В молодежной лаборатории микро- и наноэлектроники ЛЭТИ разработали теоретический подход для исследования сверхрешеток для создания приборных структур новых компактных источников ТГц излучения, работающих при комнатной температуре.
22.02.2024
Полупроводниковыми сверхрешетками (CР) называют полупроводниковые гетероструктуры с периодом, превышающим постоянную кристаллической решетки. Несмотря на то, что за последние десятилетия было разработано множество теоретико-экспериментальных методов как для создания, так и исследования их свойств, интерес к изучению СР не ослабевает. Целый ряд генераторов и детекторов излучения различных спектральных диапазонов изготавливается на их основе.
Одним из новых и перспективных направлений применения СР является создание перестраиваемых источников ТГц-излучения. Однако, технологические трудности, связанные с получением большого числа полупроводниковых слоев с резкими гетерограницами, а также отсутствие адекватных теоретических моделей, которые могут быть использованы для описания их энергетического спектра и других свойств, до сих пор являются серьезным препятствием для их создания. Следует отметить, что перестраиваемые компактные источники ТГц излучения могут стать основой для нового медицинского оборудования, новых систем безопасности и связи, мониторинга окружающей среды и технологических процессов. Таким образом, спектр их возможных применений чрезвычайно обширен и продолжает расширяться.
Совместно с другими подразделениями СПбГЭТУ «ЛЭТИ», а также в сотрудничестве с Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт», Институтом сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (РАН), Институтом кристаллографии РАН, Академическим университетом им. Ж. И. Алферова, Институтом физики микроструктур РАН, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербургским государственным университетом, а также с Университетом при Межпарламентской Ассамблее ЕврАзЭС были проведены комплексные исследования по возможности реализации подобных уникальных полупроводниковых структур.
Исследователями было показано, что разработанные ими экспериментальные подходы позволяют получать высококачественные сверхмногопериодные (с числом периодов более 400) полупроводниковые СР с требуемыми толщинами слоев и ширинами интерфейсов. Однако расчет зонных диаграмм, энергии переходов и проч. для данных структур с помощью существующих теоретических подходов продемонстрировал существенные отклонения от экспериментальных данных.
«Нами был предложен новый теоретический подход, который адекватно описывает свойства сверхрешеток на основе A3B5 полупроводниковых соединений. Впервые был проведен точный теоретический анализ энергетического спектра сверхмногопериодных сверхрешеток с экспериментальной верификацией данных. Использование предложенного метода расчетов, позволило разработать новый дизайн источников ТГц излучения, работающих при комнатной температуре».
Результаты о передовом теоретическом подходе к исследованию супермногопериодной гетероструктуры представлены в известном научном журнале Journal of Semiconductors.
Разработка является результатом работы исследователей лаборатории микро- и наноэлектроники, которая была открыта в конце 2022 года в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» при поддержке Минобрнауки России. Задача создания таких лабораторий – ускорить процесс внедрения научных результатов на предприятиях электронной промышленности России.
