ИСТИНА

Проект направлен на разработку и исследования новых материалов на основе анодного оксида алюминия с полупроводниковыми нанокристаллическими включениями для использования в качестве оптических элементов в интегральной оптоэлектронике. В проекте предлагается новый подход к созданию нанокомпозитных систем, представляющих собой матрицу оксида алюминия с нанокристаллическими включениями германия. В основе предлагаемого метода формирования композитной системы лежит послойное вакуумное термическое осаждение тонких металлических и полупроводниковых пленок с последующим анодным окислением и отжигом. При этом должно происходить формирование упорядоченной пористой структуры оксида алюминия, в стенках которого образуются нанокристаллиты германия. Периодичность расположения пор в плоскости роста позволяет рассматривать анодный оксид алюминия в качестве двумерного фотонного кристалла. Послойное расположение нанокристаллитов германия в стенках пор вносит модулирование диэлектрической проницаемости в еще одном направлении по нормали к плоскости роста. Таким образом, вариации количества слоев металл-полупроводник, их расположение, а так же режимы анодирования позволят проводить точную настройку параметров фотонного кристалла. Это открывает возможное применение данной нанокомпозитной системы для формирования оптических логических устройств, сенсоров, волноводов, оптических устройств памяти. Кроме того полупроводниковые нанокристаллиты в оксидной матрице обладают эффективной люминесценцией, что позволяет рассматривать их как одни из перспективных материалов для создания источников излучения в системах связи. Расположение нанокристаллитов в матрице фотонного кристалла может повысить выход излучения в следствие эффекта Парселла. В ходе реализации проекта будут изучены процессы протекания процесса анодного окисления многослойной системы Al/Ge/Al, восстановления германия и формирования нанокристаллитов при отжиге, влияние структурных параметров нанокомпозитной системы на ее оптические и электрофизические свойства. В литературе применение данного подхода к формированию нанокомпозитной системы, обладающей свойствами фотонного кристалла, не встречается. Таким образом, его реализация позволит получить новые научные знания, которые могут быть востребованы при разработке новейших систем интегральной оптики.

The project aims to develop and research new materials based on anodic aluminum oxide with semiconductor nanocrystalline inclusions for use as optical elements in integrated optoelectronics. The project proposes a new approach to the creation of nanocomposite systems, which present a matrix of aluminum oxide with nanocrystalline inclusions of germanium. The proposed method of forming a composite system is based on layer-by-layer vacuum thermal deposition of thin metallic and semiconductor films with following anodic oxidation and annealing. In this case, the formation of an ordered porous structure of aluminum oxide should occur, in the walls of which nanocrystallites of germanium are formed. The periodic arrangement of pores in the growth face allows us to consider anodic aluminum oxide as a two-dimensional photonic crystal. The layered arrangement of germanium nanocrystallites in the walls of the pores modulates the permittivity in another direction along the normal to the growth face. Thus, the various number of metal-semiconductor layers, their location, as well as the anodization modes, will allow to fine-tune the parameters of the photonic crystal. This opens up the possible application of this nanocomposite system for the formation of optical logic devices, sensors, waveguides, optical memory devices. In addition, semiconductor nanocrystallites in the oxide matrix have effective luminescence, which allows us to consider them as one of the promising materials for creating radiation sources in communication systems. The arrangement of nanocrystallites in the matrix of a photonic crystal can increase the radiation yield as a consequence of the Parsell effect.During the implementation of the project, the processes of anodic oxidation of the Al / Ge / Al multilayer system, the germanium reduction and the formation of nanocrystallites during annealing, the effect of the structural parameters of the nanocomposite system on its optical and electrophysical properties will be studied. In the literature, the application of this approach to the formation of a nanocomposite system with the properties of a photonic crystal is not encountered. Thus, its implementation will allow to gain new scientific knowledge, which can be claimed in the development of the newest systems of integrated optics.

За время выполнения проекта ожидается получение следующих научных результатов: 1) Разработана новая технология формирования композитной системы Genc@AAO (нанокристаллиты германия в пористом оксиде алюминия) с заданными оптическими и электрофизическими свойствами на основе простых и относительно дешевых методов вакуумного термического осаждения и анодного окисления. Получению подобных композитных систем посвящено большое количество работ [1, 2], однако использование данного подхода в литературе не встречается, что позволит провести патентный поиск и получить авторские свидетельства. 2) Установлены фундаментальные закономерности протекания процесса анодного окисления многослойной системы Al/Ge/Al и формирования композитной системы Genc@AAO. Из литературы известно, что в зависимости от режимов анодирования нейтральные метки (атомы ксенона), внедренные в слой алюминия, при анодировании могут располагаться в различных слоях в пленке формирующегося оксида [3]. Для веществ (в частности для германия), вступающих в химическое взаимодействие в данной реакции, найти сведения в литературе не удалось. Однако окружение германия будет оказывать значительное влияние на формирование нанокристаллитов при отжиге и затем свойства всей композитной системы. 3) Установлено влияние структурных параметров композитной системы Genc@AAO (количество и толщина слоев, размеры и структура включений германия, их расположение в оксидной матрице, параметры пористости матрицы) на ее оптические и электрофизические свойства. Ожидаемые научные результаты позволят найти применение разработанной технологии в области создания оптических покрытий, источников и приемников света.