|
НАУКОВА РОБОТА
Проведення учбово-виховної роботи викладачі і співробітники кафедри успішно поєднували з науковою роботою, яка пов’язана з дослідженням актуальних матеріалів напівпровідникової електроніки, розробкою та створенням методик дослідження їх властивостей, а також розробкою приладів на основі цих матеріалів.
На розвиток наукової роботи кафедри великий вплив мало створення в 1954 році наукової лабораторії, основним напрямком діяльності якої в перші роки її існування були розробка та дослідження НВЧ діодів. Організатором та науковим керівником лабораторії був академік АН України В.Є.Лашкарьов. В 1961 р. вийшли постанови ЦК КПРС та РМ СРСР і ЦК КПУ та РМ УРСР про необхідність створення в Київському державному університеті ім.Т.Г.Шевченка проблемної лабораторії з напівпровідників. З метою підготовки виконання цих постанов існуюча наукова лабораторія була розширена та перетворена в науково-дослідну лабораторію фізики та техніки напівпровідників, яка, в свою чергу, в 1964 р. була реорганізована в Проблемну лабораторію фізики та техніки напівпровідників з такою структурою: відділ напівпровідникових НВЧ приладів та відділ фотоелектричних приладів. Велика робота по створенню Проблемної лабораторії була проведена Ю.І.Карханіним та В.І.Стріхою, який був її науковим керівником від створення і до 1999 року.
|
Кафедра в 80-ті роки.
Зліва направо: Холодар Г.А., Третяк О.В., Воробйов Ю.В., Шека Д.І., Карханін Ю.І., Карханіна Н.Я., Добровольський В.М., Жаркіх Ю.С., Стріха В.І., Пека Г.П., Кільчицька С.С., Бродовий В.А. |
Наукові дослідження, які виконувались на кафедрі фізики напівпровідників включають теоретичні та експериментальні вивчення зонної структури напівпровідників, енергетичних і рекомбінаційних характеристик домішкових та власних дефектів кристалічної гратки і їх взаємодію; кінетичних явищ в напівпровідниковій плазмі; законів дрейфу; дифузії і рекомбінації нерівноважних носіїв в варизонних структурах. Внаслідок цих досліджень були відкриті низькочастотні коливання електричного струму, що виникають при освітлюванні високоомного GaAs(O,Cr) (Ю.І.Карханін, Ю.В.Воробйов, О.В.Третяк); розвинуті багатоелектронна теорія енергетичного спектру іонно-валентних кристалів з урахуванням електронної кореляції і теорія електронно-діркових комплексів, локалізованих поблизу зарядженого домішкового центру в напівпровіднику (О.С.Зінець, Ю.В.Воробйов); вивчені генераційно-рекомбінаційні ефекти гарячих носіїв заряда в компенсованих напівпровідниках та ефекти перемикання в діодних структурах на основі GaAS (Cr, Cu), які використані в мікромініатюрних і потужних високовольтних перемикаючих пристроях (Г.П.Пека, В.А.Бродовий).
При дослідженні фізичних властивостей твердих розчинів на основі сполук А3В5-А2В6 показана можливість значної зміни параметрів кристалічної гратки та енергетичного спектру електронів твердих розчинів шляхом подвійного легування.
Передбачено і виявлено новий тип дрейфу електронно-діркової плазми в напівпровіднику, зумовлений градієнтом рухливостей носіїв заряду, а також термічний градієнто-дірковий домен, який виникає при неоднорідному джоулевому розігріві зразка; пінч-ефект в Ge, а також індуктивний імпеданс ударно-іонізованої плазми в InSb. Розвинуто теорію та запропоновано метод дослідження напівпровідників та діелектриків шляхом вимірів холівського струму (В.М.Добровольський).
Теоретично передбачені та експериментально досліджені ряд нових ефектів, пов’язаних із власнодефектною провідністю і рівноважною самокомпенсацією провідності в напівпровідниках та процеси утворення і поведінки радіаційних та лазерних дефектів в них. Результати цих досліджень увійшли до циклу робіт, удостоєних Державної премії УРСР у 1987 році (Г.А.Холодар).
При дослідженні нерівноважної провідності в напівпровіднику з одночасовою дією на нього постійного магнітного поля і резонансного НВЧ-випромінювання встановлена природа спін-залежного механізму електронних переходів в забороненій зоні кремнію. Передбачені і знайдені ефекти спін-залежного переносу струму в напівпровідниках і напівпровідникових структурах. Дослідження спін-залежної рекомбінації дали змогу розширити фундаментальні уявлення про специфіку рекомбінації в твердому тілі із складним спектром локалізованих станів. Побудована квантова теорія спін-залежної рекомбінації в широкому диапазоні магнітних полів. Проведені унікальні експериментальні дослідження в слабких магнітних полях (О.В.Третяк).
