НАУЧНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ "ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ  ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ"

 

Руководитель лаборатории
д.ф.-м.н., профессор Андрей Иванович Титов

 

Информация для контактов:

195251, Санкт-Петербург, Политехническая 29
2-й учебный корпус, помещение 408
Телефон: (812) 552-7516
Электронная почта: titov@phtf.stu.neva.ru

Основная область работ

  • исследование процессов образования и отжига радиационных нарушений в полупроводниках при облучении ускоренными ионами, а также дифракционных процессов при взаимодействии электронов с кристаллами.

Лаборатория была организована проф. М.А. Еремеевым и развивалась трудами профессоров И.А. Аброяна, Н.Н. Петрова, В.В. Макарова, А.А. Дорожкина.

Основные исследования последних лет

Кристализация разупорядоченных нанообластей в кремнии

Рассмотрен статистический подход к твёрдофазной эпитаксиальной кристаллизации индивидуальных разупорядоченных областей, образующихся при облучении кремния ионами. Выведены распределения вероятностей генерации событий, ответственных за протекание подобной кристаллизации и показано, что в результате «игры случайностей» должен иметь место большой разброс «жизненных циклов» для одинаковых исходных областей, что и наблюдается экспериментально. Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • A. I. Titov, S.E. Donnelly, G. Carter, Abstracts of the 21st International Conference on Atomic Collisions in Solids, Genova, July 4-9, 2004, p. 157.

  • А.И. Титов, Тезисы докладов XXXIV Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Москва, 31 мая-2 июня, 2004, с. 72.

Электрическая изоляция широкозонных полупроводников облучением легкими ионами с энергией ~ МЭВ

Исследованы физическая природа повышения удельного сопротивления широкозонных полупроводников в результате их облучения лёгкими быстрыми ионами, которое может достигать 10 порядков и быть достаточно термоустойчивым. Предложен механизм данного явления и проведены соответствующие теоретические расчёты. Компьютерным моделированием показано, что данный механизм хорошо объясняет экспериментальные результаты для таких полупроводников, как GaN, ZnO и AlGaAs. Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • A. I. Titov, P.A. Karaseov, S.O. Kucheyev, Nuclear Instruments and Methods B, 2004 (accepted for publication).
  • A. I. Titov, P.A. Karaseov, S.O. Kucheyev, Abstracts of the 21st International Conference on Atomic Collisions in Solids, Genova, July 4-9, 2004, p. 158.
  • А.И. Титов, П.А. Карасев, С.О. Кучеев, Физика и Техника Полупроводников, 38, 1215-1222, 2004.
  • A.I. Titov, S.O. Kucheyev, Abstracts of the 20th International Conference on Atomic Collisions in Solids , Puri, India, January, 2003, p.29
  • A.I. Titov, S.O. Kucheyev, Journal of Applied Physics, 92, 5740-5744, 2002.
  • A.I. Titov, S.O. Kucheyev, Proceedings of the 8th Jap.-Russ. Int. Symp. Interaction of fast charged particles with solids, Kyoto, Japan, 2002, p. 193-197

Накопление структурных нарушений при облучении полупроводников легкими медленными ионами

Это направление исследований является традиционным для лаборатории. Исследования радиационного повреждения полупроводников ионами с энергиями 1-10 кэВ в широком диапазоне масс и плотностей тока ионов были начаты в конце 60-х годов прошлого века и являлись пионерскими. Для этих исследований были разработаны оригинальные методы in situ анализа состояния структуры, основанные на анизотропии ионно-электронной эмиссии и неупругого обратного рассеяния электронов. С их использованием получен очень большой объём экспериментальных данных и выявлено большое число закономерностей.

Последние результаты посвящены экспериментальным исследованиям накопления дефектов при имплантации лёгких ионов в Si и GaAs при комнатной и повышенных температурах. Установлено, что повреждение этих материалов при комнатной температуре происходит как нарастание на поверхности аморфного слоя, причём для кремния существует пороговая доза, только после превышения которой начинается процесс послойной поверхностной аморфизации. Предложен механизм, объясняющий все наблюдаемые закономерности. Результаты моделирования на его основе показали очень хорошее согласие не только с нашими экспериментальными данными, но и с данными других авторов. Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • A. I. Titov, A.Yu. Azarov, V.S. Belyakov, Abstracts of the 21st International Conference on Atomic Collisions in Solids, Genova, July 4-9, 2004, p. 158.
  • A.I. Titov, V.S. Belyakov, A.Yu. Azarov, Nuclear Instruments and Methods B, 212, 169-178, 2003.
  • А.И. Титов, А.Ю. Азаров, В.С. Беляков, Физика и Техника Полупроводников, 37, 358-364, 2003.
  • A.I. Titov, A.Yu. Azarov, V.S. Belyakov, Proceedings of the 8th Jap.-Russ. Int. Symp. Interaction of fast charged particles with solids, Kyoto, Japan, 2002, p. 177-181

