О лаборатории

Заведующий лаборатории - Муминов Рамизулла Абдуллаевич - академик АН РУз, член корреспондент Российской Академии технологических наук, доктор физико-математических наук, профессор, дважды Лауреат Государственной Премии Республики Узбекистан в области науки и техники.

Лаборатория была организована в 1971 году в Физико-Техническом Институте Академии наук Узбекистана.

В группе Муминова Р.А. в настоящее время в коллективе лаборатории трудятся: один академик, один доктор наук, а также научные сотрудники (9) и инженерно - технический персонал (6).− всего 9+6 человек.

Фундаментальные исследования физических процессов в p-i-n структурах, являющихся основными элементами полупроводниковой электроники, как в режиме сильного зарядового объединения базовой (i) области, так и в условиях двойной инжекции, когда плазма большой концентрации заполняет (i) – область, имели важное научное и практическое значение. Эти работы по сути открыли с одной стороны новое научное направление – исследование гидродинамических явлений в вырожденной электронно-дырочной плазме и позволили решить задачу по созданию сильно-точечных полупроводниковых лазеров в области инфракрасного диапазона излучения с большим объемом активной области и с другой стороны положили начало принципиально новому представлению в области физики и техники полупроводниковых детекторов ядерных излучений. Основу этого представления составляет экспериментально установленная концепция о существенной роли в формировании свойств объединенной области и функциональных характеристик детекторов флуктуации в распределении дефектов кристаллической решетки, приводящих к возникновению локальных неоднородностей в распределении электрического поля в объеме кристалла.

Развитие этого направления позволит в будущем установить физическую природу и свойства локальных неоднородностей, стимулировать создание диагностических методов отбора и контроля исходного материала. В группе впервые предложено и реализовано комплексное исследование отклика полупроводниковых материалов и приборов (детекторы, солнечные элементы, поверхностно барьерные и МДП - структуры) на внешние воздействия: световое, неоднородное сильное импульсное магнитное поле, ультразвуковые поля. Результатом исследований явлений, возникающих в полупроводниках, в этих условиях явились разработки принципиально новых способов проведения низкотемпературного процесса диффузии и отжига, способов устранения дефектов в полупроводниках и ускорения процессов ионной диффузии; способов улучшения спектрометрических характеристик детекторов и энергетических характеристик солнечных элементов. Физически важным аспектом разработанного направления является теория протекания кинетических явлений в полупроводниках в условиях акустостимулированной неравновесности тепловых фононов. Она позволяет глубже и шире понять механизмы формирования функциональных характеристик полупроводниковых приборов в ультразвуковых полях и специфику взаимодействия ультразвуковых волн с дефектами кристаллической решетки, осуществить целенаправленное изменение дефектной структуры полупроводниковых материалов, а также открывает перспективы создания высокочувствительных приборов с применением аккустоэффектов. В результате, в группе решены задачи создания на базе отечественного промышленного кремния полупроводниковых детекторов ядерного излучения различного назначения с эксплуатационными характеристиками на уровне мировых стандартов. Это детекторы с протяженной чувствительной областью от 5мкм до сотни мкм, и от 1 мм до 10 мм, а также показаны пути получения детекторов, чувствительной областью в десятки мм на физической основе явления эксклюзива в полупроводниковых структурах. На основе результатов этих исследовании, в НПО «Физика - Солнце» АН РУз налажено производство малой серии полупроводниковых детекторов ядерного излучения различного назначения. Они, по заключению специалистов, имеют характеристики на уровне мировых стандартов и находят широкое применение в исследованиях на борту космических аппаратов, на установках типов «Такомак» и «Дельфин», на ускорителях в г.Серпухов, Дубна, Алма–Ата, а также в ряде других научных экспериментов, спецтехнике. Разработанные детекторы, неоднократно были удостоены золотой, серебряной и бронзовой медалей на различных выставках.

