Сотрудники НИЦ "Курчатовский институт" разработали новую концепцию создания материалов для электроники будущего. Эти материалы интегрируют в себе два компонента: функциональный оксид и полупроводниковую платформу. Концепция состоит в управлении интерфейсом оксид/полупроводник на субмонослойном уровне. Предложенный подход универсален и позволяет получать структуры с уникальными свойствами, востребованными в электронике и спинтронике. Результаты данной работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Materials Chemistry C.
"Электроника, в основе которой лежит кремниевая платформа, подошла к своему технологическому пределу. Дальнейшее развитие требует создания компактных устройств с низким потреблением энергии, для которых, соответственно, нужны новые материалы. С одной стороны, они должны задействовать существующую полупроводниковую технологическую платформу, а с другой — предоставить набор новых свойств", — пояснил руководитель проекта РНФ Дмитрий Аверьянов, старший научный сотрудник лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий.
По словам ученого, перспективным решением является интеграция кремния и германия с функциональными оксидами ввиду многообразия и уникальности их свойств.
До сих пор проблема синтеза монокристаллических пленок функциональных оксидов на поверхности кремния или германия не имела универсального решения. Основные трудности заключаются в соединении ковалентных систем с ионными кристаллами, взаимной диффузии, химических реакциях на интерфейсе, термическом и решеточном несоответствии интегрируемых систем. Неудивительно, что прямая эпитаксия с Si или Ge известна только для нескольких оксидов. Для подавляющего большинства оксидов синтез приводит к поликристаллическим пленкам, что неприемлемо для устройств электроники.
Разработанная в Курчатовском институте стратегия синтеза заключается в двухэтапной модификации поверхности. На первом этапе на поверхности полупроводника производится синтез субмонослойной суперструктуры атомов металла. Такой интерфейс защищает полупроводник от окисления, но не обеспечивает монокристалличность структуры. Необходимый результат достигается контролируемым окислением металлической суперструктуры.
"Наш подход состоит в управлении химическими связями на интерфейсе оксида и полупроводника. Он неизменно переводит поликристаллические пленки в монокристаллы независимо от полупроводниковой платформы, металлической суперструктуры и типа функционального оксида. Ключевым ингредиентом является поиск оптимальной степени окисления интерфейса. Этот неортодоксальный (и на первый взгляд довольно противоречивый) дизайн интерфейса может быть использован для разработки новых устройств электроники", — подводит итог Дмитрий Аверьянов.