по 1975 гг. - канд. физ.-мат. наук Дроздов В.О.
  • С 1970 по 1994 гг. - докт. физ.-мат. наук, проф. Сердюк В.В.
  • С 1994 по настоящее время - докт. физ.-мат. наук, проф. Смынтына В.А.

Научная и практическая деятельность

Направление научных исследований и их актуальность

Исследование оптических и люминесцентных свойств квазинульмерных систем с нанокристаллами соединений А2В6.  Изучение влияния поверхности раздела нанокристалл - матрица  на оптические и люминесцентные характеристики наноструктур.

Изучение влияния состояния поверхности на механизм рекомбинационных процессов в нанокристаллах, а также влияния границы раздела нанокристалл – матрица на концентрацию свободных неравновесных носителей заряда, позволит создать новые люминесцентные материалы, которые способны изменять спектр и интенсивность излучения в зависимости от типа адсорбируемых молекул.

Полупроводниковые нанокристаллы являются важным классом новых материалов. В зависимости от размера спектры оптической прозрачности и фотолюминесценции нанокристаллов соединений А2В6 охватывают широкую область - от ультрафиолетовой  до инфракрасной. В связи с этим  является перспективным использование наноматериалов в качестве оптических фильтров, люминофоров в светоизлучающих устройствах, оптических и биологических сенсорах.

Спектральный интервал работы полупроводниковых устройств на основе наноматериалов достигается путем контроля только размеров нанокристаллов, что делает такие наноструктуры универсальными.

Основные научные результаты

Впервые синтезированы нанокристаллы сульфида кадмия в желатиновой матрице, которые проявляют квантово - размерные эффекты, что обуславливает их уникальные оптические и люминесцентные свойства. Проведены теоретические расчеты энергетического спектра носителей в нанокристаллах сульфида кадмия, полученных в прозрачной диэлектрической матрице.

Изучены физико-химические механизмы образования нанокристаллов сульфида кадмия. Установлено, что в процессе синтеза осуществляется рост нанокристаллов с увеличением их размеров и, одновременно, уменьшается дисперсия по размерам по механизму Оствальда.

Впервые показано, что механизм формирования и роста нанокристаллов на разных стадиях процесса синтеза обусловлен протеканием конкурирующих реакций между ионами кадмия и функциональными группами желатины, или ионами серы, причем размер и дисперсия нанокристаллов наиболее существенно зависит от концентрации желатины.

Предложен оптический метод определения физических параметров нанокристаллов сульфида кадмия в прозрачных диэлектрических матрицах, который имеет преимущество перед другими методами (ренгеноструктурными, химическими, электронно-микроскопическими) благодаря большей точности и экспрессности.

Впервые проведен сравнительный анализ люминесцентных характеристик монокристаллов и нанокристаллов сульфида кадмия, в результате чего установлено, что центры излучательной рекомбинации формируются уже на начальной стадии зарождения кристалла.

Показано, что перераспределение интенсивностей полос люминесценции в результате действия внешних факторов (влажности воздуха, УФ-облучения, температурных обработок в вакууме) связано не с изменением концентрации или типа центров свечения, а с изменением концентраций свободных неравновесных носителей заряда.

Установлено, что разное положение максимума длинноволновой полосы люминесценции, локализованной в интервале длин волн 550-700 нм, обусловлено дисперсией нанокристаллов по размерам, а не разной природой центров свечения.

Установлена зависимость интенсивности люминесценции от концентрации нанокристаллов в матрице, что связано с процессами переноса энергии между нанокристаллами. При большой концентрации нанокристаллов в матрице происходит безызлучательный процесс переноса энергии между соседними нанокристаллами, в результате чего еффективность люминесценции уменьшается.

Впервые показано, что люминесценция наноструктур сульфида кадмия, полученных новым методом - методом фронтальной полимеризации металлополимеров в присутствии халькогенидных соединений, является стабильной к УФ – облучению и атмосферному окружению. Это объясняется тем, что атомы кадмия входят в молекулярную формулу матрицы и не могут принимать участие в процессах окисления, как это наблюдается, при некоторых условиях, в методах золь – гель технологии.

