​​​​​​В лаборатории нанодиагностики и нанолитографии, у истоков которой стоит академик Александр Леонидович Асеев, исследуют атомные процессы на поверхности и в объеме кристаллов, атомное строение наноструктур с помощью высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии, развивают методы наноструктурирования поверхности с помощью электронной, ионной- и зондовой литографии для изготовления твердотельных наносистем из полупроводниковых, металлических и органических материалов. Сегодня дело ученого продолжают молодые специалисты, которые поделились результатами своих исследований и продемонстрировали передовые технологии. 
Лаборатория располагается в здании термостатированного корпуса ИФП СО РАН. Его построили одним из первых в 70-х годах ХХ века. По словам заведующего лабораторией Дмитрия Щеглова, после строительства корпус считался шедевром инженерной инфраструктуры. Он напоминает матрешку — здание в здании, которое сконструировано так, чтобы на внутреннем уровне всегда поддерживались постоянная температура 18 градусов Цельсия и особые условия чистоты атмосферы от пылинок.  

"При строительстве была установлена сложная система вентиляции. К сожалению, с 70-х годов нормы чистоты атмосферы для полупроводниковых технологий изменились и здание стало устаревать. Чтобы соблюдать необходимые условия, мы создаем следующий уровень — так называемые  «чистые комнаты»", — рассказал «Научной России» Дмитрий Щеглов.​

Молодой кандидат наук Сергей Васильевич Ситников демонстрирует атомную DAS-модель поверхности кремния 
Молодой кандидат наук Сергей Васильевич Ситников демонстрирует атомную DAS-модель поверхности кремния
Николай Малахин / Научная Россия 

Атомная DAS-модель поверхности кремния 
Атомная DAS-модель поверхности кремния
Николай Малахин / Научная Россия 

Атомная DAS-модель поверхности кремния 
Атомная DAS-модель поверхности кремния
Николай Малахин / Научная Россия
 
Александр Леонидович Асеев — один из основателей направления исследований элементарных структурных процессов в объеме полупроводников. Сегодня сотрудники лаборатории уже работают на предельном уровне технологий — атомарном, пытаясь найти способы воздействия на атомы кристалла, с тем, чтобы полупроводники были более функциональными. Его последователь — нынешний директор Института физики полупроводников Александр Васильевич Латышев сфокусировался на изучении свойств поверхностей полупроводников, где совершил ряд фундаментальных открытий в области процессов самоорганизации атомов. Сейчас благодаря накопленному научной школой академиков А.Л. Асеева и А.В. Латышева  опыту молодые сотрудники лаборатории нанодиагностики вышли на новый уровень и исследуют совершенно уникальные системы. 

Заведующий лабораторией Дмитрий Щеглов с молодыми коллегами демонстрирует уникальную научную установку — комплекс сверхвысоковакууумной отражательной микроскопии 
Заведующий лабораторией Дмитрий Щеглов с молодыми коллегами демонстрирует уникальную научную установку — комплекс сверхвысоковакууумной отражательной микроскопии
Николай Малахин / Научная Россия
Заведующий лабораторией нанодиагностики и нанолитографии, кандидат физико-математических наук Дмитрий Владимирович Щеглов: 

«Сегодня наша лаборатория фактически является крупным Центром коллективного пользования, включенным в государственный реестр. В свое время при активном участии Александра Леонидовича, ЦКП был создан, чтобы обеспечить диагностическое сопровождение различного уровня проектов, выполняемых в институтах Сибирского отделения РАН. Такой Центр объединяет институты по определенному направлению исследований, а сотрудники из разных научных организаций вместе работают с высокотехнологичными и дорогостоящими приборами. ЦКП направлены на поддержку исследований по приоритетным направлениям развития России, демонстрируют научные результаты мирового уровня и развивают научно-технологическую составляющую экономики РФ". ​​

"Мы исследуем и создаем уникальные полупроводниковые структуры, которые находятся на самом переднем крае науки, а некоторые из них «опережают время» по научно-технологическому уровню лет на 20", — отметил Дмитрий Щеглов.  ​

Перед учеными стоит задача не только изучить процессы с фундаментальной точки зрения, но и развивать технологические решения на их основе, востребованные в промышленности. Многие из созданных структур не могут быть использованы сейчас, поскольку общий уровень развития науки и технологий не поспевает за ними. Тем не менее, мировое лидерство в этой области заставляет постоянно совершенствовать специальные диагностические приборы для изучения подобных процессов. 

