Идеи для внедрения

Наиболее интересные с практической точки зрения результаты получены в 2011-2015 гг. при выполнении заданий Государственных программ научных исследований «Электроника и фотоника», «Функциональные и композиционные материалы, наноматериалы», «Конвергенция».

 

ГПНИ "Электроника и фотоника"

 

Разработка конструкций и технологий изготовления компонент микроэлектромеханических систем (МЭМС), использующих энергию горения наноструктурированного кремния (Лазарук С.К., д.ф.- м.н.)

 

Разработка научных основ и методов формирования радиационностойких пленок сегнетоэлектриков и поликристаллического кремния для использования в качестве элементов энергонезависимой памяти, конденсаторных структур и преобразователей рентгеновского излучения в видимое (Гапоненко Н.В., д.ф.- м.н.)

 

Разработка технологии изготовления ГКР-активных материалов на основе наноструктурированных пленок серебра на пористом кремнии для биомедицинских сенсоров (Бондаренко А.В., к.т.н.)

 

Разработка электромеханических методов формирования полупроводниковых гетеропереходов на основе наноструктурированных слоев сульфида олова и конструкций тонкопленочных фотоэлектрических элементов (Уткина Е.А., к.т.н.)

 

Разработка процесса осаждения тонких пленок оксида цинка, легированного редкоземельными элементами, для фотоэлектрических преобразователей энергии (Чубенко Е.Б., к.т.н.)

 

Разработка интегрированной в кремниевый кристалл системы излучатель-оптический волновод на основе наноструктурированных материалов для биосенсоров органических молекул сверхмалых концентраций (Смирнов А.Г., д.т.н.)

 

Моделирование наноразмерных объектов на основе сульфида олова и оксида цинка и установление изменения их электронных и оптических свойств за счет модификации структуры (Борисенко В.Е., д.ф.- м.н.)

 

Разработка методов, алгоритмов и специального обеспечения для экстракции и идентификации Spice-параметров наноразмерных полупроводниковых приборов (Стемпицкий В.Р., к.т.н.)

 

Разработать технологию изготовления кремниевых кристаллов со сквозными отверстиями и диэлектрической пленкой на внутренней поверхности для 2.5 D TSV межсоединений (Лабунов В.А., д.т.н.)

 

Разработка технологии прецизионных трехмерных структур на основе градиентной литографии сверхтолстых эпоксидных фоторезистов и электрохимического осаждения для технологий массового производства микроэлементов (Тимошков Ю.В., к.т.н.)

 

Разработать конструкции, изготовить и исследовать микроэлектромеханические резонаторы и оптические волноводы на основе КНИ-структур для интегральных микроэлектронных устройств (Бондаренко В.П., к.т.н.)

 

Основные результаты выполнения этих заданий заключаются в следующем.

Разработана технология изготовления компонент для МЭМС, использующих энергию горения наноструктурированного кремния. Разработана конструкция на основе этих компонент, обеспечивающая высокое значение механического импульса МЭМС. Разработаны интегрированные автоэмиссионные элементы на основе наноэмиттеров в порах анодного оксида алюминия с использованием МЭМС-технологии и электрохимической обработки. Метод изготовления структур позволил создать микроэлектромеханическую универсальную систему.

 

Установлены закономерности синтеза пленок сегнетоэлектриков и нанокластеров кремний-германий. Разработаны научные основы технологии синтеза элементов энергонезависимой памяти и радиационно-стойких люминофоров. Изготовлены и исследованы интегрированные в кремниевый кристалл излучатель и оптический волновод на основе наноструктурированных материалов, выработаны практические рекомендации для создания биосенсоров органических молекул на их основе.

 

Изготовлены ГКР-активные подложки на основе наноструктурированных пленок серебра на пористом кремнии, проведены исследования их структурных и оптических свойств. Разработаны рекомендации по применению ГКР-активных материалов на основе наноструктурированных пленок серебра на пористом кремнии в качестве элементов биомедицинских сенсоров.

 

Разработан лабораторный технологический процесс формирования полупроводниковых гетеропереходов на основе сульфидов олова для тонкопленочных фотоэлектрических элементов. Изготовлены экспериментальные образцы пленок оксида цинка, легированного редкоземельными элементами, проведены комплексные исследования их характеристик. Предложены пути их использования для фотоэлектрических преобразователей энергии.