Впервые изучена кинетика фотопроводимости нанокомпозитов на основе сульфида кадмия, установлено наличие ловушек и определены их параметры, которые имеют поверхностную природу. На основе теоретической модели, которая описывает релаксацию фототока и сравнения теоретических и экспериментальных релаксационных кривых дана оценка параметров ловушек.

Практические разработки

I. Технология изготовления газовых сенсоров на основе тонких пленок соединений А2В6.

Авторы: докт. физ.-мат наук, проф. Смынтына В.А., канд. физ.-мат наук, ст научн. сотр. Скобеева В.М., канд. физ.-мат наук, ст научн. сотр. Малушин Н.В.

Основные характеристики, суть разработки.

Разработка принадлежит к технологии материалов твердотельной электроники и может быть использована при изготовлении электронных сенсоров на базе оптически качественных пленок селенида и теллурида цинка. Пленки теллурида цинка и твердых растворов ZnSexТе-1-х имеют адсорбционную чувствительность к кислороду и, вследствие этого, могут быть использованы в качестве основы для изготовления сенсоров кислорода.

Основные технические характеристики:

удельное сопротивление пленок, Ом·см 107 - 109
адсорбционная чувствительность(отношение проводимости пленок в кислороде к проводимости в вакууме) 103
габаритные размеры, мм2 25

Патентно-конкурентоспособные результаты.
В разработке использованы технические решения, которые защищены авторскими свидетельствами:

  • А.с. № 1624067, СССР, 1990. В.М.Скобеева, СеменюкЛ.Н. Зарегистрировано в 1990р.
  • А.с. № 1776159, СССР, 1992. В.М.Скобеева, СеменюкЛ.Н. Зарегистрировано в 1992р.

Сравнение с мировыми результатами.

Сенсоры на основе пленок теллурида цинка и твердых растворов ZnSexТе1-x имеют ряд преимуществ перед аналогами, а именно: возможность управления светом, высокую чувствительность, миниатюрность, упрощенное согласование с электронными устройствами.

II. Наноструктуры на основе сульфида кадмия с эффективной люминесценцией

Авторы: докт. физ.-мат наук, проф. Смынтына В.А., канд. физ.-мат наук, ст научн. сотр. Скобеева В.М., канд. физ.-мат наук, ст научн. сотр. Малушин Н.В.

Основные характеристики, суть разработки.

Разработана технология синтеза квантово-точечных систем с нанокристаллами сульфида кадмия, которые диспергированы в полимерной матрице из желатины. Структуры совмещают в себе как оптические  и люминесцентные  свойства полупроводника, так и механические свойства стабилизирующей матрицы. В сравнении с монокристаллами, структуры имеют более эффективную люминесценцию при комнатных температурах и являются перспективными для создания малоинерционных эффективных оптоэлектронних устройств для наноэлектроники. Благодаря желатине структуры приобретают свойства гибких и эластичных материалов.

Структуры на основе  синтезированных нанокристаллов сульфида кадмия могут быть применены для изготовления люминофоров, оптических и люминесцентных биологических сенсоров.

Основные физические параметры нанокристаллов:

средний размер, нм 1 - 5
дисперсия по размерам, % 15
ширина запрещенной зоны, эВ 2,6 – 3,0

Основные технические характеристики излучающих структур:

максимум спектра излучения, нм 650 - 690
интервал рабочих температур, 0С 100 - 400
квантовый выход,% 1 - 10

размеры рабочей площади могут изменяться в необходимом диапазоне и определяются размером подложки.

Патентно - конкурентноспособность результатов разработки.

Наноструктуры на основе нанокристаллов, диспергированных в желатиновой матрице, имеют такие преимущества в сравнении с монокристаллами, как более эффективную люминесценцию при комнатных температурах, чувствительность к окружающей среде и биологическим объектам, что является перспективным для их использования в качестве люминесцентных биологических сенсоров.


Рис. Люминесценция коллоидных растворов нанокристаллов сульфида кадмия

Сравнение с мировыми аналогами.

Сравнительный анализ, сделанный на основе патентного поиска и обзора литературных данных показывает, что в отличие от существующих методов синтеза полупроводниковых нанокристаллов, предложенный синтез базируется на использовании при изготовлении структур экологически безопасного и дешевого вещества - желатины. Рабочая площадь образцов может изменяться в необходимом диапазоне и определяется размером подложки, на которой осаждается синтезированный материал.

