Кафедра Полупроводниковой электроники

КПЭ-2018.jpg
   Кафедра полупроводниковой электроники (кафедра №3) радиофизического факультета ТГУ ведет подготовку:
  • по направлению 03.03.03 – радиофизика (степень – бакалавр), срок обучения – 4 года;
  • по направлению 03.04.03 – радиофизика (степень – магистр), срок обучения – 2 года.

        Полупроводниковая электроника – это совокупность областей науки и техники, которые связаны с изучением закономерностей движения электронов в твердых телах, их взаимодействия с внешними электрическими, магнитными и другими полями, с разработкой, изготовлением и применением приборов на основе этих закономерностей.

      Кафедра осуществляет специализацию (профилирование) студентов РФФ в области исследований, разработки, изготовления и применения полупроводниковых приборов различного назначения и устройств на их основе. С этой целью студентам дается широкая подготовка в области физики полупроводников и полупроводниковой электроники.
       В специальных дисциплинах рассматриваются свойства современных материалов микро-, опто- и наноэлектроники, принципы действия и конструкции приборов микро-, опто- и наноэлектроники, устройств микросенсорики, а также основные технологические процессы, используемые при получении полупроводниковых материалов и изготовлении твердотельных приборов и устройств.
          В число 16 сотрудников кафедры входят 3 доктора и 8 кандидатов наук.
         Учебную базу кафедры составляют три учебных лаборатории – физики полупроводников, полупроводниковой электроники и полупроводниковой оптоэлектроники.
       Научная работа сотрудников, аспирантов и студентов кафедры также связана с изучением особенностей протекания электронных процессов и возможностями их управления в полупроводниковых структурах различных типов с целью использования  в  активных элементах электронных устройств.
         Научно-исследовательская работа студентов, а также их практика,  проходят как в научных подразделениях ТГУ: Центре исследований и разработок "Перспективные технологии в микроэлектронике" (директор – профессор кафедры О.П. Толбанов), лаборатории полупроводниковых приборов Сибирского физико-технического института (заведующий – доцент кафедры Е.Ю. Севастьянов), так и в других научных организациях и научно-производственных предприятиях Томска и за его пределами.

         Тематика основных исследований охватывает следующие научные направления:
  • квантово-чувствительные полупроводниковые детекторы ионизирующих излучений;
  • полупроводниковые газовые сенсоры;
  • субнаносекундные твердотельные разрядники;
  • гетероструктуры для полупроводниковых источников освещения;
  • полупроводниковые кристаллы для нелинейной оптики и терагерцовой спектроскопии;
  • новые оксидные полупроводники и структуры.
       Потребность в таких приборах и материалах существует в системах связи и управления, технологических устройствах, измерительной и диагностической технике, ядерной физике, медицине, угольной, газовой и нефтяной промышленностях, других отраслях науки и техники.
        
         Студенты, склонные к серьезным научным исследованиям, продолжают подготовку через магистратуру. С 2018 года на кафедре началась магистерская подготовка по новой основной образовательной программе «Материалы и устройства функциональной электроники и фотоники», которая связана с основными научными направлениями кафедры, ЛФЭ и ЛПП. Партнёром по этой программе выступает Объединённый институт ядерных исследований (г. Дубна), который обеспечивает подготовку в рамках модуля специализации «Устройства и методы физики элементарных частиц». Программа магистратуры включает, помимо общих курсов, такие дисциплины как:
  • Материалы и структуры функциональной электроники и фотоники,
  • Labview – современная технология автоматизации измерений,
  • Анализ и моделирование полупроводниковых структур,
  • Низкоразмерные структуры в электронике,
  • Технологии материалов и устройств функциональной электроники,
  • Сенсоры,
  • Терагерцовая оптоэлектроника и другие.
        У магистерской программы есть свое ВК-сообщество, где можно подробнее познакомиться с тематикой научно-исследовательской деятельности наших магистрантов и их успехами в ней.

         На кафедре ведется подготовка аспирантов по научному направлению 03.06.01 – «Физика и астрономия» (профиль 01.04.10 – «Физика полупроводников»).
         
