Наука/2013

Основные результаты научной деятельности за 2013 г. по КИИСиФЭ

1. По направлению «Получение и исследование тонкопленочных, нитевидных и точечных наноструктур на основе оксидных и композиционных материалов для приложений электронной и сенсорной техники» получены следующие результаты:

   • Отработаны традиционные методы (магнетронное реактивное напыление, анодное окисление) и новый метод (ацетилацетонатный золь-гель метод) получения гетероструктур на основе оксидов переходных металлов, а также методики зондовой и FIB нанолитографий.
   • Проведенные эксперименты по инжекции неравновесных носителей в микро- и наноструктурах на основе VO₂ показали более высокую эффективность инициирования ПМИ по сравнению с эффектом поля, где распределение плотности заряда при обогащении в диоксиде ванадия быстро спадает по глубине по причине относительно высокой проводимости материала. Сравнительный анализ трех вариантов инжекции (туннельной, лавинной и через p-n переход) показывает, что инжекция через p-n переход наиболее предпочтительна.
   • Установлено, что перспективным методом получения тонкопленочных микро- и наноструктур на основе диоксида ванадия является химический ацетилацетонатным золь-гель синтез, но его дальнейшее применение требует доработок.
   • Получены оксидные диодные p-n оксидных гетероструктуры NiO—ZnO, NiO—TiO, NiO—In-Zn-O(IZO), IZO—CuO, SiVO₂—Металл. Оксидные диоды Шоттки на основе анодного N₂O₅ с Ni, Au, Pd. Ячейки памяти на основе оксидов Nb₂O₅, Ta₂O₅, ZrO₂. Комбинированные структуры оксидных диодов IZO—CuO и ячеек памяти на основе NiO.
   • Синтезирован и экспериментально изучен набор оксидных гетероструктур. Исследованы электрические свойства: оксидных p-n гетероструктур NiO—ZnO, NiO—TiO, NiO—In-Zn-O(IZO), IZO—CuO и диодов Шоттки на основе анодных оксидов. Представлены результаты исследования эффекта униполярного резистивного переключения в тонкопленочных МОМ (металл-оксид-металл) структурах на основе оксида ниобия, тантала и циркония. Тонкие пленки Nb₂O₅, Ta₂O₅, ZrO₂ были получены методом анодного окисления при комнатной температуре. Проводились испытания диодных p-n оксидных гетероструктур-элементов доступа в ячейках 3D памяти работы оксидных гетероструктур, как элемента доступа в ReRAM создавались комбинированные структуры, в состав которых входил диодный элемент (IZO-CuO), последовательно включенный с ячейкой памяти на основе оксида с резистивным переключением (NiO). Показана возможность 3D-интеграции для диода Шоттки, полученного с использованием анодного окисления, делается вывод, что анодное окисление может являться одним из технологических приемов для послойного изготовления 3D элементов доступа и структур с эффектом энергонезависимой памяти.
   • Получены нанонити оксида ванадия методом электроспиннинга. Для этого приготавливается раствор ацетилацетоната ванадила в метаноле. В качестве полимера применяется поливинилпирролидон (PVP). В установке для электроспиннинга используется медицинский шприц с диаметром иглы 0,7 мм. Подача жидкости из шприца осуществляется с помощью шприцевого насоса NE-300. В качестве коллектора для осаждения нанонитей используется алюминиевая фольга.
   • На основании модели, рассчитанной в рамках теоретических методов нестационарной электрогидродинамики свободных струй вязкой капельной жидкости с конечной электропроводностью, определены значения основных параметров получения нанонитей: вязкость, концентрация, электропроводность раствора, расстояние и напряженность поля между дозирующим соплом и коллектором.

   Результаты работы будут использованы на дальнейших этапах НИР: cоздание прототипных образцов элементов памяти на основе эффектов биполярного и униполярного электрического переключения в оксидных гетероструктурах и функциональных устройств на основе ОПМ с ПМИ (полевые транзисторы, диоды, переключатели).
2. На основе генетических алгоритмов разработан и промоделирован метод выделения аномалий гравитационного и магнитного полей геологических объектов.