Проведено теоретическое моделирование наноразмерных объектов на основе сульфида олова и оксида цинка. Установлены возможности изменения оптических характеристик нанообъектов из сульфида олова и оксида цинка за счет модификации их структуры, легирования различными элементами и наличия дефектов, а также выработаны практические рекомендации по их применению для создания фотоэлектрических преобразователей энергии. Создано методическое, алгоритмическое и программное обеспечение для экстракции, верификации и оптимизации SPICE-параметров моделей приборов микроэлектроники, изготовленных по субмикронным проектным нормам на основании результатов натурных/компьютерных экспериментов.

Разработана технология изготовления промежуточных кремниевых монтажных пластин со сквозными отверстиями с изолирующими и металлическими слоями. Разработка технологии осаждения чистых и нанокомпозиционных металлов и сплавов в трехмерные матрицы для реализации элементов микромеханических и сенсорных систем.

Разработаны конструкции и технологии формирования микроэлектромеханических резонаторов и оптических волноводов на основе КНИ-структур для их интеграции на одном кристалле с КМОП СБИС. Разработаны рекомендации по применению микроэлектромеханических резонаторов и оптических волноводов на основе КНИ структур для создания микроэлектронных осцилляторов и волноводных сенсоров.

 

 

ГПНИ "Функциональные и композиционные материалы, наноматериалы"

 

Разработка научных основ химического метода создания нанопористого кремния на гибких подложках для элементов литиевых ионных батарей (Борисенко В.Е., д.ф.- м.н.)

 

Разработать технологию формирования наноструктурированного оксида титана для изготовления на его основе антиотражающих покрытий и планарных световодов оптических межсоединений на кремниевых чипах (Лазарук С.К., д.ф.- м.н.)

 

Разработка конструкций гетеронаноструктур из полупроводниковых оксидов титана и меди для интегральных электронных и оптических преобразователей энергии (Данилюк А.Л., к.ф.- м.н.)

 

Разработка фотоэлектрических детекторов ультрафиолетового диапазона на основе наноструктурированного оксида цинка (Чубенко Е.Б., к.т.н.)

 

Разработка и исследование матричных пленок и покрытий на основе нанопористых диэлектрических матриц, углеродных и металлических наноструктур для перспективных применений в функциональных покрытиях и сенсорах (Горох Г.Г., к.т.н.)

 

Разработка технологических принципов формирования темплатов SiO₂/Si с вертикальными каналами в слое оксида кремния для создания двумерных магниточувствительных наноструктур ферромагнетик-полупроводник (Баранов И.Л., к.т.н.)

 

Магнитные и магниторезистивные свойства нанокомпозиционных материалов на основе пористого анодного оксида алюминия для многофункциональных устройств наноэлектроники (Уткина Е.А., к.т.н.)

 

Тонкопленочные терморезистивные элементы с островково-сетчатой наноструктурой для прецизионных измерителей СВЧ мощности (Плиговка А.Н., к.т.н.)

 

Разработка физико-технологических методов формирования магнитных композитных структур на основе углеродных нанотрубок для элементов обработки информации (Лабунов В.А., д.т.н.)

 

Разработка LIGA-подобной технологии формирования вертикальных металлических контактов к массивам углеродных нанотрубок (Тимошков Ю.В., к.т.н.)

 

Разработка и исследование технологии формирования полупроводниковых гетеропереходов органических и гибридных фотовольтаических элементов на базе органических и углеродных наноматериалов для солнечной энергетики (Лабунов В.А., д.т.н.)

 

Формирование и исследование композитных газочувствительных покрытий на основе нанопористых матриц, наноструктурированных пленок металлооксидов и металлических наноструктур для термокаталитических элементов сенсорных платформ (Горох Г.Г., к.т.н.)

 

Разработка методов синтеза наноструктурных композитных материалов на основе полимеров и углеродных нанотрубок (Лабунов В.А., д.т.н.)

 

Разработать технологию формирования алюминиевых оснований с наноразмерными пленками анодных оксидов алюминия для применения в светодиодных светильниках с улучшенным теплоотводом (Сокол В.А., д.т.н.)

