Исследователи Сибирского физико-технического института ТГУ первыми в мире вырастили супертонкие пленки из органических молекул в газовой среде. Ученые использовали уникальную установку молекулярно-послойной эпитаксии, не имеющую аналогов в России и мире. Новая технология позволит производить полупроводниковые устройства, отличающиеся быстродействием, низким потреблением энергии и размером – пленки в 5000 раз тоньше человеческого волоса. Новые материалы предназначены для производства наноэлектроники. Исследования финансирует Научный фонд ТГУ им. Д.И. Менделеева.
– Промышленная установка для выращивания полупроводников из молекул
органических соединений была сконструирована сотрудником нашей
лаборатории и Университета штата Юта Владимиром Буртманом и собрана по заказу ТГУ в Израиле, – рассказывает руководитель лаборатории органической электроники СФТИ ТГУ Татьяна Копылова.
– Установка позволяет добиться такого расположения молекул на подложке,
которое недоступно при любом другом способе создания тонких пленок.
Метод послойной эпитаксии молекул органических соединений в газовой фазе
обеспечивает их химическое связывание, что приводит к высокой
эффективности транспорта зарядов и, как следствие, увеличению
функциональности супертонких пленок.
Первые образцы супертонких пленок органических полупроводников, полученных на установке, показали, что энергопотребление светодиодов, созданных на их основе, в три раза меньше, чем у аналогичных устройств, полученных традиционными методами. В перспективе метод молекулярно-послойной эпитаксии ляжет в основу создания различных устройств органической наноэлектроники. Однако стоит отметить, что одной из главных проблем органических проводящих материалов является их деградация со временем под действием различных факторов (кислорода, влаги, температуры). Новая технология, обеспечивающая более устойчивые связи между молекулами, позволит избежать внешнего влияния и увеличит срок службы устройств.
Реакция самосборки молекул проводится в газовой фазе, это значительно расширяет выбор материалов для производства органических «чернил», поскольку испарить можно почти любое низкомолекулярное вещество. Синтезом соединений для выращивания супертонких пленок занимаются химики России и США. В частности, эту работу выполняет сотрудник лаборатории органической электроники СФТИ ТГУ Оана Джеральску (Университет Уэйк Форест, Новая Каролина).
– В настоящее время мы отрабатываем новую технологию, пытаемся получить полупроводники с оптимальными характеристиками, – говорит Татьяна Копылова. – Главная точка приложения данной разработки – создание источника излучения нового вида – инжекционного лазера на основе органических соединений, возбуждаемого электрическим током. Научные группы в разных странах бьются над решением этой проблемы, но пока безрезультатно. Метод молекулярно-послойной эпитаксии в газовой среде способен решить технические проблемы, которые являются основными препонами на пути создания лазера нового поколения.
Лаборатория органической электроники СФТИ ТГУ
(ранее лаборатория лазерной физики) входит в состав САЕ «Умные
материалы» и занимается исследованием и созданием органических
оптических материалов для квантовой и органической электроники:
твердотельные активные среды перестраиваемых лазеров и лазеры на их
основе, в том числе фотовозбуждаемые органические полупроводниковые
лазеры, органические светодиоды, молекулярные сенсоры. В реализации
междисциплинарных проектов лаборатории также участвуют студенты,
магистранты, аспиранты РФФ, ФФ и ХФ ТГУ.
