Badania optyczne ważnych technologicznie cienkich warstw półprzewodnikowych
Uzasadnieniem przedstawionych poniżej badań jest, oprócz walorów czysto poznawczych, potrzeba zwiększania wydajności urządzeń nano- i optoelektronicznych. W pracach prowadzonych przez nas we współpracy miedzynarodowej fundamentalną rolę odgrywa implantacja jonowa - precyzyjna metoda domieszkowania warstw ciał stałych, od wielu lat rozwijana w Instytucie Fizyki UMCS.
W ramach projektu NCN OPUS badamy warstwy Ge1-xSnx uformowane poprzez implantację jonów cyny do germanu i wygrzewanie milisekundowe FLA. Stosowana przez nas inżynieria przerwy energetycznej bazuje na silnym domieszkowaniu donorowym i wprowadzaniu naprężeń. Jest to krok na drodze do integracji bazujących na germanie półprzewodników o quasi-prostej przerwie energetycznej z technologią CMOS. Powyższe warstwy charakteryzowane są technikami strukturalnymi, optycznymi (absorpcja, fotoluminescencja, spektroskopia Ramana) i elektrycznymi. Badania wykonujemy we współpracy z naszym pracownikiem dr. Sławomirem Prucnalem i naukowcami z Helmholz-Zentrum-Dresden-Rossendorf.
Sekwencyjna implantacja jonów: Zn+ i Se+ do warstw SiO2 na podłożu Si wraz z wygrzewaniem pozwoliła na otrzymanie kwazi-sferycznych nanokrystalitów półprzewodnika ZnSe o średnicy rzędu 10 nm w matrycy SiO2 oraz nanownęk, co potwierdziły badania HRTEM. Prowadzono także pomiary widm fotoluminescencji oraz Ramana otrzymanych struktur. Prace wykonujemy w kooperacji z naukowcami z Uniwersytetu Państwowego w Mińsku.
W Vanderbilt University w Nashville (USA) dr Halina Krzyżanowska prowadzi w ramach urlopu naukowego z UMCS nowatorskie badania implantowanych warstw GaAs, SiC i innych półprzewodników. Zastosowana technika to koherentna spektroskopia fononów akustycznych (czasowo-rozdzielcze rozpraszanie Brillouina), która jest czuła na lokalne właściwości elasto-optyczne.
Analiza warstw przypowierzchniowych zaimplantowanych półprzewodników, takich jak GaAs jest ważna aplikacyjnie i poznawczo. W ramach współpracy z ZIBJ w Dubnej (Rosja), gdzie przebywa dr Mirosław Kulik, badany jest skład atomowy tychże warstw z użyciem technik: RBS, XPS oraz wyznaczane są widma stałych optycznych metodą elipsometrii spektralnej.
Kontynuujemy także badania podstawowe z fizyki ciała stałego dotyczące struktury pasmowej oraz pochodzenia magnetyzmu w warstwach półprzewodników (Ga,Mn)As oraz (Ga,Mn)(Bi,As) otrzymanych techniką MBE w Lund University (Szwecja). W UMCS wykorzystujemy technikę spektroskopii modulacyjnego fotoodbicia dla wyznaczania energii przejść optycznych w tych materiałach (dr Oksana Yastrubchak, mgr Łukasz Gluba). W badaniach udział biorą pracownicy Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie (pomiary magnetyczne techniką SQUID, badania strukturalne XRD).