 

Разработать технологию формирования многофункциональных наносетчатых рельефных покрытий для жидкокристаллических и OLED-дисплеев с улучшенными эксплуатационными свойствами (Смирнов А.Г., д.т.н.)

 

Разработка процесса формирования массивов нанопроводов оксида цинка в пористых полупроводниковых и диэлектрических матрицах электрохимическими методами для создания перспективных оптоэлектронных приборов (Бондаренко В.П., к.т.н.)

 

Разработка электрохимических методов формирования нитевидных наноструктур антимонида индия в пористых диэлектрических матрицах для создания перспективных оптоэлектронных приборов (Горох Г.Г., к.т.н.)

 

Разработка и исследование методов формирования протяженных автоэмиссионных катодов с заданными электрофизическими параметрами на основе углеродных и металлоуглеродных материалов в ХПО-процессах с использованием инжектируемых и локализованных на подложке катализаторов (Лабунов В.А., д.т.н.)

 

Разработка процессов формирования микро- и наноэлементов на основе наноструктурированного анодного оксида алюминия для криоэлектронных схем (Короткевич А.В., к.т.н.)

 

Формирование и исследование композиционных магниторезистивных пленок, получаемых заполнением нанопористых матриц ферримагнитными наночастицами (Горох Г.Г., к.т.н.)

 

Сверхпроводящий энергонезависимый вентиль на основе наноструктур типа сверхпроводник-ферромагнетик (Прищепа С.Л., д.ф.- м.н.)

 

Разработка, изготовление и исследование структурных, магнитных и магнитотранспортных свойств композиционных мультислойных наноструктур (магнитных нанокомпозитов) на основе пористого кремния для создания новых элементов спинтроники, визуализации и защиты информации (Прищепа С.Л., д.ф.- м.н.)

 

Разработка и исследование гибридных покрытий с микро- и наноразмерными проводящими, магнитными и диэлектрическими включениями для применения в качестве поглотителей электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне (Насонова Н.В., к.т.н.)

 

Изучение закономерностей и разработка процессов формирования нанокомпозиционных тонкопленочных материалов на основе никеля в условиях программно-управляемого нестационарного электролиза при введении в электролит дисперсной фазы и ультразвуковых колебаний (Хмыль А.А., д.т.н.)

 

Теоретическое моделирование свойств разбавленных полупроводников CuIn₅S₈ и FeIn₂S₄ и исследование возможностей их легирования для использования в спинтронике (Борисенко В.Е., д.ф.- м.н.)

 

Разработка моделей для расчета электрофизических свойств квантово-размерных наноструктур на основе графена, функционирующих на эффекте резонансного туннелирования (Абрамов И.И., д.ф.- м.н.)

 

Исследование из первых принципов электронных свойств упруго-деформированных низкоразмерных (2D) наноструктур как перспективных материалов спинтроники и сенсорики (Стемпицкий В.Р., к.т.н.)

 

Разработать модели магнитной структуры и магнитотранспортных эффектов в магнитных нанокомпозитах на основе пористых сред (Подрябинкин Д.А., к.ф.- м.н.)

 

 

В рамках выполнения этих заданий получены следующие результаты.

 

Установлены закономерности химического формирования нанопористого кремния на гибких подложках. Исследована способность нанопористого кремния к интеркаляции ионов лития при электрохимических процессах зарядки. Разработаны конструктивные и технологические основы изготовления кремниевых анодов для литий-ионных батарей.

Разработаны и изготовлены планарные световоды на основе наноструктурированных оксидов алюминия и титана, интегрированные со светоизлучающими диодами и фотоприемниками на кремниевом чипе. Разработана конструкция, изготовлен и исследован образец фотоэлектрического детектора ультрафиолетового диапазона на основе наноструктурированной пленки оксида цинка. Разработаны методы создания тонкопленочных металлооксидных терморезистивных элементов на основе наноструктурированных островково-сетчатых пленок для прецизионных измерителей мощности.

Установлены электронные механизмы каталитических процессов на поверхности оксидов меди и титана. Предложены конструкции гетеронаноструктур для эффективного преобразования электромагнитной энергии.

