Научная школа «Ионно-лучевая и импульсно-энергетическая модификация материалов» Казанского физико-технического института ФИЦ КазНЦ РАНГод основания -1972 Основатель научной школы: член-корр. РАН, академик АН РТ Хайбуллин Ильдус Бариевич.
Ильдус Бариевич Хайбуллин Научные руководители школы: лауреат Госпремии СССР в области науки и техники заведующий лабораторией интенсивных радиационных воздействий д.ф.-м.н. Баязитов Рустэм Махмудович; заведующий отделом, лауреат Госпремии РТ в области науки и техники, д.ф.-м.н. Файзрахманов И.А. Лидеры школы: зав. лаб., д.ф.-м.н. профессор Петухов В.Ю.; лауреат Госпремии РТ в области науки и техники, ст.н.с., к.ф.-м.н. Хайбуллин Р.И.; лауреат Госпремии РТ в области науки и техники, к.ф.-м.н., зав. отделом, к.ф.-м. Фаттахов Я.В.; лауреат Госпремии РТ в области науки и техники, ст.н.с. Нуждин В.И. Приоритетное направление развития науки, технологий и техники в РФ: Индустрия наносистем. Критическая технология РФ: Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов. Основной целью проводимых исследований является разработка физико-химических и технологических основ ионно-лучевых и импульсно энергетических методов синтеза и модификации свойств нанокомпозитных материалов и полупроводниковых слоев, а также изучение их структуры, оптических, нелинейно-оптических, люминесцентных, магнитных и транспортных свойств. Основное оборудование: ионный ускоритель «ИЛУ-3», импульсный ионный ускоритель «Темп», ионно-лучевая установка, вакуумные посты, сканирующий электронный микроскоп с микроанализом EVO 50XVP, магнитометр, спектрофотометры, спектральный эллипсометр, спектрометр КС и т.д. Создание научной школы и ее развитие связано с запуском ионно-лучевого ускорителя ИЛУ-3 в 1972 году, который позволяет облучать материалы ионами различных элементов с энергией до 100 кэВ и вводить их на глубину до 1 мкм.
Запуск ионного ускорителя ИЛУ-3 (1972 г.). Баязитов Р.М. при настройке ионного пучка.
1. Лазерный, фотонный и ионно-импульсный отжиг полупроводников. Ионная имплантация стала одной из основных технологических операций при легировании полупроводников в производстве интегральных микросхем. Основной недостаток: создание большой концентрации радиационных дефектов вплоть до аморфизации имплантированного слоя. Для их устранения были разработаны 3 принципиально новых методов, которые используются в современной микроэлектронике: - Импульсный лазерный отжиг. За открытие явления быстрой ориентированной кристаллизации твердых тел (лазерный отжиг) в 1988 г. сотрудникам школы (Хайбуллин И.Б., Зарипов М.М., Баязитов Р.М., верхний ряд- Штырков Е.И. и Галяутдинов М.Ф.) была присуждена Государственная премия СССР в области науки и техники.
Лауреаты Государственной премии СССР возле ионного ускорителя ИЛУ-3. Открытое явление лазерного отжига получило бурное развитие исследований во всем мире. Импульсные методы позволили свести к минимуму диффузионное уширение элементов микроэлектроники с одновременным улучшением их электрических свойств, что широко используется в современной микроэлектронике Работы казанской научной школы в области лазерного отжига хорошо известны и признаны во всем мире. Об этом свидетельствует присуждение в 2009 г. международной премии имени Дж. Гиббонса от Института Электроники и Электротехники ( IEEE ) Хайбуллину И.Б., Баязитову Р.М., Баталову Р.И.,Фаттахову Я.В., Галяутдинову М.Ф. «С признанием их вклада в технологию лазерного отжига». Таким образом, данное научное направление Школы прошло славный путь от открытия физического явления до его широкого технологического применения!
Церемония вручения награды (США, Олбани, Нью Йорк - 2009 г.). - Фотонный отжиг. Метод позволяет проводить обработку материалов путем их облучения светом импульсных ламп с одновременным оптическим зондированием поверхности. - Ионно-импульсный отжиг Возможности импульсно-лучевых обработок материалов в последнее время значительно расширяются в связи с запуском импульсного ионного ускорителя «Темп».