        Знания, полученные на кафедре, способствуют быстрой адаптации выпускников в областях науки и техники, связанных с электроникой, таких как: микроэлектроника, оптоэлектроника, наноэлектроника, полупроводниковая технология, полупроводниковая схемотехника.
        Выпускники кафедры работают в областях, связанных с электроникой, приборостроением, связью, измерительной и вычислительной техникой – в вузах, научно-исследовательских организациях, на промышленных предприятиях, в частности – в АО «НИИПП», НПФ «Микран», АО «НПЦ «Полюс», ГНЦ РФ «Институт физики высоких энергий» (г. Протвино), РФЯЦ «ВНИИЭФ» (г. Саров) и других.
         
          Кафедра полупроводниковой электроники РФФ размещается на 2-ом этаже корпуса № 11 ТГУ.
          Заведующим кафедрой является доктор физ.-мат. наук, профессор Гермогенов Валерий Петрович (комнаты 201 и 210, тел 41-34-63).
9.jpg

      В фотогалерее (в конце страницы, построчно слева направо) представлены примеры исследовательской и производственной деятельности студентов, аспирантов, выпускников нашей кафедры и сотрудников дружественного Центра исследований и разработок "Перспективные технологии в микроэлектронике" ТГУ (ЦПТМ ТГУ).
Дорогие коллеги, большое спасибо за возможность увидеть и оценить тонкости вашей работы!

1. Владимир Олейник работает с установкой для определения быстродействия высоковольтных ключей на основе лавинных S-диодов. В состав установки входит осциллограф реального времени, позволяющий определять фронты переключения приборов на основе лавинных S-диодов с точностью до 100 пс. Лавинные S-диоды и схемы на их основе могут найти применение в радиолокации, лидарной технике, управлении лазерными импульсами и в других областях науки и техники, где нужны быстродействующие ключи.
 
2. Неотъемлемой частью работы с полупроводниковыми материалами и приборами является их химическая обработка, и Анастасия Шемерянкина - отличный специалист в этом нелегком деле. Студенты кафедры полупроводниковой электроники  получают теоретические знания по данной тематике и активно используют их на практике при подготовке экспериментальных образцов. Коллаборация кафедры полупроводниковой электроники и ЦПТМ ТГУ позволяет проводить обработку полупроводниковых пластин в специально оборудованных для этого помещениях.

3. Менять тематику научных исследований и университет всегда страшно. В голове куча вопросов: «А вдруг не получится? Может быть – это совсем не мое?». Максима Верхолетова не испугали ни расстояние в несколько тысяч километров, ни смена научной тематики. Сейчас он занимается моделированием работы полупроводниковых приборов при помощи TCAD-методов под руководством преподавателя кафедры, к.ф.--м. н. И.А.  Прудаева.

4. Если ты любишь не только подумать головой, но и поработать руками, то тебе точно понравятся исследования в области газовых сенсоров. Помимо тестирования готовых структур Богдан Кушнарев сам занимаются сборкой экспериментальных образцов. Работа ответственная и безумно увлекательная. А как приятно после этого измерять характеристики сделанных своими руками сенсоров! Перспективность данных исследований обусловлена широким кругом областей применения и хорошим научным заделом сотрудников кафедры полупроводниковой электроники по данной тематике.

5. Измерение амплитудных спектров детекторов на основе арсенида галлия, компенсированного хромом (сложное название прячется за еще более непонятной аббревиатурой HR-GaAs:Cr). Детекторы чувствуют свет, поэтому измерения проводятся в темноте, еще они чувствуют и рентгеновское, и гамма, и другое ионизирующее излучение, поэтому облучаются с помощью небольшой «таблеточки» (в прямом смысле) америция, который может быть найден под номером 241 в таблице Менделеева (  который тот самый Д.И. ). Установка настолько велика, что в фото не вмещается ни осциллограф с пляшущим сигналом, ни АЦП (аналогово-цифровой преобразователь, а не наоборот), поэтому запечатлен момент, когда я, Анастасия Лозинская,  устанавливаю рабочее напряжение на детекторе.
Как это работает? Представим, что детектор - это конденсатор, этакий несъедобный бутерброд: два металлических контакта, а посередине полупроводник HR-GaAs:Cr, когда подаём на него напряжение, в нем устанавливается поле. Когда частица (гамма, к примеру), попадает в наш импровизированный конденсатор, она поглощается (читать " исчезает"), но при этом генерирует (читать "создаёт") носители заряда (в полупроводнике это электроны и дырки). Носители могут быть подвижными (электроны) или, наоборот, ужасно медленными (дырки), но все они начинают двигаться к металлическим контактам. Причем каждый к своему: электроны к положительно заряженному, а дырки – к отрицательному. Двигаясь, они наводят (создают) на контактах импульс тока пропорциональный своему количеству (чем больше носителей – тем больше импульс, т.е. его амплитуда). Именно этот импульс и фиксирует наша огромная установка.
Измерения, а точнее анализ полученных данных, позволяют судить о характеристиках материала, например о времени жизни носителей заряда (к сожалению, ничто не вечно под Луной, и это касается свободных электронов и дырок тоже wink ). Чем больше время жизни, тем  эффективнее будет работать детектор. Каждая пластина полупроводника HR-GaAs:Cr отличается от другой (на вкус и цвет…), поэтому наша работа заключается в выявлении/отборе хорошего (с большим временем жизни) материала.

