Показываем лабораторию «Перспективные наноматериалы и оптоэлектронные устройства» Университета ИТМО
На Хабре мы провели уже целую серию небольших фотоэкскурсий. Показали нашу лабораторию квантовых материалов, посмотрели на механизированные руки и манипуляторы в лаборатории робототехники и заглянули в наш тематический DIY-коворкинг (Фаблаб).
Сегодня — рассказываем, над чем (и на чём) работает одна из наших лабораторий Международного научного центра функциональных материалов и устройств оптоэлектроники.
На фото: рентгеновский дифрактометр ДРОН-8
Чем тут занимаются
Лаборатория «Перспективные наноматериалы и оптоэлектронные устройства» открыта на базе Международного научного центра, который занимается исследованиями новейших материалов, включая полупроводники, металлы, оксиды в наноструктурированном состоянии, с целью их применения в приборах и устройствах оптоэлектроники.
Студенты, аспиранты и сотрудники Лаборатории изучают свойства наноструктур и создают новые полупроводниковые приборы для микро- и оптоэлектроники. Разработки находят применение в области энергоэффективного светодиодного освещения и будут востребованы в ближайшем будущем в высоковольтной электронике умных электросетей (smart grid).
В студенческом сообществе площадку для проведения исследований на улице Ломоносова, дом 9 называют »лабораторией Романова», поскольку и Лабораторией, и Центром руководит — А.Е. Романов, доктор физико-математических наук, ведущий профессор и декан Факультета Лазерной Фотоники и Оптоэлектроники Университета ИТМО, автор более трёхсот научных публикаций и обладатель множества международных научных грантов и наград.
Оборудование
В лаборатории установлен рентгеновский дифрактометр ДРОН-8 от российской компании «Буревестник» (выше на КДПВ). Это — один из основных приборов для анализа материалов.
Он помогает характеризовать качество полученных кристаллов и гетероструктур, измеряя спектры рентгеновской дифракции. Для термической обработки разрабатываемых тонкопленочных полупроводниковых структур мы используем вот эту отечественную установку.
Мы используем современные полупромышленные системы для характеризации, модификации и сортировки светодиодов. Расскажем про первую (на фото ниже с левой стороны).
Это — прецизионный диспенсер Asymtek S-820. Он представляет собой автоматизированную систему для дозирования вязких жидкостей. Такой диспенсер незаменим для точного нанесения люминофорного материала на светодиодный чип, чтобы добиться нужного цвета свечения.
Исходно (по умолчанию) привычные нам белые светодиоды основаны на чипах, излучающих в синем диапазоне видимого спектра электромагнитного излучения.
Это устройство (на общем фото в центре) измеряет вольт-амперные и спектральные характеристики светодиодных чипов и сохраняет измеренные данные для большого числа чипов в памяти компьютера. Оно нужно для проверки электрических и оптических параметров изготавливаемых образцов. Вот так установка выглядит, если раскрыть синие створки:
Третий прибор на общем фото — система сортировки и подготовки светодиодов для последующего монтажа. На основе измеренных характеристик она составляет паспорт на светодиод. После этого сортировщик определяет его в одну из 256 категорий в зависимости от качества полупроводникового устройства (категория 1 — это светодиоды, которые не светятся, категория 256 — те, что светятся наиболее ярко в заданном спектральном диапазоне).
Еще в нашем Международном научном центре мы занимаемся ростом полупроводниковых материалов и гетерострукутр. Гетероструктуры выращиваются методом молекулярно-пучковой эпитаксии на установке RIBER MBE 49 в компании-партнере Connector-Optics.
Для получения оксидных монокристаллов (которые являются широкозонными полупроводниками) из расплава мы используем многофункциональную ростовую установку НИКА-3 отечественного производства. Широкозонные полупроводники могут иметь применение в силовых реле будущего, в высокоэффективных вертикальных лазерах VCSEL, в детекторах ультрафиолета и т. д.
Проекты
На площадках Международного научного центра в нашей лаборатории выполняются разнообразные фундаментальные и прикладные исследования.
Например, совместно с исследователями из Уфимского государственного авиационного технического университета мы разрабатываем новые металлические проводники с повышенной проводимостью и высокой прочностью. Для их создания используются методы интенсивной пластической деформации. Мелкозернистая структура сплава подвергается термической обработке, перераспределяющей концентрацию примесных атомов в материале. В итоге улучшаются параметры проводимости и прочностные характеристики материала.
Также сотрудники лаборатории занимаются разработкой технологий изготовления оптоэлектронных трансиверов на фотонных интегральных схемах. Такие трансиверы найдут применение в отрасли создания высокопроизводительных систем передачи/приёма информации. На сегодняшний день уже готов набор инструкций для изготовления макетов источников излучения и фотоприемных устройств. Также подготовлена конструкторская документация для их тестирования.
Важный проект лаборатории посвящен созданию широкозонных полупроводниковых материалов и наноструктур с низкой плотностью дефектов. В перспективе с помощью разрабатываемых материалов мы сможем производить энергосберегающие полупроводниковые приборы, у которых пока нет аналогов на рынке.
Наши специалисты уже разработали светодиоды, которые могут заменить небезопасные ультрафиолетовые лампы на основе ртути. Ценность изготовленных устройств состоит в том, что мощность наших ультрафиолетовых светодиодных сборок в несколько раз превышает мощность отдельных светодиодов — 25 Вт против 3 Вт. В перспективе технология найдет применение в области здравоохранения, водоочистки и других сферах, где используется ультрафиолет.
Группа ученых нашего Международного научного центра считает, что будущие оптоэлектронные устройства будут использовать замечательные свойства наноразмерных объектов — квантовых точек, обладающих особыми оптическими параметрами. Среди них — люминесценция или нетепловое свечение объекта, которое используется в телевизорах, смартфонах и других гаджетах с дисплеями.
Мы уже занимаемся созданием подобных оптоэлектронных устройств нового поколения. Но, прежде чем гаджеты попадут на рынок, нам предстоит отработать технологии производства материалов и подтвердить безопасность получаемых материалов для пользователей.
Другие фотоэкскурсии по нашим лабораториям:
