Научное направление

Выполнение научной программы кафедры физической электроники осуществляется  на базе научных лабораторий кафедры: 

• лаборатория синтеза полупроводниковых наноматериалов и тонких пленок
• лаборатория оптической и лазерной спектроскопии

Группа сотрудников кафедры физической выполняет тему "Получение, реальная структура, некоторые объемные и поверхностные свойства полупроводников, полупроводниковых оксидов в виде кристаллов, монокристаллических слоев, пленок, многослойных структур на их основе, а также поверхностных явлений, обусловленные адсорбцией акцепторных и донорных газов". Данную группу возглавляет профессор М.Х. Рабаданов, исполнителями данной темы являются сотрудники кафедры, аспиранты, студенты, курсовики и дипломники. Приоритет исследований по данной теме закреплен не только опубликованием более 200 статей, выполнением 14 работ на соискание ученых степеней докторских и кандидатских диссертаций, но и получением 16 авторских свидетельств и патентов. Деятельность лаборатории технологии синтеза полупроводниковых наноматериалов и тонких пленок направлена на решение научно-исследовательских и опытно-конструкторских задач, направленных на разработку и оптимизацию технологии получения наноструктурированных материалов с заданными физическими свойствами на основе широкозонных оксидов и нитридов, а так же многокомпонентных сегнетопьезокерамических материалов различного состава для элементной базы оптоэлектроники, устройств памяти, люминесцентных и светодиодных наноматериалов, систем отображения информации и др. Лаборатория технологии синтеза полупроводниковых наноматериалов и тонких пленок размещается в четырех лабораторных помещениях общей площадью 112 кв. м., инженерное состояние которых соответствует требованиям, предъявляемым к эксплуатации высокоточного научного оборудования. В частности, лабораторные помещения имеют высокостабилизированное электропитание, раздельное двухконтурное заземление, водопровод, канализация, тепло, кондиционирование, вентиляция, водяное охлаждение, интернет, телефон.

Приборная база лаборатории: 

1. Автоматизированный многофункциональный комплекс для магнетронного нанесения покрытий «ВАТТ АМК-МИ» (ЗАО «Ферри-Ватт», РФ). Технологический комплекс предназначен для решения исследовательских задач по отработке воспроизводимой технологии осаждения тонких пленок с заданными свойствами и осаждения покрытий на подложки больших размеров (до формата А4), по заранее отработанной технологии, что позволяет форсировать промежуточное масштабирование технологии в лабораторных условиях до промышленного уровня. Система полностью автоматизирована (от стадии загрузки образцов до их выгрузки). В установке использованы современные безмаслянные средства откачки и измерения вакуума и предусмотрена возможность подключения малогабаритных исследовательских вакуумных камер. Технологический комплекс состоит из двух вакуумных камер: малой и большой. В большой камере расположены 3 линейных магнетрона и один линейный источник ионов, а в малой камере – 4 круглых магнетрона и ионный источник, что позволяет осуществлять финишную очистку подложки перед нанесением слоя и ионно-ассистированного осаждения слоев. Трехканальная система напуска рабочих газов в вакуумную камеру позволяет получать покрытия практически из любых металлов, сплавов, диэлектриков и полупроводниковых материалов. 

2. Комплекс установок для выращивания монокристаллов группы A2B6 методом химических транспортных реакций.

Данный технологический комплекс предназначен для выращивания монокристаллов группы A2B6 методом химических транспортных реакций диаметром до 25 мм. Технологический комплекс позволяет менять режимы роста кристаллов, отрабатывать методики их получения, а также проводить научно-технические исследования, которые приведут к синтезу новых материалов, востребованных в научно-исследовательских организациях. 

3. Азотная станция LNP-40 (Criomech, США), позволяющая получать высокочистый жидкий азот объемом до 40 л/день. 

4. Оптоволоконный спектрометрический комплекс AvaSpec-ULS2048?64(Avantes, Нидерланды), предназначенный для проведения качественного/количественного фотометрического анализа в диапазоне длин волн 190-1100 нм со спектральным разрешением лучше 5.0 A. 

5. Установка для синтеза и исследования тонких пленок, предназначенная для отработки технологии синтега и получения наноструктурированных материалов с заданными физическими свойствами на основе широкозонных оксидов и нитридов, а так же многокомпонентных сегнетопьезокерамических материалов различного состава с использованием методов катодного и магнетронного распыления.

Технологическая установка сформированан на основе следующих комлпектующих и оборудования: 

- вакуумная камера CV (НТС, Тайвань); 

- высоковакуумный криогенный насос CryoTorr-8 WC (CTI Cryogenics, США); 

- безмасляный форвакуумный насос ISP-500C-SV (Anest Iwata, Япония); 

- комплект комплектующих и вспомогательного обрудования (НТС, Тайвань; VAT, Швейцария).