Так, в лаборатории изучают процессы самоорганизации атомов на атомно-чистой поверхности кристалла, например, кремния, чтобы создавать так называемые поверхности-трансформеры. Эти структуры могут прецизионно и контролируемо менять собственный рельеф поверхности, согласно заданным учеными условиям. Исследования коллектива ИФП СО РАН проводятся с использованием научного оборудования, включающего аналитическую высокоразрешающею просвечивающую электронную микроскопию с корректором сферической аберраций, уникальную не имеющих аналогов сверхвысоковакуумную отражательную электронную микроскопию, сканирующую электронную микроскопию, атомно-силовую микроскопию и современные нанолитографические приборы. Уникальный диагностический комплекс позволяет трансформировать методом «снизу-вверх» рельеф поверхности кристалла, создавая предельно гладкие или шероховатые поверхности. Такие поверхности-трансформеры уже сейчас востребованы как атомно-гладкие зеркала в современных оптических интерферометрах, или как меры шероховатости и геометрических размеров для пикометрологии.  

На видео показана эволюция поверхности кремния (111) при 650 градусах Цельсия в сверхвысоковакуумных условиях
«В нанотехнологии используются такие понятия, как создание наноструктур методом «сверху вниз» и «снизу вверх». Представьте, что вы получили задание на базе старого советского автомобиля сделать современную дорогую иномарку. Управляя процессом по методу «сверху-вниз», вы полностью разбираете оба автомобиля, сравниваете детали, создаете приборную базу для изменения деталей и их сборке, и собираете нечто похожее на новую иномарку, сохраняя при этом весь бюджет ошибок на каждом этапе повторения. В качестве примера работы «снизу-вверх» можно привести «гиперболу», когда вы сравниваете общие физические свойства двух автомобилей, на основе фундаментальных расчетов и знания структуры материалов автомобилей и их формы. После, на основе знаний и расчетов создаете стену с такой формой поверхности, что при сильном ударе об нее первый автомобиль меняет форму и превращается во второй. К сожалению, часто такие задачи не имеют решения, но в тех случаях, когда такое решение есть, управление процессом «снизу-вверх» предполагает использование свойств самого материала, знаний о нем и его элементарно-структурных процессов. К счастью, в наномире процессы самоорганизации гораздо более явны, так как усложнение за счет размерных уровней, конечно, и лимитируется единичными атомами», — поясняет Дмитрий Щеглов.

Кристалл кремния в момент трансформации поверхности в атомное зеркало при температуре 1200 градусов Цельсия в сверхвысоковакуумной MBE-ячейке в колонне отражательного электронного микроскопа 
Кристалл кремния в момент трансформации поверхности в атомное зеркало при температуре 1200 градусов Цельсия в сверхвысоковакуумной MBE-ячейке в колонне отражательного электронного микроскопа (Фото предоставлено сотрудниками лаборатории нанодиагностики и нанолитографии)
В одной из комнат установлены сканирующий электронный микроскоп и системы зондовой микроскопии. Такие установки позволяют на наноуровне исследовать свойства поверхности материалов. Сотрудники работают с разрешением меньше 1 нанометра. То есть могут различить до нескольких атомов, соединенных вместе. Это позволяет анализировать свойства поверхностей с максимальной детализацией.

Сотрудники лаборатории нанодиагностики проводят исследования элементарных структурных процессов для дальнейшего развития технологии поверхностей-трансформеров. В будущем подобные технологии принесут новые интересные приложения, в том числе системы, обладающие уникальными функциональными свойствами. 

Автор: Анастасия Пензина.

