Новые технологии в электронике: в ПГУ автоматизировали процесс исследования полупроводников
Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) создали и зарегистрировали программу для расчета оптической ширины запрещенной зоны полупроводниковых наноматериалов. Эта характеристика является ключевой при создании современных электронных устройств — от бытовой техники до медицинских сенсоров и газоанализаторов.
Полупроводники делятся на узкозонные и широкозонные. К первым относятся кремний, германий, антимонид индия, ко вторым — диоксид олова, оксид цинка и другие. В зависимости от ширины запрещенной зоны материалы могут обладать принципиально различными свойствами, которые обуславливают сферы их практического применения. Так, узкозонные материалы стали основой современной микро- и наноэлектроники, а широкозонные перспективны для создания чувствительных элементов газовых сенсоров и фотокатализаторов.
«Создав широкозонные материалы с заданными электрофическими и оптическими свойствами, мы сможем сконструировать устройства, которые повысят производительность промышленных предприятий, улучшат экологию, сделают исследования в медицине точнее и информативнее», — рассказала одна из разработчиков программы, доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ, кандидат физико-математических наук Надежда Якушова.
В настоящее время оптическую ширину запрещенной зоны в полупроводниках определяют с помощью различных методов, например с помощью диаграммы Тауца. Вручную строится график по данным, снятым специальным прибором — спектрофотометром. Он измеряет интенсивность света, проходящего через образец, и выявляет характеристики его поглощения. Такая обработка занимает много сил и времени, кроме того, страдает точность измерений.
Научный коллектив ПГУ автоматизировал этот процесс и запатентовал программу для ЭВМ «Определение оптической ширины запрещенной зоны и энергии „хвоста” Урбаха в наноматериалах на основе модифицированных широкозонных полупроводниковых оксидов». Теперь расчет происходит в течение нескольких минут. При этом значительно повысилась точность за счет снижения роли человеческого фактора.
«Мы больше не тратим много времени на построение графиков. Удалось автоматизировать этот процесс. Но, стоит отметить, главное достоинство нашего предложения — возможность использования результатов расчетов для дальнейшего создания фотокатализаторов с уникальными свойствами», — отметил еще один участник исследования, доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ, кандидат физико-математических наук Андрей Карманов.
Программа была создана специально для разработки технологии получения фотокаталитических материалов для самоочищающихся покрытий и фильтров очистки воды и воздуха, но показала более широкий спектр применения. Широкозонные полупроводниковые оксиды используются в различных областях науки и техники, например, в альтернативной энергетике для экологически чистого производства водорода, биомедицинских приложениях.