Разработана методика формирования каталитических наноструктурированных покрытий на основе наночастиц и кластеров металлов и металлооксидов, позволяющая создавать большую эффективную каталитическую поверхность, которая позволяет увеличить скорость и порог отклика на низкие концентрации горючих газов. Разработана технология, исследованы и оптимизированы процессы формирования органических и гибридных фотовольтаических элементов на базе низкомолекулярных и олигомерных органических и углеродных наноматериалов. Разработана технология формирования функциональных слоев на основе самоорганизующихся наносетчатых пленок алюминия для ЖК и OLED-дисплеев с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Созданы экспериментальные образцы одномерных структур из оксида цинка в полупроводниковых и диэлектрических матрицах и проведены комплексные исследования их характеристик. Разработаны и исследованы методы локального синтеза регулярных массивов бинарных полупроводниковых соединений A^IIIB^V, в частности антимонида индия, в пористых матрицах анодного оксида алюминия, исследованы их электрофизические, структурные и оптические свойства. Выработаны рекомендации по использованию разработанных структур для создания перспективных изделий оптоэлектроники.

Разработаны методы создания матричных пленок и покрытий на основе нанопористых диэлектрических матриц, углеродных и металлических наноструктур для перспективных применений в качестве функциональных покрытий в электронных устройствах, узлах трения, биомедицине и сенсорах. Разработан перспективный нанокомпозитный материал на основе углеродных нанотрубок с определенными электрофизическими параметрами, обладающими механической прочностью, гибкостью и проводимостью, для создания элементарной базы принципиально новых устройств СВЧ и наноэлектроники.

Разработана базовая экономически эффективная технология получения вертикальных металлических контактов к массиву углеродных нанотрубок толщиной 50-100 мкм. Разработаны конструкции, изготовлены и испытаны элементы Холла и датчики на основе магниторезистивного эффекта с вертикальными металлическими контактами. Разработаны методы формирования протяженных автоэмиссионных катодов с заданными электрофизическими параметрами на основе углеродных и металлоуглеродных материалов в ХПО-процессах с использованием инжектируемых и локализованных на подложке катализаторов.

Созданы алюминиевые основания с наноразмерными пленками анодных оксидов алюминия для применения в светодиодных светильниках с улучшенным теплоотводом. Разработана технология формирования методом лазерной бесшаблонной фотолитографии темплатов SiO₂/Si с вертикальными каналами в слое оксида кремния для создания двумерных магниточувствительных наноструктур ферромагнетик-полупроводник. Разработаны экранирующие покрытия на основе кремния, содержащие магнитные, проводящие и диэлектрические добавки и обеспечивающие эффективное поглощение электромагнитной энергии в СВЧ диапазоне. Разработано нанокомпозиционное покрытие на основе никеля с широким спектром эксплуатационных свойств и метод его получения на периодическом токе при воздействии ультразвука.

Разработаны научные основы построения наноструктурированных композиционных материалов на основе Sr₂FeMoO₆ в матрицах анодного оксида алюминия. Исследованы закономерности изменения туннельного магниторезистивного эффекта в условиях спинполяризованного электропереноса от фрактальных неоднородностей в ферримагнитных зернах. Получены условия реализации магнитной анизотропии типа легкая ось в тонких пленках ферромагнетиков, уcловия изменения топологии вихря магнитного потока в пленке сверхпроводника под воздействием электромагнитного влияния со стороны пленки ферромагнетика. Исследовано влияние квантовомеханической прозрачности S/F границ на топологию спонтанного вихря в пленке сверхпроводника. Определены условия реализации квантовомеханических размерных эффектов в наноперфорированных пленках сверхпроводника. Определены условия возникновения эффекта согласования в пленках сверхпроводника, осажденных на подложки с периодически модулируемым ферромагнитным порядком. Исследовано влияние геометрических размеров наноперфорации на эффект согласования.

Установлены новые структурные, электронные и оптические свойства соединений CuIn₅S₈ и FeIn₂S₄. Определены наличия у них магнитных свойств. Выработаны рекомендации по использованию соединений CuIn₅S₈ и FeIn₂S₄, легированных примесями, для создания спинтронных приборов. Разработана конструкция ячейки памяти, переключаемой током, на основе массива УНТ, содержащего магнитные включения. Разработаны физико-математические модели резонансно-туннельных квантово-размерных наноструктур на основе графена. Разработано программное обеспечение для расчета электрофизических параметров и электрических характеристик квантово-размерных наноструктур. Выработаны научно-обоснованные рекомендации по практическому использованию соединений, обладающих уникальными электронными и магнитными свойствами, в частности, проявляющих изменение электронных и магнитных свойств в условиях внешней и внутренней упругой деформации в качестве структурных элементов перспективных приборов оптики, сенсорики и электроники.