Импульсный ионный ускоритель «Темп» Количество ионов (углерода и водорода) за один импульс мало и не определяет состав облучаемых материалов. Однако, благодаря высокому току ионов за короткое время импульса происходит быстрый нагрев вплоть до плавления или испарения материалов глубиной до нескольких микрон. Метод позволяет синтезировать новые тонкопленочные структуры, а также проводить упрочнение поверхности металлов и сплавов. 2. Ионно-лучевая модификации материаловОсновными задачей, решаемой в рамках данного направления является разработка ионной-лучевых методов управление микрорельефом поверхности, адгезионными, прочностными, каталитическим и другими свойствами материалов. Исследовательские возможности значительно возросли после запуска сканирующего электронного микроскопа «EVO-50 XVP» фирмы Carl Zeiss с элементным микроанализом. В настоящее время этот микроскоп интенсивно используется и другими научными группами ФИЦ.
Сканирующий электронный микроскоп «EVO-50 XVP» фирмы Carl Zeiss В рамках данного направления, например, установлено, что облучение поверхности ускоренными ионами приводит к 10-ти кратному увеличению адгезии тонких пленок, значительному повышению количества клеток при их культивировании на облученной поверхности. Использование ионного распыления позволяет управлять микрорельефом поверхности на субмикронном уровне (ионное профилирование дифракционных решеток), создавать наноструктурированные поверхности, которые представляют большой прикладной интерес.
Культивирование гепатоцитов на контрольном стекле (слева) и на 2D-матрице (справа) (Ув. 40), сформированной методом ионной обработки. Наблюдается 3-х кратное увеличение количества гепатоцитов.
Высокоэнергетичное облучение материалов в определенных режимах ведет к вакансионному порообразовани. А это, в свою очередь, приводит к созданию уникальных пористых структур. Наиболее ярко этот эффект проявляется при ионной имплантации германия.
Наноструктурированная поверхность германия, имплантированного ионами Со+(Е=40 кэВ): а-вид сверху, б- вид под углом.
3. Ионно-лучевой синтез магнитных и оптически активных тонкопленочных наноструктур в диэлектриках и полупроводниках с уникальными свойствами в интересах полупроводниковой микроэлектроники, спинтроники, квантовой и нелинейной оптики, геммологии В настоящее время – это ключевое направление фундаментальных и прикладных исследований ведущей научной школы. Приоритетная задача направления - создание новых наноструктурированных материалов с уникальными свойствами в интересах полупроводниковой микроэлектроники, спинтроники, квантовой и нелинейной оптики, геммологии, солнечной энергетики, высоко-емких устройств хранения электроэнергии. Актуальность и значимость проводимых исследований в рамках данного направления можно проиллюстрировать несколькими результатами, которые вошли в Перечень важнейших достижений РАН, отмечены Госпремией РТ: - Методом ионной имплантации синтезированы новые нанокомпозитные мультиферроики на основе титаната бария с наночастицами кобальта или железа, которые проявляют магнитоэлектрический эффект при комнатной температуре.
Сигналы ФМР, регистрируемые как в отсутствие, так и в присутствие внешнего электрического поля 7.5 кВ/см2 для образца Co:BaTiO3 - Разработаны физико-химические основы новой наукоемкой технологии получения драгоценных камней и лазерных материалов методом имплантации ионов-хромофоров (3d-элементы) в бесцветные кристаллы различных минералов и их синтетических аналогов.
Фотографии исходных бриллиантов, а также бриллиантов фантазийного желтого цвета, полученных с помощью имплантации ионов гелия. - Методами ионной имплантации, импульсного отжига и молекулярно-лучевой эпитаксии созданы нанокристаллические слои полупроводниковых дисилицидов железа и хрома, закрытые эпитаксиальным слоем кремния и обладающие повышенными люминесцентными (в области 1.5 мкм) и термоэлектрическими свойствами.
Спектры ФЛ гетероструктуры Si/FeSi2/Si. - Разработана бесконтактная дифракционная методика динамической термометрии и создана экспериментальная установка для исследований структурно-фазовых превращений в субмикронных имплантированных слоях полупроводников при импульсном световом отжиге. Впервые реализована возможность одновременного измерения температуры и динамики фазовых переходов.
Сигнал интенсивности первого дифракционного максимума и динамика изменения температуры кремния для импульса плотностью мощности 140 Вт/см2 и длительностью 970 мс.
Основные научные результаты, полученные в рамках данного направления:
Финансирование:
Изобретения, сделанные в коллективе
Со времени основания Школы были подготовлены научные кадры высшей квалификации:
|