Молекулярный эффект при накоплении структурных нарушений в полупроводниках

Исследовано усиление образования устойчивых радиационных дефектов при облучении полупроводников молекулярными ионами по сравнению со случаем имплантации атомарных ионов с той же скоростью. Нами установлено, например, что в случае облучения GaN биатомарными ионами Bi эффективность введения таких дефектов в расчёте на атомную частицу возрастает в десятки раз по сравнению с внедрением атомарных ионов. Выявлен ряд закономерностей молекулярного эффекта. В частности, обнаружено влияние плотности потока ионов при имплантации лёгких частиц. Предложены механизмы данного эффекта как для случая бомбардировки тяжёлыми, так и лёгкими ионами. Результаты моделирования показывают их удовлетворительное соответствие экспериментальным данным. Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • А.Ю. Азаров, Л.М. Никулина, А.И. Титов, Тезисы докладов VII Всероссийского семинара «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Н. Новгород, октябрь 2004, в печати.
  • А.И. Титов, Л.М. Никулина, А.Ю. Азаров, Материалы XVI Междун. конф. "Взаимодействие ионов с поверхностью", Москва, 2003, т 2, с.41-44.
  • A.I. Titov, S.O. Kucheyev, V.S. Belyakov, A.Yu. Azarov, Journal of Applied Physics, 90, 3867-3872, 2001.
  • A.I. Titov, V.S. Belyakov, S.O. Kucheyev, Nuclear Instruments and Methods B, 194, 323-332, 2002.
  • S.O. Kucheyev, J.S. Williams, J. Zou, G. Li, C. Jagadish, A.I. Titov, Nuclear Instruments and Methods B, 190, 782-786, 2002.
  • A.I. Titov, S.O. Kucheyev, Nuclear Instruments and Methods B, 149, 129-135, 1999.
  • И.А. Аброян, Л.М. Никулина, Известия РАН, сер. физическая, 62. 1378, 1998.
  • И.А. Аброян, Л.М. Никулина, Физика и Техника Полупроводников, 31, 1164, 1997.
  • И.А. Аброян, Л.М. Никулина, Физика и Техника Полупроводников, 30, 1893, 1996.

Накопление структурных нарушений в кремнии при малой плотности каскадов смещений, создаваемых ионами

Это также традиционное направление работ лаборатории, развиваемое с середины 70-х годов. В этих исследованиях были обнаружены, в частности, такие закономерности, как неаддитивность и некоммутативность процесса накопления дефектов в данных условиях, S – образность дозовой зависимости концентрации структурных нарушений и т. д.
В последних работах исследовано накопление дефектов при имплантации в кремний ионов азота с энергией 40 кэВ и ионов висмута с энергией 0.5 МэВ. Установлено, что при комнатной температуре облучения имеют место 4 этапа повреждения последовательно сменяющие друг друга по мере накопления структурных нарушений, причём только на одном из них скорость введения устойчивых дефектов зависит от плотности потока ионов. Предложены механизмы радиационного повреждения, которые в ряде случаев промоделированы. Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • 1. А.Ю. Азаров, Физика и Техника Полупроводников, 2004(принято к печати)
  • A.I. Titov, S.O. Kucheyev, V.S. Belyakov, A.Yu. Azarov, Journal of Applied Physics, 90, 3867-3872, 2001.
  • A.I. Titov, G. Carter, Nuclear Instruments and Methods B, 119, 491-500, 1996.

Образование дефектов в GaN, бомбардируемом ионами

Исследовано накопление дефектов в GaN широком диапазоне масс, энергий и плотностей потока ионов как при комнатной, так и температуре жидкого азота. Все экспериментальные исследования проводились в Австралийском национальном университете. Наше участие сводилось к обсуждению экспериментальных результатов и рекомендациям по постановке некоторых экспериментов. Основные результаты работы представлены в публикациях:

  •  A.I. Titov, S.O. Kucheyev, Abstracts of the 20th International Conference on Atomic Collisions in Solids, Puri, India, January, 2003, p.29

  • S.O. Kucheyev, J.S. Williams, J. Zou, G. Li, C. Jagadish, A.I. Titov, Nuclear Instruments and Methods B, 190, 782-786, 2002.

  • S.O. Kucheyev, J.S. Williams, C. Jagadish, J. Zou, G. Li, A.I. Titov, Physical Review B, 64, 035202-1 – 10, 2001.

  • S.O. Kucheyev, J.S. Williams, A.I. Titov, G. Li, C. Jagadish, Appl. Phys. Lett. 78, 2694-2696, 2001.