 

 

Государственная программа научных исследований "Конвергенция"

 

Исследование и разработка чувствительных структур на основе оксидов титана и алюминия для электрохимических и мембранных биосенсоров (Лазарук С.К., д.ф.- м.н.)

 

Разработка методов формирования биочувствительных систем детектирования микроорганизмов на основе наноструктурированных материалов для сенсоров резистивно-емкостного типа (Горох Г.Г., к.т.н.)

 

Разработка процессов формирования биосенсоров на основе модифицированных пленок нанопористого оксида алюминия и ленгмюровских пленок для флуоресцентного иммуноанализа (Врублевский И.А., к.т.н.)

 

Модификация фотокаталитической активности наноструктурированных оксидов и создание на их основе модельного устройства для фотокаталитической очистки воды от органических и бактерицидных загрязнений (Борисенко В.Е., д.ф.- м.н.)

 

Разработать и исследовать физико-химические и технологические основы создания высокоэффективных солнечных элементов, светоизлучающих панелей и дисплейных устройств на основе наноструктурированных органических и неорганических материалов, в том числе на гибких носителях (Смирнов А.Г., д.т.н.)

 

Модификация и самоорганизация композиционных наноструктур на основе различных аллотропных форм углерода в процессах химического парофазного синтеза (Лабунов В.А., д.т.н.)

 

Разработка измерительных преобразователей на основе нанопористых оксидов титана, тантала и алюминия для исследования мембранообоснованных биологических процессов на ЛБ-монослоях с углеродными нанотрубками (Абрамов И.И., д.ф.- м.н.)

 

Создание пленочных емкостных сенсоров нефарадеевского типа на основе углеродных нанотрубок (Воробьева А.И., к.т.н.)

 

Разработка принципов построения радиоприемных устройств на основе углеродных нанотрубок (Абрамов И.И., д.ф.- м.н.)

 

Разработка методов синтеза графеновых структур методом химического парофазного осаждения (Комиссаров И.В., к.ф.- м.н.)

 

Разработать модели токопереноса и магнитосопротивления графеновых структур, сформированных методом химического парофазного осаждения (Данилюк А.Л., к.ф.- м.н.)

 

Электрические и магнитотранспортные свойства графеновых структур, формируемых методом химического парофазного осаждения (Прищепа С.Л., д.ф.- м.н.)

 

Квантово-механическое моделирование спиновых, электронных и оптических свойств алмазоподобных наноструктур с азотно-вакансионными дефектными комплексами, используемых в устройствах для квантовой обработки информации (Филонов А.Б., к.ф.- м.н.)

 

Разработать конструкции спинтронных элементов на плазменных эффектах, инициируемых электромагнитным и лазерным излучением в магнитных наноматериалах (Данилюк А.Л., к.ф.- м.н.)

 

Разработка научной методологии и практических рекомендаций по освоению нанотехнологий в Республике Беларусь (Борисенко В.Е., д.ф.- м.н.)

 

Выявлены закономерности, обеспечивающие высокую самоорганизацию формирования пленочных наноструктур и мембран оксидов титана и алюминия для чувствительных элементов измерительных преобразователей электрохимического и мембранного типа, в которых будут значительно снижены шумы при их взаимодействии с гетерогенной биологической средой. Разработаны и изготовлены образцы измерительных преобразователей электрохимического и мембранного типа для работы с гетерогенными жидкими средами. Разработаны методы создания биочувствительных систем детектирования различных микроорганизмов на основе тонкопленочных сенсоров резистивно-емкостного типа. Предложены методы создания высокочувствительных систем сенсорного устройства на основе нанопористого оксида алюминия с относительно небольшим временем анализа для медицинских и биологических приложений.

С использованием наноструктурированных пленок оксидов тугоплавких металлов получены фотокаталитически активные материалы. Создано модельное устройство фотокаталитической очистки воды от органических и бактерицидных загрязнений.

Разработаны новые типы и оптимизированы существующие солнечные элементы, светоизлучающие и электронные приборы на полимерных пленочных и гибких металлических носителях.