В последние 15-20 лет основными направлениями научно-исследовательских работ группы Муминова Р.А. являются два направления науки и техники:

1) Разработка и изготовление высоко эффективных кремний – литиевых p-i-n детекторов больших объемов чувствительной области, а также чувствительной поверхности. Они могут найти применение в науке и технике, геологии, охране окружающей среды, медицине и т.д.

2) Научно – технические – технологические исследования и разработки новых физических способов повышения эффективности кремниевых солнечных элементов.

Используя достижения нанофизики, (нанотехнологии, голографии, сверхрешеток и т.д.).

Основные научно-технические-технологические результаты и достижения в области тематики первого направления исследований:

По хронологии, приведены все важнейшие научные результаты (начиная с начала 90х годов по детекторной тематике)

(отчеты, диссертация Раджапова, публикации, отчеты последних лет и т.д.) в основном на английском языке.

Основные научно-технические-технологические результаты и достижения в области второго направления исследований:

По хронологии привести важные результаты из отчетов по тематике СЭ.

Публикации по СЭ в основном на английском языке.

Основные результаты и сегодняшняя тематика:

Объектами исследования являются как монокристаллические полупроводники – кремний и арсенид галлия, так и поликристаллические пленки типа телурида кадмия и висмута, а также окисные слои в межгранульных областях и на поверхности конструкционных металлов типа окиси алюминия (Al2-x O3+x) и окиси титана.

Основное внимание уделяется тем структурным особенностям полупроводников, от которых зависят эксплуатационные свойства изготовленных на их основе сенсоров, в частности датчиков накопленной усталостной повреждаемости, а также датчиков ионизирующего излучения и оптических величин

В частности, было установлено, что электрическая структура кремния, имеющего удельное сопротивление в районе 1-:-3 Ком*см, позволяет изготавливать кремний -литиевые детекторы ионизирующих излучений, не уступающие по своим свойствам соответствующим Si(Li) детекторам, изготовленным из дорогого беспримесного кремния.

Установлено также, что при наложении ультразвуковой волны на полупроводник или полупроводниковую структуру, структура решётки и характер её взаимодействия с электронной подсистемой изменяются, что для найденных частот и амплитуд и при определённых длительностях воздействия приводит к улучшению адгезионных свойств контактов и эксплуатационных свойств полупроводниковых солнечных элементов [3-5].

Сотрудниками лаборатории усовершенствованы технологии получения полупроводниковых эпитаксиальных слоев на основе арсенида галлия и его соединений. Разработаны полевые транзисторы, основанные на термоэлектрических и фотовольтаических эффектах, двухбарьерные и многослойные структуры с интегрированной гетеро и металло - полупроводниковой областью на спектральный диапазон 0.4-1.6 мкм, с высоким коэффициентом внутреннего усиления и параметрами, превышающими известные аналоги. Развиты технологические приемы создания фотоэлектрических приборов с микрорельефным интерфейсом, отличающиеся стойкостью к радиационным и температурным воздействиям.

Принципиально новым является подход к разработке датчиков накопленной усталостной повреждаемости конструкционных материалов. Здесь главной является проблема структурной устойчивости материала. В процессе усталостной эволюции мы не можем считать заданным определённое множество взаимодействующих единиц, или определённое множество преобразований этих единиц. Это означает, что определение системы необходимо модифицировать в ходе эволюции. Такого рода эволюция связана с понятием структурной устойчивости. Речь идет о реакции заданной системы на введение новых единиц, способных размножаться и вовлекать во взаимодействие различные процессы, протекающие в системе.

Проблема устойчивости системы относительно изменений такого типа сводится к следующему. Вводимые в небольшом количестве в систему новые составляющие приводят к возникновению новой сети реакций между её компонентами. Новая сеть реакций начинает конкурировать со старым способом функционирования системы. Если система структурно устойчива относительно вторжения новых единиц, то новый режим функционирования не устанавливается, а сами новые единицы погибают. Но если структурные флуктуации успешно «приживаются» (например, если новые единицы размножаются достаточно быстро и успевают « захватить » систему до того, как они погибнут), то вся система перестраивается на новый режим функционирования: её активность подчиняется новому «синтаксису».

Важной в эволюционной теории усталости является возникающая в итоге обратная связь между макроскопическими структурами и микроскопическими событиями: макроскопические структуры, возникая из микроскопических событий, должны были бы в свою очередь приводить к изменению в микроскопических механизмах. Такие взаимосвязанные процессы порождают очень сложные ситуации, и это обстоятельство необходимо сознавать приступая к их моделированию

Группа академика Муминова Р.А.
Основные направления исследований группы профессора Муминова Р.А.:
Фундаментальные основы создания приборных полупроводниковых структур с различными функциональными назначениями являясь основным направлением исследований группы академика Муминова Р.А. направлены на решение следующих проблем физики полупроводниковых приборов:

Разработана модель и представлена полная теория новой контактной структуры, имеющая иглообразную геометрию и функционально выполняющую роль р-n перехода (то есть, развита теория нано размерного «р-п перехода»).
Разработан GaAs/AlGaAs гетерофотопреобразователь на базе GaP подложек с высокой теплопроводностью. Данный гетерофотопреобразователь способен работать в диапазоне концентрации солнечного излучения К_с =1…100 в режиме пассивного теплоотвода.
Предложена технология формирования нано включений на основе атомов кремния на поверхность кремниевых монокристаллических пластин. Данная структура имеет более широкую спектральную чувствительность относительно традиционного кремневого фотопреобразователя.
Разработана теоретическая модель, которая описывает формирование области пространственного заряда в принципиально новых контактных структурах, состоящих из полупроводниковой базы и нановключений на его поверхности. Показано, что специфика нового типа контакта полностью определяется электрической ёмкостью нановключений. Установлено отличие свойств нового типа контакта, как по структуре, так и по протяженности от аналогичных контактных свойств, характерных для барьеров Шотки, сплошных p–n-переходов и гетеропереходов.
Определены физические оптимальные условия формирования дифракционного концентратора в виде рельефных дифракционных решеток. Изучены особенности их использования как концентрирующих систем в солнечных элементах на основе арсенид-галлиевых гетероструктур. Показано, что применение дифракционных и голографических концентраторов достаточно эффективны и они не требуют системы автоматического слежения за Солнцем. Всё это создает новые подходы для широкого применения арсенид-галлиевых солнечных элементов.
Построена теория и установлен механизм формирования области пространственного заряда в принципиально новых контактных структурах, состоящих из полупроводниковой базы и нановключений на его поверхности.
Разработана теоретическая модель формирования области пространственного заряда в принципиально новых контактных структурах, состоящих из полупроводниковой базы и нанесенных на неё нановключений.
Определены отличия свойств нового типа контакта, как по структуре, так и по протяженности относительно аналогичных контактных явлений, характерных для барьеров Шотки, сплошных p-n-переходов и гетеропереходов.
Разработана теоретическая модель новой контактной структуры, обеспечивающая эффективное фотопреобразование в широком инфракрасном диапазоне солнечного излучения. Показано, что эффективное поглощение инфракрасного излучения становится возможным благодаря удлинению области пространственного заряда, что обеспечивается созданием непосредственно на подложке многих наноразмерных р-п переходов.
Изучены методы формирования нанокристаллических включений кремния (nc-Si)в диэлектрической матрице окиси кремния SiO₂. Выбран метод создания nc-Si на поверхности кремния, с целью повышения эффективности кремниевых солнечных элементов.

Изучены механизмы образования пор травления на поверхности кремниевой пластины, методы и режимы травления, с целью создания заданной концентрации пор и топологии для дальнейшего легирования развитой поверхности кремния, т.е создания p-n перехода.
Исследована возможность формирования nc-Si п-р SiO₂на развитой поверхности кремния методом диффузии из параллельных источников. Изучено влияния распределения и концентрации примесей на электрические свойства р-п перехода и показана возможность управления оптическими и электрическими параметрами, в зависимости от условия термообработок.
Компьютерным моделированием изучены оптические и электрические свойства системы nc-Si-SiO₂. Установлено, что эффективные оптические постоянные пористого кремния сильно зависят от концентрации и топологии пор. Такая зависимость дает возможность создавать эффективные антиотражающие покрытия для солнечных фотоэлементов.
Наноструктурная обработка поверхности полупроводника и нанесение на неё нульмерных нановключений из другого однородного полупроводникового материала приводит к появлению квантовых точек (КТ), то есть нановкраплений с размерами 10÷40 нм. Эти нановкрапления отождивляются как квантовые точки, так как их энергетический спектр состоит из набора дискретных уровней, на подобии, как у единичного атома. Квантовые точки большой концентрации, на чувствительной поверхности ФП способствуют возникновению дополнительной концентрации э-д пар в процессе преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.
Проведен анализ научных публикаций по современному состоянию проблемы повышения эффективности преобразования солнечной и тепловой энергии в электрическую энергию при помощи солнечных элементов и термоэлектрических преобразователей.
Для проведения дальнейших исследований в области повышения эффективности преобразования энергии солнечного излучения в электрическую и тепловую энергию, с учетом широкого применения фото- и термоэлектрических преобразователей в фотоэнергетике, а также доступности технологии изготовления в качестве объектов, использованы кремниевые солнечных элементы и термоэлектрические преобразователи на основе системы висмут-теллур.
Предложена конструкция комбинированной установки для преобразования солнечного излучения, состоящая из солнечных элементов и термоэлементов. Приведены результаты измерений параметров комбинированной установки на основе фотоэлементов из кристаллического кремния и термоэлементов системы висмут-теллур. Показано, что комбинированная установка увеличивает эффективность преобразования солнечного излучения на 5% и такие установки могут эксплуатироваться в странах с очень жарким климатом.
Разработан и изготовлен лабораторный образец комбинированный системы- фотопреобразователь, термоэлектрический преобразователь на основе кремниевых СЭ и термопреобразователей висмут-теллур. Показана возможность увеличения эффективности комбинированной системы на 5 %, по сравнению с фотоэлектрической батареей.

Прикладные основы создания приборных полупроводниковых структур с различными функциональными назначениями, являясь основным направлением исследований группы академика Муминова Р.А., направлены на решение следующих проблем физики полупроводниковых приборов:

В результате исследования и проведения технологических работ, нами разработан способ изготовления полупроводниковых координатно-чувствительных детекторов больших размеров (D ~ 100÷120 мм и W > 1,5 мм) на основе Si(Li) p-i-n структур с 8 , 16 и 32 полосами.

Разработан, изготовлен и представлен лабораторный макет универсальной низкофоновой установки на основе Si(Li) детекторов больших объемов (S=50 см², W_i≥2 мм).

Разработан и изготовлен лабораторный макет радиометра радона предназначен для проведения измерений объемной активности (ОА) радона-222 и количества распадов ²¹⁶Po (ThA) в воздухе жилых и рабочих помещений, а также на открытом воздухе.

Многофункциональный термоэлектрический генератор (МТЭГ) предназначен для прямого преобразования тепловой энергии (дровяной печи, энергии пара, газового и дизельного топлив, тепла выделяемого различным работающим оборудованием, а также тепла солнечной энергии) в электрическую энергию и обеспечивает непрерывную круглосуточную работу без постоянного наблюдения за его работой. МТЭГ предназначен для обеспечения непрерывного электропитания системы отопления (автоматики, циркуляционных насосов и т.д), а также для аварийного освещения, зарядки аккумуляторов (автомобильных, мобильного телефона, видеокамеры, ноутбука и т.д.), питания системы охранной и пожарной сигнализации, телевизора, компьютера, аудиотехники и проч.

Многоканальное терморегистрирующее устройство (МТРУ) предназначено для долговременного измерения в восьми точках пространства с последующей записью и хранением результатов измерений на компьютере и ММС-карты. МТРУ предназначено для работы на производстве и в лабораториях, где необходим процесс контроля, регистрация, а также автоматическое термостатирование.