   • Изучены структурные и магнитные свойства железистых кварцитов и входящего в их состав магнетита Южно-Корпангского участка Костомукшского рудного района.
   • Создан пакет программ для анализа геохимических данных и с его помощью исследованы свойства лампроитов и магнетитов.

3. Методами электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния проанализированы карбиды металлов в продуктах дугового газового разряда в аргоне.
4. Создан программно-аппаратный комплекс мониторинга радона на базе сейсмической радоновой станции «СРС-05».
5. Продолжены работы по созданию распределенной информационно-измерительной системы на базе Ethernet-устройств. Данная система предназначена для управления физическим экспериментом, а также для автоматизации сбора и анализа информации в различных прикладных задачах. Система создается на базе микропроцессорных устройств с использованием как проводной сетевой инфраструктуры (Ethernet), так и беспроводной сети (GSM).
6. По результатам измерений поляризации излучения при столкновениях атомов аргона низких энергий получены данные о механизмах возбуждения уровней Ar I (3p⁵np). Например, показано, что при энергиях столкновения до 300 эВ основной вклад в заселение 4p’[1/2]₁-уровня обеспечивают 4pσ—4pπ-переходы, обусловленные вращательным взаимодействием при малых межъядерных расстояниях, а при больших энергиях — 5fσ—5dσ-переходы, обусловленные радиальным взаимодействием.
7. Разработаны методы получения тонкопленочных структур на основе оксидов переходных металлов (ОПМ), включающие методы вакуумного напыления (электронно-лучевое испарение, магнетронное напыление); электролитической металлизации (никелирование); электрохимического (анодного) окисления; магнетронного напыления в кислородосодержащей атмосфере; лазерной абляции (PLD); создания контактов микро- и наномасштабов (lift off фотолитография и электроннолучевая литография), а также проведена разработка методик нанесения литографических резистов.
8. Разработан и синтезирован прототип температурного датчика с частотным выходом на основе диоксида ванадия, работающего на эффекте электрического переключения.
9. Разработан и синтезирован прототип емкостного переключательного элемента на основе диоксида ванадия, работающий в двух режимах: фазовращателя электрического сигнала и переключательного варикапа.
10. Составлен обзор научно-технической литературы по теме НИР «Электронные компоненты на основе оксидов переходных металлов с фазовым переходом металл—изолятор» за последние 10 лет, включающий общую характеристику оксидных гетероструктур; описание эффекта переключения в структурах на основе ОПМ, том числе с фазовым переходом металл—изолятор (ПМИ); анализ методов вакуумного напыления; анализ метода анодного окисления и электрической формовки пленочных структур ОПМ, обладающих эффектом переключения; анализ методов нанолитографии ОПМ; анализ разработок элементов на основе ОПМ с электронными корреляционными эффектами ПМИ, обладающих переключением с памятью, перспективы их практического применения; анализ разработок прототипов тонкопленочных полевых транзисторов на основе ОПМ, том числе с ПМИ, области их практического применения.
11. Обнаружен эффект переключения в тонкопленочных структурах на основе оксида марганца, обусловленный переходом металл—изолятор в MnO₂.
12. В рамках электронного УМКД по дисциплине магистратуры «Проектирование микропроцессорных систем», представленного в системе дистанционного обучения BlackBoard, внедрен пилотный вариант системы формирования индивидуальных траекторий обучения на базе учебных контрактов. Рекомендовано при ежегодном обновлении ООП направлений подготовки в области информационных технологий, шире использовать внедрение учебных контрактов, позволяющих студентам сформировать индивидуальную траекторию изучения дисциплины, привнося в образовательный процесс элементы творчества, развивая самостоятельность при освоении материала и повышая мотивационную составляющую процесса обучения.