Достижения 1833

Грант РНФ - молодым ученым НГТУ им. Р.Е. Алексеева

Проекты представителей Нижегородского государственного технического университета вошли в перечень работ, поддержанных грантами Российского научного фонда по итогам конкурса 2019 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Гранта на 2019-2022 годы удостоен проект № 19-79-10124 «Разработка научных основ технологии плазмохимического синтеза функциональных материалов нового поколения для среднего ИК-диапазона», выполненный под руководством сотрудника кафедры «Нанотехнологии и биотехнологии» к.х.н. Александра Логунова. Проект направлен на создание технологии синтеза новых материалов на основе халькогенидов свинца для фоточувствительных устройств работающих в среднем ИК-диапазоне.

Последние несколько лет Александр Логунов совместно с доцентом кафедры «Нанотехнологии и биотехнологии» к.х.н. Леонидом Мочаловым  занимаются разработкой новых плазмохимических методов очистки халькогенов и плазмохимического синтеза материалов для инфракрасной оптики и полупроводников на основе халькогенидов металлов.

Материалы, используемые в качестве чувствительного элемента для получения информации о слабо нагретых объектах, которая содержится в спектрах ближнего и среднего ИК - диапазонов (Fingerprint region), остро востребованы в составе соответствующих устройств во всех основных сферах жизнеобеспечения современного общества, а именно: безопасность (пожарная безопасность, приборы ночного видения, в том числе автомобильные), проведение спасательных работ в чрезвычайных ситуациях; наблюдение за поверхностью Земли из космоса, аналитические приборы ИК - спектроскопии, неразрушающий контроль и обнаружение утечек различных газов в промышленности, экологический мониторинг и т.д.

Основным и самым существенным недостатком ИК - детекторов на основе таких систем как КРТ (CdHgTe) и InGaAs являются узкий диапазон работы и необходимость охлаждения до 77 – 200 К. Это значительно повышает их стоимость, приводит к возрастанию массогабаритных параметров и энергопотреблению конечных устройств. Более того, надежность работы таких приборов больше зависит не от самого чувствительного блока, а от времени работы блока охлаждения.

Поликристаллические халькогениды свинца могут проявлять более высокую чувствительность и работать при комнатных температурах по сравнению с другими материалами. Эта уникальная особенность позволяет создавать системы халькогенидных детекторов, интегрированные с кремниевой технологией. ИК-детекторы на халькогенидах свинца характеризуют: высокая производительность, быстродействие, возможностью миниатюризации и хорошим соотношением цена-эффективность.

Работы по созданию устройств на основе халькогенидов свинца ведутся уже более 100 лет. Новый всплеск интереса к материалам на основе халькогенидов свинца начался примерно с 2017 года и связан он, в первую очередь, с увеличением риска возникновения новых угроз для современного общества, таких как техногенные катастрофы и террористические атаки. Как следствие, возникла критическая потребность в детекторах, которые бы работали при проведении поисково-спасательных операций, для мониторинга окружающей среды, обнаружения токсичных промышленных отходов, а также для идентификации химических отравляющих и взрывчатых веществ. При этом основные усилия прилагаются для создания материалов на основе именно сложных тройных халькогенидных систем на основе свинца типа Pb-S-Te и Pb-Se-Te. Другими словами необходим новый класс материалов и устройств на их основе, охватывающий диапазоны как ближнего, так и среднего ИК. Однако, именно проблему синтеза таких материалов и тонких пленок, используя только имеющиеся традиционные методы, решить так и не удалось.

Международные исследовательские группы во всем мире проявляют большой интерес к постоянному развитию методов синтеза этих материалов. Однако существующие технологии имеют существенные недостатки и ограничения, очевидные даже при получении материалов бинарных систем - PbS, PbSe и PbTe. Это - отсутствие химической и структурной однородности и высокая шероховатость поверхности конечных тонких пленок. Кроме того, неполная конверсия исходных веществ вызывает загрязнение конечных материалов примесями. И, наконец, коммерчески доступные исходные вещества не обеспечивают надлежащего качества ИК-материалов, так как содержат большое количество нелимитированных примесей, таких как кислород, углерод и водород, и нуждаются в предварительной глубокой очистке.

Плазмохимические методы выделяются среди других методов тем, что активация химического взаимодействия плазмой позволяет, с одной стороны, резко ускорить реакции между исходными веществами без перегрева стенок реактора, с другой стороны, это позволяет управлять процессом релаксации возбужденных частиц разбавлением плазмообразующего газа, изменением общего давления в системе или регулированием температуры подложки.

Плазмохимическое осаждение позволяет существенно снизить размер структурных единиц, образующих поверхность тонких пленок, что непосредственно влияет на чувствительность конечных материалов. В ходе проекта будет разработан принципиально новый плазмохимический процесс, не имеющий аналогов в мире, для прямого синтеза бинарных PbS, PbSe, PbTe и тройных халькогенидов свинца PbSTe, PbSeTe из высокочистых элементов Pb, S, Se и Te в условиях низкотемпературной неравновесной плазмы высокочистого инертного газа при пониженном давлении.

Проект ученых НГТУ им. Р.Е. Алексеева предполагает разработку физико-химических основ принципиально нового подхода к синтезу материалов на основе халькогенидов свинца, в первую очередь, сложных тройных систем Pb-S-Se, Pb-S-Te и Pb-Se-Te, основанного на инициировании исходных веществ электронным ударом в низкотемпературной неравновесной плазме при пониженном давлении. Новым будет и выбор исходных веществ для синтеза: впервые прекурсорами будут являться непосредственно элементы - Pb, S, Se и Te.