Вивченням фізичних основ роботи та застосування контактних багатошарових структур і, в першу чергу, контакту метал-напівпровідник з бар’єром Шотткі протягом багатьох років займались в Проблемній лабораторії. В результаті цих досліджень теоретично та експериментально обгрунтована фізична модель реального контакту, в якій враховані зазор між металом та напівпровідником та поверхневі стани в контакті. На базі цієї моделі розвинута теорія реальних контактів в наближеннях як діодної, так і дифузійної теорії. Передбачено ряд нових фізичних ефектів, серед яких: зміна вольтамперних характеристик з частотою, слабка залежність ємності від напруги, індуктивний характер реактивної складової повного опору та інше.
Побудована мікроскопічна теорія електронних процесів в структурі метал напівпровідник, що кількісно описує
- можливі типи локалізованих в області границь поділу станів, які взаємодіють між собою, із середовищем та зовнішними полями;
- формування та структуру області просторового заряду;особливості проходження носіїв заряду крізь області границь поділу та просторового заряду;
- формування та специфіку робочих характеристик контактних структур;
На цій підставі передбачені нові ефекти: виникнення від’ємної диференційної ємності контакту при струмовому порушенні функції розподілу носіїв заряду; від’ємного диференційного опору та температурної стабілізації струму при тунельно-резонансному проходженні струму; формування керованих хвиль зарядової густини та інше. Крім того розроблені нові методики дослідження параметрів та властивостей напівпровідників та напівпровідникових структур; сформульовані принципи визначення та прогнозування електрофізичних параметрів контактних структур, що працюють в заданих умовах (В.І.Стріха, Є.В.Бузаньова, О.М.Воскобойніков, Вас.В.Ільченко, В.В.Ільченко, С.С.Кільчицька, Д.І.Шека).
Для вивчення поверхневих властивостей Ge, Si, CdS, GaAs застосовано комплекс методів, в тому числі відкритий на кафедрі метод люмінесцентного ефекту поля (Г.П.Пека), метод струму Холла (В.М.Добровольський). Проведені дослідження дозволили з’ясувати роль поверхні і приповерхневої області прострового заряду в процесах випромінюючої рекомбінації в СdS, GaAs; визначити вплив поверхневого легування на інтенсивність рекомбінаційної люмінесценції в СdS, на параметри поверхні Ge та Si, на фоточутливість Cu2O в короткохвильовій області видимого спектра випромінювання; дослідити механізми розсіювання в структурах метал-діелектрик-напівпровідник (Ю.С.Жаркіх).
Наукові дослідження проведені на кафедрі узагальнені в 15 монографіях:
Ляшенко В.И., Литовченко В.Г., Степко И.И., Стриха В.И., Ляшенко Л.В. “Электронные явления на поверхности полупроводников”, К., Наукова думка, 1968; Винецкий В.Л., Холодарь Г.А. «Статистическое взаимодействие электронов и дефектов в полупроводниках», К., Наукова Думка, 1969; Стриха В.И. “Теоретические основы контакта металл-полупроводник”, К., Наукова думка, 1974; Стриха В.И., Бузанева Е.В., Радзиевский И.А. “Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки”, М., Советское радио, 1974; В.Л.Винецкий, Г.А.Холодарь. “Радиационная физика полупроводников”, К., Наукова думка, 1979; В.Н.Добровольский, В.Г.Литовченко. “Перенос электронов и дырок у поверхности”, К., Наукова думка, 1985; Г.П.Пека, В.Ф.Коваленко, В.Н.Куценко. “Люминесцентные методы контроля параметров полупроводниковых материалов и приборов”, К., Техника, 1986; Vinetskij V.L., Holodar G.A. Modern problems in condensed matter sciences, North Holland Amsterdam-Oxford, New Jork-Tokyo, 1986; Стриха В.И., Бузанева Е.В. “Физические основы надежности контактов металл-полупроводник в интегральной электронике”, М., Радио и связь, 1987; Г.П.Пека, В.Ф.Коваленко, А.Н.Смоляр. «Варизонные полупроводники», К., Вища школа, 1989; Стриха В.И. “Биотехнология – новое направление компьютеризации” (под ред. Г.Р.Иваницкого), М., Наука, 1990; Е.В.Бузанева. “Микроструктуры интегральной электроники”, М., Радио и связь, 1990; V.N.Dobrovolsky, V.G.Litovchenko. “Surface electronic transport phenomena in semiconductors”, Clarendon Press, Oxford, 1991; В.А.Скрышевский, В.П.Толстой “Инфракрасная спектроскопия полупроводниковых структур”, К., Лыбидь, 1991; В.И.Стриха, С.С.Кильчицкая. “Солнечные элементы на основе контакта металл-полупроводник”, Санкт-Петербург, Энергоатомиздат, 1992.
В 1960-90 р.р. на кафедрі і в її підрозділах кожен рік виконувались 3 держбюджетні і 12-15 госпрозрахункових робіт із загальним фінансуванням 500-600 тис. крб. на рік. Серед цих робіт значна частина відносилась до найважливіших за тематикою – згідно до постанов ДКНТ РД СРСР, АН СРСР та ін. Великий обсяг госпрозрахункової тематики дозволяв втілювати результати фундаментальних досліджень в життя. Наведемо тільки деякі приклади.