Ионно-стимулированные эпитаксильная кристализация и планарное нарастание аморфных слоев в полупроводниках

Это явление было обнаружено в нашей лаборатории в 1968 году, но в то время не было ещё достаточно осознано. В дальнейшем был получен обширный экспериментальный материал, в частности, по зависимостям критической температуры перехода от планарного нарастания к кристаллизации аморфных слоёв от плотности потока ионов, обнаружен этот эффект при облучении GaAs, изучены зависимости формирования квазистационарных аморфных слоёв. Была предложена модель, объясняющая природу данных эффектов, которая удовлетворительно описывает большой объём экспериментальных данных.
Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • А.И. Титов, С.П. Воскобойников, С.О. Кучеев, Известия АН, сер. физичeская, 62, 867-871, 1998.
  • A.I. Titov, V.S. Belyakov, P.. Cardwell, G. Farrell, Radiation Effects and Defects in Solids, 139, 189-195, 1996.
  • V.S. Belyakov, A.I. Titov, Radiation Effects and Defects in Solids, 138, 231-241, 1996

Построение обобщенной теории дифракции излучений на колеблющейся решетке кристалла

Разрабатывается в аналитическом виде теория дифракции излучений (электронов, рентгеновских лучей, нейтронов) в случае любых амплитуд колебаний атомов, т.е. вне рамок малоамплитудного приближения. Таким образом, появляется возможность аналитически описать не только случаи дифракции в условиях высокоамплитудных колебаний в кристалле (например, в результате ультразвуковой накачки), но и фононный спектр перебросного рассеяния вблизи брэгговских рефлексов, где не работает малоамплитудное приближение.Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • О.А.Подсвиров, XXIV Межнациональное совещание по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. Тезисы докладов, М., изд.МГУ, 1994, с.60

  • О.А.Подсвиров, Дифракция электронов на кристалле с акустическими колебаниями. Учебное пособие. С-Петербург, изд.СПбГТУ, 1996, 58 с.

  • О.А.Подсвиров, XXVI Международная конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. Тезисы докладов, М., изд.МГУ, 1996, с.63

  • О.А.Подсвиров, Известия Академии наук, серия физическая, т.66, №4, с. 568-577, 2002

Дифракция электронов на мягком кристаллическом потенциале

Рассматривается дифракция электронов в модели мягкого или деформационного потенциала. В этой модели, в отличие от общепринятой модели суперпозиции атомных потенциалов (иначе – модель жестких атомных потенциалов), учитывается непрерывная деформируемость распределенных в кристалле ионной и электронной плотностей при воздействии продольных колебаний, в т.ч. фононных. Такое поведение среды приводит к появлению разрывов первого рода на границах зон Бриллюэна в спектрах рассеяния (и на картинах дифракции) электронов. Некоторые из предсказанных для металлов, полупроводников и диэлектриков эффектов обнаружены в экспериментальных наблюдениях в электронной микроскопии.

Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • О.А. Подсвиров, Физика твердого тела, 1997, Т.39, №1, С.18-23
  • О.А. Подсвиров, П.А. Карасев, Б.Д. Грачев, Поверхность, № 5, с. 71-79, 1998.
  • O.A. Podsvirov, Proceeding of SPIE, v.3345, p.112-117, 1998.
  • O.A. Podsvirov, P.A. Karaseov, B.D. Grachev Proceeding of SPIE, v.3345, p.118-121, 1998.
  • О.А. Подсвиров, Физика твёрдого тела. Дифракция электронов на кристалле с акусти-ческими колебаниями. Учебное пособие. С.-Петербург, изд. СПбГТУ, 2003, 55 стр

Динамическая теория дифракции электронов в кристаллах

Проводится исследование и построение динамической теории, описывающей дифракцию электронов в нецентросимметричных кристаллах без привлечения общеупотребимой мнимой добавки к потенциалу для описания поглощения электронов. С помощью одного из первых вариантов такой теории описаны асимметрия и контраст картин каналирования электронов для нецентросимметричнного кристалла карбида кремния.Основные результаты работы представлены в публикациях:

  • О.А. Подсвиров, Тезисы докладов XXXII международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Москва: УНЦ ДО, с.45, 2002.
  • О.А. Подсвиров, П.А.Карасев //Поверхность, № 4, с. 31-38, 2002.
  • О.А. Подсвиров Новые аспекты дифракционных явлений в кристаллах. //Известия Академии наук, серия физическая, т.66, №4, с. 568-577, 2002.
  • О.А. Подсвиров. Тезисы докладов 20 Российской конференции по электронной микроскопии. Черноголовка, ИПТМ, с.57, 2004

В рамках работ направления выполнены и защищены ряд диссертаций

  Адрес факультета:
  195251, Санкт-Петербург, Политехническая 29
Деканат факультета: 2-й учебный корпус, помещение 440
Телефон/Факс: 552-9516
Электронная почта:
           деканат - deanery@rphf.spbstu.ru
           руководитель отделения - dean@rphf.spbstu.ru