Резюме на проекта
На основата на новооткрито явление в твърдотелните структури от екипа на проекта, заключаващо се във възникване на магнитноуправляем повърхностен ток в твърдотелните структури, който е линейна и нечетна функция от захранването и магнитното поле, е предложен нов неразрушителен метод за характеризиране на повърхностите. Този ток, освен че дава непротиворечива интерпретация на класическия ефект на Хол, е силно чувствителен към състоянието на граничната зона. Поведението му е свързано със съществуващите там дефекти, дислокации, примесни състояния, деформации и др. Тази изключително важна особеност на новия ефект позволява изследване свойствата и особеностите на повърхността на материали с кристална структура, например полупроводниковите. Предварителните резултати със силициеви образци показват, че деформациите променят по специфичен начин магнитноуправляемия ток. Идентифицирането на състоянието на повърхностите ще става чрез индивидуалните особености на зависимостта на повърхностния ток от магнитното поле, съхранявани в изградена чрез експерименти база данни. Оригиналността на метода е в измерване на повърхностния ток в структурите чрез два омични контакта, разположени върху изследваната равнина. Преместването по нея на тези сонди сканира отделни области от границата и носи информация за пригодността на съответната силициева пластина за микро- и нано-технологични процеси. Реализацията на новия неразрушителен подход ще позволи значителна част от съществуващите до момента недостатъци в използваните аналогични методи като висока температура, предварителна информация за повърхностната подвижност на електроните, дупките и данни за „бързите” и „бавните” примесни състояния, използване на моделни коефициенти в крайния резултат от експеримента и др. да бъдат успешно преодоляни. Предлаганият метод предоставя възможността за експериментално изследване на повърхности с неизвестни отнапред свойства, което е едно от ключовите му предимства. Простотата на експерименталната постановка и ясната теоретична интерпретация на новия метод са гаранция за широката му изследователска и индустриална приложимост.
Цели и хипотези
Целта на проекта е да се предложи нов неразрушителен метод, приложим преди всичко в полупроводниковите структури за изследване на повърхността в широк температурен диапазон, в основата на който е силната чувствителност на магнитноуправляемия повърхностен ток от състоянието на конкретната повърхност. Тази цел е насочена и към изграждане и бъдещо развитие на научния капацитет на ИСИР-БАН в такива перспективни области, като сензориката, микросистемите и нанонауката при изпълнението на формулираните в проекта цел и задачи, което обосновава нейната значимост.
Научната хипотеза е: Научна и експериментална реализация на нов оригинален и иновативен неразрушителен метод, приложим в полупроводниковите структури и материали, в това число микро- и нано- технологиите за изследване повърхността чрез магнитноуправляем повърхностен ток в широк температурен диапазон. Този подход ще позволи съществена част от съществуващите до сега проблеми и недостатъци на използваните методи да бъдат преодолени. Простотата на експерименталната постановка и ясния теоретичен бекграунд на предлаганата иновация обосновават нейната реалистичност и са гаранция за широката приложимост и перспективност в науката за Повърхността. Предлаганият метод предоставя възможността за експресно експериментално изследване на повърхности с неизвестни отнапред свойства, което е едно от ключовите му предимства. Описаният по-горе магнитоуправляем повърхностен ток ще бъде в основата на оригинален и иновативен неразрушителен метод за изследване на повърхността, който се очаква да притежава безспорни предимства, и ще бъде с важна практическа приложимост.
Изследователски методи и техники
Изследователските методи, свързани с този проект се основават на взаимодействието на магнитното поле с кинетиката на токоносителите , намиращи се в приповърхностните зони на полупроводниковите структури. Ключови за постигане на целите на проекта са електрическите, галваномагнитните и температурните изследвания на магнитно-управляемия повърхностен ток. Използваните техники ще включват магнитни измервания чрез електромагнит с регулируема индукция до 3Т и водно охлаждане както и високоточни измервателни уреди и инструменти за ток, напрежение, импеданс, честота и температура. Като определящ параметър, магнитното поле ще се измерва с три-компонентна магнитна сонда. Температурните експерименти ще се осъществяват чрез криостат с регулируема температура в диапазон от -200°С до +100°С. Като хладоагент ще се използва втечнен азот.