Новый метод, в частности, позволяет с высокой точностью определять характеристики при производстве нового класса полупроводниковых пленок, состоящих из черного фосфора, которые найдут применение в фотонике.
Черный фосфор – одна из трех основных модификаций широко распространенного химического элемента (наряду с белым и красным фосфором). В отличие от других форм фосфора черный является твердым и тугоплавким веществом, которое обладает полупроводниковыми свойствами.
В силу особенностей строения кристаллы черного фосфора представляют собой структуру, которую возможно механически разделить на наноразмерные плоские слои толщиной всего в один атом. При этом благодаря своим полупроводниковым свойствам фосфорные пленки могут стать более миниатюрной по сравнению с существующими аналогами основой для инфракрасных (ИК) приборов фотоники: например, светодиодов и фотодиодов. Сегодня такие устройства являются основой для различных областей применения электроники: оптических систем связи, медицинской диагностики, зондирования земной поверхности, изучения конструкционных материалов и многих других. Также чёрный фосфор позволяет регистрировать линейно-поляризованное оптическое излучение, где колебания световой волны строго упорядочены в определенной плоскости вдоль различных кристаллографических направлений в кристалле. Такое свойство позволит создать поляризационно-чувствительные приборы фотоники.
Поэтому в последние десятилетия черный фосфор активно исследуется научными группами разных стран. Однако для его успешного практического применения требуется разработать эффективные методы изучения свойств и особенностей данного материала.
«Мы разработали высокоточный метод, который называется фурье-спектроскопия анизотропного отражения. Он позволяет нам получать гораздо больше информации по сравнению с другими методиками об основных свойствах перспективных анизотропных наноразмерных материалов ИК-диапазона, которые являются перспективной основой для компактной компонентной базы электроники нового поколения».
Аспирант кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Семен Андреевич Хахулин
В основе метода лежит использование оптического фурье-спектрометра. Данный прибор позволяет измерять характеристики инфракрасного оптического излучения с высокой точностью и светосилой, благодаря использованию специального математического аппарата – преобразования Фурье.
На основе фурье-спектроскопии ученые ЛЭТИ разработали способ измерения сигналов при вращении (модуляции) положения линейной поляризации света при взаимодействии с конкретными материалами. Например, в ходе экспериментов с черным фосфором измерение спектров анизотропного отражения материала с помощью разработанного метода позволило получить наиболее точные параметры полупроводниковых характеристик по сравнению с другими методами.
«Во-первых, метод найдет применение в научных исследованиях по поиску, например, кристаллов и пленок черного фосфора с наилучшими характеристиками. Во-вторых, в будущем в случае запуска производства электронных компонентов из того же фосфора наш метод может использоваться для неразрушающей диагностики контроля качества изделий. Здесь важно отметить, что предложенная методика может применяться для изучения широкого класса анизотропных полупроводниковых кристаллов, а также для многих других перспективных анизотропных полупроводниковых объектов, например, структур с плазмонными наноматериалами», – поясняет Семен Андреевич Хахулин.
Разработанный учеными метод запатентован (патент на изобретение № 2805776). Ему также посвящена публикация в научном журнале Applied Spectroscopy. Данный проект является частью большой работы ученых кафедры МНЭ по разработке методов для изучения перспективных электронных наноматериалов. Например, ранее в ЛЭТИ создали прототип простой и экономичной установки для изучения полупроводниковых пленок с «жидкими» зондами.