Разработаны методы создания многоуровневых композитных сред, а также методы синтеза массивов магнитофункционализированных углеродных нанотрубок, магнитной функционализации и управления внутренней структурой массива и геометрии его поверхности. Установлены новые закономерности в технологии создания емкостных измерительных преобразователей интегрального типа с электродами, содержащими покрытие наноразмерной толщины из нанопористого анодного оксида для нанокомпозитных структур типа ЛБ-монослой с встроенным массивом УНТ. Разработаны и изготовлены лабораторные образцы измерительных преобразователей для исследования биологических процессов. Разработаны технологические методы изготовления чувствительных элементов с высокоэффективной сорбирующей способностью для биологических сенсоров, а также функциональных устройств опто- и наноэлектроники нового поколения. Модернизированная система моделирования наноэлектронных приборов NANODEV, позволяющая исследовать электрофизические и радиотехнические свойства и характеристики активных и селективных элементов на основе углеродных нанотрубок.

Установлены структурные, электрические и магнитотранспортные свойства графена. Выявлены механизмы токопереноса и магнитосопротивления в широком диапазоне температур. Создана математическая модель для расчета основных характеристик графена. Определены тип и концентрация основных носителей заряда, а также коэффициенты Холла монослоев графена при разных температурах. Исследовано влияние магнитного поля на транспортные свойства монослоев графена. Получен материал на основе графеновых структур для создания элементарной базы принципиально новых устройств опто- и наноэлектроники.

Установлены основные закономерности оптических спектров алмазоподобных наноструктур, полученных на основе первопринципных расчетов. Оценены перспективы применения исследованных наноструктур в различных конструкциях однофотонных источников света для систем квантовой обработки информации на их основе.

Установлены механизмы проявления эффектов переключения и колебаний намагниченности магнитных наночастиц, а также возбуждения плазменных колебаний при воздействии электромагнитного и лазерного излучения. Подготовлены предложения по использованию разработанных механизмов для создания новых спинтронных элементов обработки и передачи информации. Разработаны конструкция и принципы функционирования однодоменного элемента магнитной памяти, переключаемого лазерными импульсами, и конструкция генератора электромагнитного излучения, управляемого электромагнитным излучением.

Разработан системный подход к освоению проводимых в Республике Беларусь исследований в области нанотехнологий и наноматериалов с использованием современных информационных технологий. Проведена доработка специализированного интернет ресурса (сайта), посвященного нанотехнологиям и наноматериалам в Республике Беларусь, осуществлены его развития и популяризации.

 

 

Другие Государственные программы научных исследований

 

Разработка и исследование кремнийоргановодоугольных суспензий под дизельное топливо (Лабунов В.А., д.т.н.)

 

Разработка электрохимической технологии формирования наноструктурированных покрытий для устройств оптоэлектроники и нанофотоники (Смирнов А.Г., д.т.н.)

 

Компьютерное моделирование взаимодействия наноструктурированных объектов с биомолекулярными структурами с целью оптимизации параметров процессов в медицинских и биологических приложениях (Стемпицкий В.Р., к.т.н.)

 

Перенос спина и наноинженерия критических состояний сверхпроводимости в многослойных наноструктурах сверхпроводник/ферромагнетик (Кушнир В.Н., д.т.н.)

 

Разработаны методы и средства повышения эффективности создания эмульсионного топлива на базе измельченного бурого угля и наноструктурированных порошков кремния.

Разработана технология создания наноструктурированных функциональных покрытий дисплейных и оптоэлектронных устройств нового поколения.

Разработаны методики использования программных средств квантово-механического и молекулярно-динамического моделирования с целью описания взаимодействия биологических объектов с поверхностью твердого тела. Оценена активность взаимодействия биомолекул с нанопористыми материалами с целью прогнозирования совместимости исследуемой системы.

Получены результаты решения задач о "спиновом переключателе", верхних критических магнитных полях, триплетных состояниях при произвольном количестве бислоев, которые приведут к развитию теории критического состояния S/F структур на качественном уровне. Составлены принципы разработки новых устройств низкотемпературной электроники и спинтроники, которые могут быть положены в основу приборов диагностики энергопотребления и устройств регулирования энергоснабжения.