| Название НИОКТР |
Разработка и изготовление лавинных фотодиодов и фототранзисторов коротковолнового инфракрасного диапазона на основе материалов IV группы (Ge, Si, Sn)
|
| Аннотация |
Разработка фотодетекторов (фотодиодов и фототранзисторов) коротковолнового инфракрасного (ИК) диапазона (1.1 – 3 мкм), обладающих высокими чувствительностью, отношением сигнал-шум и быстродействием является одной из важнейших задач фотоники для применений в волоконно-оптических линиях связи нового поколения, квантовой информатике, астрофизических исследованиях, медицинской диагностике и мониторинге окружающей среды. Создание таких фотодетекторов возможно с использованием нового класса материалов и наногетероструктур на основе элементов IV группы Ge-Si-Sn. Совместимость данных материалов с техпроцессами современной кремниевой микроэлектроники является их бесспорным достоинством по сравнению с применяемыми в настоящее время в ИК фотонике материалами A2B6 и A3B5. Реализация эффективных устройств фотоники на основе Si, Ge и соединений SiGe ограничена непрямозонностью их электронной энергетической структуры. Новый класс материалов на основе тройных соединений GeSiSn, имеющих высокий показатель поглощения и являющихся прямозонными при определенном содержании олова и деформации кристаллической решетки, предлагается в качестве перспективного материала для регистрации оптического сигнала во всем коротковолновом ИК диапазоне, в частности телекоммуникационном. Использование GeSiSn вместо двойных соединений GeSn, на основе которых активно ведутся разработки ИК фотодетекторов, позволяет решить проблемы больших механических напряжений и высокой плотности пронизывающих дислокаций, а также низкой термической стабильности материала.
В настоящем проекте для создания фотодетекторов диапазона 1.1 – 3 мкм будут разрабатываться лавинные фотодиоды и биполярные фототранзисторы, позволяющие за счёт внутреннего усиления сигнала достичь высоких значений чувствительности, отношения сигнал-шум, и быстродействия. С этой целью будут проведены разработка технологии и изготовление лавинных фотодиодов и фототранзисторов на основе материалов GeSiSn, получаемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
Планируемый исследовательский коллектив имеет существенный задел в области технологий роста толстых слоев GeSiSn, многослойных бездислокационных структур на основе квантовых точек GeSiSn, множественных квантовых ям GeSiSn/Si(Ge), а также обладает опытом изготовления биполярных Ge/Si фототранзисторов и p-i-n фотодиодов на основе упругонапряженных слоев и квантовых точек GeSiSn коротковолнового ИК диапазона с низким значением плотности темнового тока.
В рамках проекта будут созданы макеты лавинных фотодиодов и биполярных фототранзисторов, имеющих в качестве базы слои GeSiSn, множественные квантовые ямы GeSiSn/Si, а также многослойные структуры с квантовыми точками GeSiSn. Дополнительное усиление сигнала будет достигаться использованием резонансно-полостных структур и фотонных кристаллов, совмещенных с лавинными фотодиодами и фототранзисторами.
Характеризация сформированных структур будет осуществляться методами спектроскопии адмиттанса, фотолюминесценции, ИК фурье-спектроскопии, фотомодуляционной спектроскопии отражения, изучением электрофизических характеристик. Будут определены спектральная чувствительность и коэффициент усиления по току в зависимости от уровня легирования, толщины базы, а также от состава слоев GeSiSn в активной области приборов. Для поиска технологических решений создания лавинных фотодиодов и фототранзисторов с оптимальными характеристиками (по чувствительности и быстродействию) будет осуществляться моделирование этих приборов в программных пакетах TCAD и COMSOL Multiphysics.
Новизной настоящего проекта, по сравнению с аналогичными исследованиями в мире, является использование для создания фотодетекторов нового класса материалов Ge-Si-Sn, совместимых с кремниевой технологией, и, кроме того, их сопряжение с резонансно-полостными структурами и двумерными фотонными кристаллами, что может привести к существенному возрастанию чувствительности детекторов.
|
| Доступ к ОКОГУ исполнителя |
False
|
| Количество связанных РИД |
0
|
| Количество завершенных ИКРБС |
0
|
| Сумма бюджета |
21000.0
|
| Дата начала |
2025-05-28
|
| Дата окончания |
2027-12-31
|
| Номер контракта |
25-19-00742
|
| Дата контракта |
2025-05-28
|
| Количество отчетов |
3
|
| УДК |
621.38-022.532
|
| Количество просмотров |
6
|
| Руководитель работы |
Фирсов Дмитрий Дмитриевич
|
| Руководитель организации |
Семенов Александр Анатольевич
|
| Исполнитель |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ЛЭТИ" ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)"
|
| Заказчик |
Российский научный фонд
|
| Федеральная программа |
Отсутствует
|
| Госпрограмма |
—
|
| Основание НИОКТР |
Грант
|
| Последний статус |
2025-07-17 14:22:45 UTC, 2025-07-17 14:22:45 UTC
|
| ОКПД |
Нет
|
| Отраслевой сегмент |
—
|
| Минздрав |
—
|
| Межгосударственная целевая программа |
—
|
| Ключевые слова |
инфракрасный диапазон; лавинный фотодиод; полупроводник; квантовая точка; фотонный кристалл, резонансно-полостная структура, фототок, дефекты в полупроводнике, ИК фурье- спектроскопия; молекулярно-лучевая эпитаксия; квантовая яма; наногетероструктура; фототранзистор; фотодетектор
|
| Соисполнители |
—
|
| Типы НИОКТР |
Фундаментальное исследование
|
| Приоритетные направления |
—
|
| Критические технологии |
—
|
| Рубрикатор |
47.09.48 - Наноматериалы для электроники
|
| OECD |
—
|
| OESR |
Электротехника и электроника; Нано-материалы [производство и свойства]
|
| Приоритеты научно-технического развития |
а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
|
| Регистрационные номера |
ikrbs: {'card_list': [{'id': '9US144T1NXS70KS5OOJ5QD30'}]}
|