Экономическая привлекательность разработки для продвижения на рынок, внедрение и реализации, показатели, стоимость.

Экономические преимущества базируются на использовании для изготовления наноструктур ресурсов Украины, типичного химического оборудования, доступности и низкой стоимости исходных реагентов. Изготовление наноструктур не нуждается в ценном и специализированном оборудовании, является экологически чистым и, благодаря отсутствию процессов при высоких температурах - неэнергоёмким.

III. Технология изготовления оптических фильтров на основе нанокристаллов сульфида кадмия в растворах разных полимеров

Авторы: докт. физ.-мат наук, проф. Смынтына В.А., канд. физ.-мат наук, ст. научн. сотр. Скобеева В.М., канд. физ.-мат наук, ст научн. сотр. Малушин М.В.

Основные характеристики, суть разработки.

Разработана технология синтеза квантово - точечных систем с нанокристаллами сульфида кадмия, которые диспергированы в полимерной матрице из желатины. Оптическая прозрачность пленок в видимой области спектра достигается благодаря получению нанокристаллов с размерами нанометрового диапазона и сдвига края поглощения в фиолетовую область спектра за счет размерной зависимости ширины запрещенной зоны в нанокристаллах.

Основные технические характеристики оптических фильтров:

полосы пропускания 0,4-2, 4-6 (мкм)
габаритные размеры: площадь поверхности зависит от выбранной площади подложки
толщина 50-200 (мкм)

дополнительные данные:

  • возможность управления полосой пропускания путем изменения размеров нанокристаллов;
  • возможность создания слоев с разной оптической плотностью путем изменения соотношения концентраций компонентов полупроводника и матрицы;
  • технологичность и дешевизна изготовления;
  • возможность получения гибких пленок, легкость механической обработки.

Рис. Внешний вид оптически прозрачной пленки наноструктуры: нанокристаллы сульфида кадмия в желатиновой матрице.

Сравнение с мировыми аналогами.

В отличие от существующих методов синтеза полупроводниковых нанокристаллов предложенный синтез базируется на использовании при изготовлении структур экологически безопасного и дешевого материала - желатины. Рабочая площадь образцов может изменяться в необходимом диапазоне и определяется размером подложки, на которой осаждается синтезированный материал.

Экономическая привлекательность разработки для продвижения на рынок, внедрение и реализации, показатели, стоимость.

Экономические преимущества базируются на использовании для изготовления оптических фильтров на основе наноструктур типичного химического оборудования, доступности и низкой стоимости исходных реагентов. Изготовление наноструктур не нуждается в дорогостоящем и специализированном оборудовании, является экологически чистым и, благодаря отсутствию процессов при высоких температурах, неэнергоёмким.

Основные публикации (за последние 10 лет)