6. Виктор Копьев изучает поверхность полупроводниковой пластины при помощи микроскопа Altami. В дальнейшем из данной пластины будут изготовлены сверхбыстродействующие импульсные лавинные S-диоды. Времена переключения из закрытого в открытое высокопроводящее состояние у изготавливаемых диодов могут достигать 0,2 нс. Полученные приборы найдут широкое применение в сверхширокополосной локации, накачке полупроводниковых лазеров и медицине.

7. В ЦПТМ ТГУ разработан метод, позволяющий на базе арсенида галлия создавать высокоэффективные координатно-чувствительные сенсоры рентгеновского диапазона. Работая в данном центре, я, Иван Щербаков, освоил метод прецизионной дисковой резки, он позволяет с высокой точностью обрабатывать заготовки из арсенида галлия. На фотографии мною осуществляется визуальный контроль качества линии среза.

8. Одним из важных этапов после изготовления сенсоров на основе HR-GaAs:Cr является их последующее тестирование в условиях ионизирующего излучения.  Иван Щербаков загружает сенсоры в измерительную камеру. После чего  сенсоры  "обстреляют"  рентгеном и определят их эффективность  регистрации излучения.

9. Операция, без которой не обходится ни одно микроэлектронное производство. Именно на этом этапе формируется будущий рисунок микросхем. Если подходить к термину буквально, то фотолитография – это, практически, рисование на камне с помощью света. «Рисуют» обычно с помощью излучения ультрафиолетового диапазона (чем меньше длина волны, тем мельче объекты можно создать). Перед тем как «рисовать» на пластину наносится специальная жидкость – фоторезист. На фотографии запечатлен момент подготовительной операции – Анастасия Лозинская помещает пластины на вращающийся столик. Фоторезист – уникальная жидкость, похожая в чем-то на лак. Она способна изменять свои свойства под действием излучения, а именно изменять свою растворимость.

10. Петр Щербаков погружен  в процесс приклеивания полупроводниковых пластин на носитель с помощью установки Wafer Substrate Bonding unit шотландского производства. Его целью  является жесткое закрепление пластин полупроводника перед механической обработкой поверхности. Тонкость процесса заключается в чистоте склеиваемых поверхностей, т.к. любое включение может послужить в последующем причиной раскола полупроводника (это очень печально = вызывает грусть и боль sad), поэтому установка расположена в "чистой" зоне.

11. Мои «отношения» с арсенидом галлия начались еще на 3 курсе. Понравились мы друг другу сразу. Признаюсь, выбора у него (арсенида галлия) не было, потому что начали мы с исследования влияния размера контактов на вольт-амперные характеристики сенсоров. Думаю, при подаче напряжений около 1000В любой ответит утвердительно на вопрос, нравлюсь я ему или нет. При поступлении в магистратуру я знала уже все его досье, и мне предложили перейти от исследования характеристик готовых сенсоров к исследованию характеристик исходного (n-GaAs) и высокоомного (HR-GaAs:Cr) материалов. Я охотно согласилась, и теперь чувствую себя капитаном своего маленького корабля. От того, насколько объективно я проведу исследования, зависит дальнейшая «судьба» пластин исходного и высокоомного материала. Полученная ответственность совсем не пугает, а только мотивирует к новым научным открытиям. Всем удачи! Лейла Шаймерденова.

Вернуться в начало страницы
Фотографии: