В Физическом институте им. П.Н. Лебедева в сотрудничестве с Московским инженерно-физическим институтом созданы перспективные материалы на основе оксидов переходных металлов, необходимые для изготовления функциональных элементов наноэлектроники.

Стремительный процесс миниатюризации полупроводниковых приборов требует новых материалов. Ключевой элемент таких приборов – так называемые МДП-структуры (МДП – металл/диэлектрик/полупроводник). Диэлектрические слои абсолютно необходимы для их работы, но – чем тоньше, тем сложнее их получить. Рабочие параметры используемого в качестве диэлектрика в настоящее время диоксида кремния (SiO₂) сегодня практически доведены до предельных значений. Представляем первую, только что завершенную часть работы, в которой получены и исследованы на предмет пригодности для наноэлектроники 4 группы оксидов на основе переходных металлов (элементов побочных подгрупп Периодической системы Д.И. Менделеева с переменной валентностью).

Получить оксиды переходных металлов – это не просто взять и присоединить кислород к металлу. Это достаточно специфический, строго контролируемый процесс, требующий решения целого ряда как физических, так и практических задач, – объясняет руководитель группы разработчиков зам. директора ФИАН по научной работе, доктор физ.- мат.наук, профессор Владимир Неволин.

Молодым учёным из МИФИ под руководством проф. В.Н. Неволина удалось не только показать, что одним из самых перспективных для наноэлектроники диэлектриков будет оксид европия, но и исследовать особенности технологического процесса получения этого материала.

Проблема в том, – продолжает свой рассказ Владимир Неволин, – что оксид состава EuO, который нужен для решения подобных задач, не может просто так существовать, он неустойчивый и тут же начнет дополнительно присоединять кислород и переходить в конечную фазу – Eu₂O₃. Значит нужно так изобразить технологический процесс, чтобы получить EuO, строго дозируя количество осаждаемых атомов (!) европия и участвующих в этом атомов кислорода, чтобы получился именно EuO. Но при этом нужно иметь возможность тут же, в сверхвысоком вакууме, как только получится EuO, во-первых, in situ показать, что это именно так, и во-вторых, накрыть его каким-то слоем для того, чтобы не дать кислороду дополнительно зайти туда.

Такую задачу удалось решить методом импульсного лазерного прецизионного осаждения, осуществляемого при достаточно неравновесных условиях. Этот метод не является ни промышленным, ни даже полупромышленным, но именно он позволяет отработать конкретную технологию получения конкретного слоя или комбинации слоев. В сверхвысоковакуумном объеме у вас есть возможность введения лазерного излучения, осуществления прецизионного лазерного осаждения слоев и кроме этого исследователь располагает, скажем, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией, которая будет в реальном масштабе времени наблюдать за ростом и давать информацию о нем. Лишь по результатам таких работ, как представляемая в настоящем сообщении, можно далее переходить к отработке технологии на полупромышленных установках и получать опытные образцы, которые уже затем получат широкое распространение.

Метод импульсного лазерного осаждения очень интересен с точки зрения отработки технологии, выяснения физики процесса и рекомендаций и условий к технологии. А в такой полупромышленной установке, как молекулярно-лучевая эпитаксия сочетать это нельзя, там другие условия, там нет сверхвысокого вакуума именно в той зоне, где нужно проводить исследования, а те методы исследования, которые нужно проводить, их нужно и можно проводить именно в сверхвысоком вакууме. Это, с одной стороны, фундаментальная наука, но в то же время, она по существу дает практический результат, потому что в результате фундаментальной работы получены конкретные требования к тому, как должен быть реализован технологический процесс получения идеальных параметров данного слоя, а, следовательно, это уже практическая наука, это уже прикладная вещь, которая предоставляет возможность давать рекомендации и организовывать полупромышленные или даже промышленные технологии, – убежден Владимир Неволин.

ФИАН и МИФИ давно и плодотворно сотрудничают по ряду направлений. Несколько десятков лет работает Высшая школа физиков ФИАН-МИФИ. Подобная интеграция ведущих исследовательских институтов и вузов является одним из наиболее эффективных путей достижения научных результатов, в ходе которых осуществляется подготовка научных кадров высшей квалификации.