  • V. M.Skobeeva,V.A. Smyntyna. A.K. Dali. Light controlled oxygen sensor on the based of ZnSe x Te 1-x  structure. Proceedings of the 11-th European Conferense on solid-state transducers. Eurosensors 11 Warsawa, Poland, September 21-24, 1997, pp. 99-101.
  • В.М. Скобеева, В.В. Сердюк,  А.К. Дали, А. Дарвишо,  Н.В. Малушин. Внутрицентровая люминесценция эпитаксиальных пленок теллурида цинка. Фотоэлектроника. -1996. №6, -С. 16-19.
  • Абдул Кадер Далі, Алі Нажи Дарвішо, М.В. Малушин, В.В. Сердюк, В.М. Скобєєва. Внутрішньоцентрова люмінесценція єпітаксійних плівок теллуриду цинку. Укр.фіз. журнал.- 1995, т. 40, №10, -с.1056-1058.
  • В.М. Скобєєва, Абдул Кадер Далі. Визначення оптичної єнергії іонізації кисню в телуриді цинку за спектрами збудження люмінесценції. Укр. Фіз. Журнал. -1997. –т.42, №10, с. 1201-1203.
  • Н.В. Малушин, В.М. Скобеева, В.А. Смынтына, А.К. Дали. Расчет параметров «кислородного» центра свечения в теллуриде цинка. Фотоэлектроника. -1998, №7, -с. 44-47.
  • Абдул Кадер Далі, Алі Нажи Дарвішо, М.В. Малушин, В.В. Сердюк, В.М. Скобеева. Механизм излучательной рекомбинации в эпитаксиальных пленках теллурида цинка, легированного алюминием. Фотоэлектроника. -1996, №6, -с. 20-21.
  • Н.В. Малушин, В.М. Скобеева , В.А  Смынтына , Абдул Кадер Дали. Роль примеси лития в формировании длинноволновой люминесценции теллурида цинка. Фотоэлектроника. -2000, -№9 , с. 45-51.
  • В.М. Скобеева, Абдул Кадер Дали, Н.В. Малушин. Механизм деградации люминесцентных характеристик структур на основе теллурида цинка, легированного литием. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. -1995. -№2.-С.64-67.
  • N.V. Malushin, V.M.Skobeeva,V.A.Smyntyna, A.K.Dali. Residual photoconductivity effect in semi-insulator films ZnSe1-xTex // Фотоэлектроника, - 2001. - № 10. –с.98.
  • L.L.Terletskay, V.M.Skobeeva, V.V.Golubtsov. Photosensors with Si-GaAs heterojunction as memory elements // Фотоэлектроника, - 2001. - № 10. –с.78.
  • М.М.Воронцова, В.М.Скобєєва, В.А.Сминтина. Оптичні властивості наночастинок сульфіду кадмію у стабілізуючих розчинах // Журнал фізичних досліджень, 2003.- т.7, вып.4.- С.18-22.
  • N.V.Malushin, V.M.Skobeeva, V.A.Smyntyna. Temperature dependence pecularites of luminescence in oxygen doped ZnTe films // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectonics, 2003, V.6, N2, p.214-216.
  • М.Воронцова, В.Скобєєва, В. Сминтина. Оптичні властивості наночастинок сульфіду кадмію у стабілізуючих розчинах. //Журнал фізичних досліджень.- 2004.-Т.8.-№1.-        С.89-92.
  •  В.А.Смынтына, В.М.Скобеева, Н.В.Малушин. Люминесцентные характеристики наноструктур на основе сульфида кадмия. // Тези доповідей Міжнародної науково-техн. конф. «Сенсорна електроніка і мікросистемні технології», Україна, Одеса, 1-5 червня 2004,с.56.
  • SkobeevaV.M., Malushin N.V., Smyntyna V.A. Influence of treatment on the luminescence CdS quantum dots. //11 Укр. Наук. конф. з фізики напівпровідників, Чернівці-Вижниця, Украіна, с.15-16.2004.
  • В.А.Смынтына, В.Д.Проничкин, В.М.Скобеева, В.К.Маринчик. Фотоэлектрические свойства наноструктур на основе сульфида кадмия. // Тези доповідей Міжнародної науково-техн. конф. «Сенсорна електроніка і мікросистемні технології», Україна, Одеса, 1-5 червня 2004, с58.
  • В.А.Смынтына, В.М.Скобеева, Н.В.Малушин, Ю.А.Скришевский, А.Ю. Вахнин, И.В.Блонский, Г.И.Довбешко. Оптические свойства коллоидных систем с полупроводниковыми наночастицами. // Тезисы докл. ХХ1 научн.конф. стран СНГ, 20-24 сентября 2004 г., Одеса, Украина.
  • Скобєєва В.М., Сминтина В.А., Малушин М.В. Вплив технологічних факторів на оптичні властивості нанокристалів сульфіду кадмію. // Тези доповідей. Всеукраїнський з’їзд «Фізика в Україні», (3-6 жовтня 2005 р., Одеса, Україна), С.179.
  • V.A. Smyntyna, V.M.Skobeeva, N.V.Malushin, A.D.Pomogailo. Influence of matrix on photo luminescence of CdS nanocrystals. // Photoelectronics. Inter-universities scientific articles. № 15, pp.38-42, 2006.
  • Smyntyna V.A., Skobeeva V.M., Malushin N.V., Pomogailo A.D. Influence of humidity on the luminescence properties of CdS nanocrystalls. // Book of abstracts 2nd  International Scientific and Technical Conference «Sensors electronics and microsystems technology». Ukraine, Odessa, June 26-30, 2006, pp.41-42.
  • V.Smyntyna, V.Skobeeva, N.Malushin. The nature of emission centers in CdS nanocrystals. // Book of abstracts  6 th European Conference on Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation. June, 19-23, Lviv, 2006, pp. 213-214.
  • V.A. Smyntyna, V.M. Skobeeva, N.V. Malushin. The influence of illumination on the luminescence properties of gelantine-stabilized CdS nanocrrystals. // Materrials of the meeting «Clusters and nanostructured materials». Uzhgorod – "Karpaty", Ukraine, 9-12 October, 2006, pp.203 -204.
  • В.А.Смынтына, В.М.Скобеева, Т.Ф.Махиборода. Температурная завиcимость ширины запрещенной зоны нанокристаллов CdS, выращенных в органической матрице. //   Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ-2007», 2007. С.151-153.
  • V.Smyntyna, V.Skobeeva, N.Malushin. The nature of emission centers in CdS nanocrystals. // Journal of Radiation Measurements, 2007, V.42, pp.693-696.
  • Скобєєва В.М., Сминтина В.А., Тюрін О.В., Малушин М.В. Підвищення ефективностi люмінесценції нанокристалів CdS методом пасивації поверхні. // Тези доповідей. III Українська наукова конференція з фізики напівпровідників. Україна, Одеса. 2007, 17-22 червня. С.260.
  • S.I.Pomogailo, M.G.Kaplunov, V.M.Skobeeva, P.A.Ivanchenko, A.D.Pomogailo. The development of novel methods for synthesis semiconductor nanoparticles in polymer matrix. // Book of abstracts 12th IUPAC International Symposium on MacroMolecular Complexes. Japan, Fukuoka, August 27-31, 2007, p.161.
  • Скобєєва В.М., Сминтина В.А., Тюрин А.В., Малушин М.В. Вплив процесів синтезу в зовнішніх обробок на поглинання та люмінесценцію нанокристалів CdS. // Матеріали XI Міжнародної конференції «Фізика і технологія тонких плівок та наноситем». Україна, Івано-Франківськ. 2007, 7-12 травня. С.247-248