Методики исследования: 

- комплекс методик получения наноструктурированных тонких пленок и функциональных нанослоев с заданными физическими свойствами на основе широкозонных оксидов и нитридов, а так же многокомпонентных сегнетопьезокерамических материалов на основе метода магнетронного распыления; 

- комплекс методик получения объемных наноструктурированных монокристаллов группы A2B6 на основе метода химических транспортных реакций; 

комплекс методик регулирования толщины переходного слоя между подложкой и пленкой реконструкцией структуры поверхности подложки нанесением на нее атомов иной природы в виде монослоев (металлы, их оксиды, нитриды); 

- комплекс методик воспроизводимого синтеза агрегатов в газовой фазе в широком диапазоне изменения технологических параметров температуры, парциального давления реагентов, состава газовой среды, длины свободного пробега и т.д.

Лаборатория оптической и лазерной спектроскопии.

Деятельность лаборатории оптической и лазерной спектроскопии связана с выполнением комплексных экспериментальных и теоретических исследований спектральных, время-разрешенных, поляризационных и пространственных характеристик случайно-неоднородных рассеивающих и поглощающих сред (неравновесные нестационарные плазменные среды, органические, биоорганические и полимерные соединения, живые биосистемы) с использованием методов лазерной оптической и нелинейно-оптической спектроскопии и микроскопии УФ, видимого и ИК диапазонов спектра. 

Приборная база лаборатории: 

На сегодняшний день лаборатория оптической и лазерной спектроскопии располагает следующим научно-аналитическим оборудованием: 

1. Многофункциональный лазерно-спектрометрический комплекс,предназначенный для исследований лазерно-индуцированных стационарных и поляризационных характеристик спонтанных и индуцированных фотосигналов с квантовым выходом до 10-6, субнаносекундным временным разрешением (0.7 нс) и спектральным разрешением 0.1 A в УФ, видимом и ближнем ИК диапазонах спектра.

Лазерно-спектрометрический комплекс сформирован на базе следующего оборудования: 

- оптический параметрический генератор LP603 в комплекте с лазером накачкой LQ529 (Солар Лазер Систем, Республика Беларусь), позволяющий генерировать лазерное излучение в спектральном диапазоне 410-2500 нм; 

- эксимерный лазер CL-5100 (ИОФАН, г. Троицк) на смеси XeCl (?=308 нм) в комплексе с перестраиваемым по длинам волн лазером на красителях ЛЖИ-504 (?=350-800 нм); 

- высокоскростная система видео- и фотодетектирования SP-2358/ PI-MAX3: 1024i (Princeton Instruments, США) оптических сигналов с одновременным разрешением по спектру в диапазоне длин волн 200-1100 нм и по времени около 2.0 нс; 

- монохроматор/спектрограф MS7504i в комплексе с CCD-детектором HS102H-2048/14 и высокоскоростным ФЭУ-модулем H6820 (SOL-Instruments, Республика Беларусь; Hamamatsu, Япония), позволяющий регистрировать оптические сигналы в диапазоне длин волн 200-1100 нм со спектральным разрешением менее 0.1 A и временным разрешением 0.7 нс; 

монохроматор/спектрограф MS3504i в комплексе с CCD-детектором HS103H-2048/14 и высокоскоростным ФЭУ-модулем H6820 (SOL-Instruments, Республика Беларусь) позволяющий регистрировать оптические сигналы в диапазоне длин волн 200-1100 нм со спектральным разрешением менее 1.0 A и временным разрешением 0.7 нс; 

- система коммутации комплекса – генераторы импульсов Tektronix DG645 и Tektronix AFG3022 B и регистрации – цифровой осциллограф Tektronix 5054B (Tektronix, США); 

-комплект оптики и оптомеханики (Standa, Литва) и волоконных световодов (Avantes, Нидерланды). 

2. Экспериментальный масс-спектрометрический комплекс (ЭМК), предназначенный для проведения научно-аналитических исследований эксплуатации новых материалов и веществ в условиях воздействия высокого вакуума, градиентов температур и различных ионизирующих излучений (электронных пучков, рентгеновского излучения и УФ-излучения). 
ЭМК (ФТИ низких температур, Украина) представляет собой камеру из нержавеющей стали с полезным испытательным объемом 50 литров, в которой может быть создан вакуум давлением остаточных газов примерно до 10-7 мм. рт. ст. для чего комплекс снабжен откачным постом на базе турбомолекулярного насоса nEXT300D XDS10 (BOC Edwards, Великобритания). Вакуумная камера снабжена тремя кварцевыми окошками для ввода УФ или лазерного излучения, электронной пушкой для облучения материала ионизирующими электронным пучками в пределах 2-45 кЭв, внешним имитатором солнечного спектра, системой регулирования температуры образцов в диапазоне от -100°С до 400°С и квадрупольным масс-спектрометром EXtorr XT300 (EXtorr inc., США). Высоковольтные вакуумные разъемы позволяют прикладывать к образцам, находящимся внутри вакуумной камеры, регулируемое высокое напряжения до 100 кВ. 