Був створений швидкодіючий фотоприймач лазерного випромінювання для ближньої інфрачервоної області на основі контакту метал-германій (проф.Стріха В.І., доц.Кільчицька С.С., тема виконувалась за Постановою ДКНТ РМ СРСР). Запропонована нова конструкція запам’ятовуючого транзистора і новий електрооптичний спосіб запису інформації в транзисторах з плаваючим затвором. Виготовлено транзистор із запропонованою конструкцією, який мав напругу запису інформації значно нижче ніж існуючі на той час (проф.Добровольський В.М., ст.н.с.Нінідзе Г.К.). На основі структур метал-напівпровідник-метал розроблені потужні високовольні перемикаючі пристрої з оптичним контролем (проф.Пека Г.П., проф.Бродовий В.А.). Розроблено портативний тепловізор з безвакуумним світлодіодним індикатором (доц.Воробйов Ю.В.). На основі контактних багатошарових структур створений та досліджений новий клас приладів – біосенсори. Розроблено та захищено міжнародним патентом мініатюрний біосенсор для експресного визначення концентрації глюкози в крові людини (проф.Стріха В.І.). Розроблені методи діагностики надтонких діелектричних шарів на поверхні напівпровідників та в інтерфейсах метал-діелектрик-напівпровідник. Досягнута чутливість вимірів товщини шару діелектрика в 1 нм дозволила провести комплекс досліджень структурно-хімічних змін в тонких та надтонких діелектричних шарах під час технологічних операцій виробництва кремнієвих інтегральних схем, сонячних елементів, сенсорів. Розробка була впроваджена у виробництво на ВО ім. С.П. Корольова (Скришевський В.А.). Результати вивчення явищ, що відбуваються в електронно-дірковій плазмі напівпровідника, були використані при розробці нової технології виготовлення напівпровідникових приладів. За участь у цій роботі проф.Добровольському В.М. та ст.н.с.Павлюку С.П. було присуджено Державну премію УРСР у галузі науки і техніки за 1982 р.
Таких прикладів можна наводити багато. Про важливість досліджень, які проводились на кафедрі, свідчить те, що економічний ефект від впровадження цих досліджень в виробництво щорічно складав 250-300 тис.крб.
Треба також згадати, що ще в 70-х роках кафедра одна із перших почала застосовувати автоматизацію наукових досліджень – було автоматизовано декілько вимірювальних установок. Велику роботу в цьому напрямку проводив науковий співробітник Ветров О.П. Трохи згодом цей напрямок поширився і на учбовий процес.
Наукові досягнення кафедри неодноразово відзначались на Всесоюзних та республіканських конкурсах та виставках. При виконанні багатьох досліджень та розробок кафедра плідно співробітничала як з кафедрами радіофізичного факультету, інших факультетів (фізичного, хімічного), так і іншими установами. Кафедра проводила спільні наукові дослідження з Інститутом напівпровідників, Інститутом фізики, Інститутом ядерних досліджень НАНУ, з НДІ «Оріон» та «Сатурн», НВО «Кристал» (Київ); НДІ «Полюс», ВНДІ джерел струму (Москва); Інститут космічних досліджень АН СРСР, ФТІ ім.А.Ф.Йоффе, ДОІ (Санкт-Петербург) та багато інших, деякі з яких вже згадувались.
Наприкінці 80-х та в 90-х роках поширюються міжнародні зв’язки кафедри. В 1989 р. Київським університетом, Інститутом молекулярної біології та генетики НАНУ та Ecole Central (м.Ліон, Франція) укладено договір про спільні наукові дослідження та обмін студентами в галузі сенсорів. Проводились спільні дослідження з Братиславським університетом ім.Я.Каменського (Словаччина), Ліонським політехнічним інститутом (Франція). Завдяки цим дослідженням було отримано чотири гранти НАТО на підтримку міжнародних наукових зв’язків строком на два роки кожний.
Кафедра проводила значну організаційну роботу по координації досліджень, пов’язаних з контактом метал-напівпровідник. Так, в 1975 р. в Києві була організована і проведена перша в СРСР конференція “Напівпровідникові прилади з бар’єром Шоткі”. Такі ж конференції були проведені в 1978 р. (Одеса) та в 1987 р. (Київ). В кожній з цих конференцій прийняли участь більше ніж 200 чоловік, які представляли понад 60 організацій із 25 міст. Було також проведено ряд республіканських та Всесоюзних семінарів з подібною тематикою. Кафедра приймала активну участь в організації виїздного засідання секції АН СРСР по гетеропереходам (Київ, 1980 р.). В 1980 р. Проблемна лабораторія (науковий керівник проф.Стріха В.І.) була призначена координатором підприємств, НДІ та вузів країни з проблеми “Напівпровідникові прилади з бар’єром Шоткі». З 1992 р. кафедра активно працює над фундаментальними та прикладними проблемами по пріоритетним напрямкам розвитку науки і техніки, затвердженими Верховною Радою України. Протягом 1992-96 р.р. кафедра була головною організацією по Державній програмі “Нетрадиційні джерела енергії” Міннауки України.
|