Учебные пособия, патенты

  • В.М. Скобеева. Физика. Часть 1. Механика, Явления в жидкостях и газах. Учебное пособие по физике. Одесса «Астропринт» 1999. –с. 64.
  • В.М. Скобеева. Физика. Часть 2. Теплота. Молекулярная Физика. Учебное пособие для иностранных студентов подготовительного отделения. Одесса. 2001. –с.30.
  • А.с. №1624067, СССР, 1990. В.М.Скобеева, Л.Н. Семенюк. Зарегистрировано в1990р.
  • А.с. № 776159, СССР, 1992. В.М.Скобеева, Л.Н. Семенюк. Зарегистрировано в 1992р.
  • Скобєєва В.М., Сминтина В.А., Малушин М.В. Спосіб отримання наночастинок сульфіду кадмію для люмінофорів. Патент №29893. Зареєстровано 25 січня 2008р.

Связи с внешними научными организациями

  • Институт проблем химической физики РАН (зав. лаб. д. хим. н., профессор Помогайло А.Д.
  • Інститут фізики НАН України, відділ фізики біологіческих систем (ст. наук. співр., докт.б.н. Довбешко Г.І.)

Научно-исследовательская  работа студентов

Студенты физического факультета принимают активное участие в исследовании оптических и излучательных свойств полупроводниковых нанокристаллов и нанокомпозитов на их основе. По научной тематике лаборатории за последние 10 лет выполнено 26 бакалаврских и магистерских работ.


Аспирантка Завезион Т. и студент 4-го курса физического факультета Нагуляк И. обсуждают результаты исследований.

Студент физического факультета кафедры экспериментальной физики Лобов В. проводит исследование оптических свойств нанокристаллов сульфида кадмия.

Студент физического факультета кафедры экспериментальной физики Гайдаржи Р. за установкой для люминесцентных исследований.

Студентка физического факультета кафедры экспериментальной физики Струц Д. изучает влияние технологических факторов на эффективность излучения нанокристаллов сульфида кадмия.

Контактная информация:

Адрес: 65082, г. Одесса, ул. Пастера, 27, НИИ физики ОНУ имени И.И.Мечникова.
Тел. +38 048 7230329.

Адрес

ул. Дворянская, 2,Одесса, 65082
Тел. приемной (38-048)723-52-54
Тел./факс (38-048)723-35-15
Email: rector@onu.edu.ua

Наши партнеры

Top