3. Экспериментальный лазерно-оптический микроскоп-спектрометр,предназначенный для исследования морфологии, структуры и состава биоорганических и живых систем с использованием методов оптической и лазерно-индуцированной флуоресцентной и рамановской спектроскопии и микроскопии в диапазоне длин волн 200-1100 нм, временным разрешением менее 1 нс и пространственным разрешением до 500 нм.

Экспериментальный лазерно-оптический микроскоп-спектрометр сформирован на основе следующего оборудования: 

- 3-D лазерный сканирующий конфокальный микроскоп Интегра Спектра Раман (ЗАО «НТИ», Россия) на базе исследовательского оптического микроскопа Nikon-NiU (Nikon, Япония); 

- монохроматор/спектрограф MS3504i в комплексе с CCD-детектором HS101H-2048/122-HR1 и высокоскоростным ФЭУ-модулем H6820 (SOL-Instruments, Республика Беларусь) позволяющий регистрировать оптические сигналы в диапазоне длин волн 200-1100 нм со спектральным разрешением менее 1.0 A и временным разрешением 0.7 нс; 

- азотный лазер с излучением на длине волны 337.1 нм, диодный лазер с длиной волны 532 нм и гелий-неоновый лазер с 632.8 нм (Mellos Griot, США); 

- интегрирующая сфера AvaSphere-80-REFL-2S в комплекте с сбалансированным дейтериево-галогенным источником света AvaLight-DH-S-BAL и системой волоконных световодов (Avantes, Нидерланды); 

-комплект оптики и оптомеханики (Standa, Литва) и волоконно-оптических зондов (Avantes, Нидерланды). 

-система коммутации комплекса Tektronix AFG3022 B и регистрации Tektronix 5054B (Tektronix, США); 

4. Двухлучевой спектрофотометр UV-3600 с интегрирующей сферой LISR-3100 (Shimadzu, Япония), предназначенный для измерений спектров светопропускания и отражения рассеивающих сред, в том числе биоорганических систем в диапазоне длин волн 185-3300 нм и спектральным разрешением менее 1 A; 

5. ИК Фурье-спектрометр Nicolet 6700 (Thermofisher Scientific Inc, США), предназначенный для исследования компонентных и структурных свойств молекул, а так же внутри- и межмолекулярного взаимодействия органических и неорганических проб и веществ в спектральном диапазоне 7800-50 см-1. 

Лаборатория оптической и лазерной спектроскопии размещается в двух лабораторных помещениях общей площадью 140 кв. м., инженерное состояние которых соответствует требованиям, предъявляемым к эксплуатации высокоточного научного оборудования. В частности, лабораторные помещения имеют высокостабилизированное электропитание, раздельное двухконтурное заземление, водопровод, канализация, тепло, кондиционирование, вентиляция, водяное охлаждение, интернет, телефон. 

Методики исследования: 

- Комплекс методик исследования анизотропии и кинетики оптических явлений в неравновесных нестационарных плазменных наносекундных разрядах на основе когерентной, лазерной абсорбционной, поляризационной и магнитооптической спектроскопии. 

- Комплекс методик исследования эмиссионных и флуоресцентных спектров структурированных и неструктурированных случайно-неоднородных сред одновременным разрешением по спектру в области длин волн 200-1100 нм и по времени в пико- и субнаносекундном временном интервале. 

- Анализ элементного состава и прогнозирования старения полимерных и композитных материалов в экстремальных условиях эксплуатации под воздействием вакуума до 10е-9 мм.рт.ст., градиентов температур, мощных электронных пучков, рентгеновского и УФ лазерного излучения по эмиссионным- и масс-спектрам, измеренным в режиме сканирования по группе выбранных ионов и по полному ионному току. 

- Комплекс методик исследования молекулярных спектров проб и веществ в различных фазово-агрегатных на основе анализа их ИК спектров пропускания в области длин волн 7800-50 см-1 в широком интервале температур при воздействии внешних электрических и магнитных полей. 

- Спектрофотометрические измерения с интегрирующей сферой спектров полного пропускания, отражения и коллимированного пропускания для различных коллоидных и дисперсных сред, включая биологические ткани в диапазоне длин волн 185-2500 нм. 

- Фотоденситометрические, флуоресцентные и морфометрические исследования гистоморфологических, гистохимических и гистоэнзиматических свойств биологических тканей, клеток и клеточных ультраструктур методами лазерной конфокальной микроскопии.