Фото: Сканирующий электронный микроскоп позволяет рассматривать наноструктуры с разрешением в 1 нм, что востребовано в передовых исследованиях  физиков, геологов, медбиологов и химиков (Николай Малахин / Научная Россия​).

Источники

От атомов к поверхностям-трансформерам
Научная Россия (scientificrussia.ru), 19/02/2021
От атомов к поверхностям-трансформерам
Nanonewsnet.ru, 22/02/2021

Похожие новости

  • 28/08/2018

    Сибирские физики создают производственную базу для электроники за 500 млн рублей

    ​Новосибирский институт физики полупроводников (ИФП) Сибирского отделения (СО) РАН создает для предприятия электроники "Экран - оптические системы" производственную площадку стоимостью 500 млн рублей.
    882
  • 06/05/2017

    Победы Сибирского отделения РАН: от сканеров таможенного досмотра до создания новых материалов

    В преддверие Дня Победы ученые представили разработки институтов Сибирского отделения Российской академии науки и промышленных корпораций в сфере оборонного и гражданского назначения. Председатель Сибирского отделения РАН, академик Александр Асеев подчеркнул, что «решение сложных проблем оборонно-промышленного комплекса, его диверсификация — то есть производство гражданской продукции, — невозможно без опоры на достижения фундаментальной науки.
    2824
  • 25/11/2020

    В новосибирском Академгородке готовят "фабрику полупроводников" для МКС

    ​​​Получать полупроводники в открытом космосе намерены ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН. Планируется, что на МКС аппаратуру доставят уже в 2021 году. Но зачем вообще производство полупроводников нужно выносить за пределы Земли? - Речь идет о получении полупроводников особой чистоты, недостижимой на Земле.
    376
  • 02/09/2020

    80 лет со дня рождения Сергея Стенина

    1 сентября — день рождения Сергея Ивановича Стенина — блестящего ученого, талантливого организатора, основателя научной школы, выпускника НГТУ НЭТИ. Сегодня ему бы исполнилось 80 лет. Во многом именно благодаря этому человеку Институт физики полупроводников им.
    810
  • 29/08/2018

    В Новосибирске обсудили перспективы развития технологической кооперации науки и производства

    ​Заседание Совета главных инженеров предприятий Сибирского федерального округа на VI Международном форуме и выставке технологического развития "Технопром-2018" было посвящено перспективам развития технологической кооперации науки и производства.
    1416
  • 18/02/2021

    Управляя поверхностью. Разговор с академиком Александром Асеевым

    ​Александр Леонидович Асеев — один из основателей направления исследований элементарных структурных процессов в объеме полупроводников. Конечно, сложно понять, что скрывается за этими процессами. Однако ежедневно мы используем то, что возникло благодаря полупроводникам и их дальнейшему развитию — наши смартфоны.
    216
  • 19/11/2020

    Пленки для идеальной памяти: работа по синтезу соединений для элементов компьютерной памяти отмечена премией мэрии Новосибирска

    ​​Продолжаем представлять молодых ученых Академгородка, чья работа в этом году была отмечены премией мэрии Новосибирска. Наш сегодняшний собеседник – научный сотрудник Института физики полупроводников им.
    613
  • 14/05/2019

    От электрона к фотону: ИФП СО РАН — 55

    ​​Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
    1430
  • 19/03/2015

    Что вырастим, то вырастим: 3D-индустрия

    ​В стакан с песком мы кольцами, одно поверх другого, наливаем клей, он застывает, затем снова и снова льем клей и подсыпаем песку... Потом отряхиваем лишнее и получаем нечто вроде трубы. Заменим песок специально подготовленным порошком из металла, керамики или композита, струйку клея - лучом лазера или потоком электронов, а собственную руку - системами точного, до микрон, позиционирования и интеллектуального управления.
    1863
  • 22/12/2017

    Новосибирские физики сконструируют для лунной базы солнечные батареи

    ​Освоение других планет - давняя мечта человечества. Но ее невозможно реализовать, не решив энергетическую проблему. Новосибирские физики предложили способ усовершенствовать солнечные батареи для работы в космосе.
    1391