Kukushkin, Sergey Arsenievich

Kukushkin Sergey Arsenievich
Födelsedatum 9 mars 1954 (68 år)( 1954-03-09 )
Födelseort Leningrad
Land Sovjetunionen Ryssland
Vetenskaplig sfär fasövergångar , tunna filmer , heterostrukturer
Arbetsplats IPMash RAS , SPbAU RAS
Alma mater Tekniska högskolan
Akademisk examen Doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper  (1992)
Akademisk titel professor  (1996)
Utmärkelser och priser
Ryska vetenskapsakademins pris. P.A. Rebinder (2010)
Pris av regeringen i St. Petersburg. A.F. Ioffe (2014)
Honored Worker of Science of the Russian Federation (2016)
Hedrade vetenskapsarbetare i Ryska federationen

Sergey Arsenievich Kukushkin (född 9 mars 1954 , Leningrad , USSR [1] ) är en rysk fysiker och kemist , specialist på kinetisk teori om första ordningens fasövergångar, tillväxten av tunna filmer och nanostrukturer, vinnare av statliga priser för upptäckt, förklaring och implementering av produktion av en topokemisk reaktion av kolmonoxid (kolmonoxid) med en kiselyta enligt principen om endotaxial ( kemoepitaxial ) självsammansättning av substituerande atomer med bildning av en nanofilm av kiselkarbid [2 ] [3] , som kan bli grunden för integrerade kretsar , som kompletterar eller ersätter kisel [4] [5] [6] .

Biografi

Föräldrar

Fader - Arseniy Ivanovich Kukushkin (1924-2012) - kandidat för geologiska och mineralogiska vetenskaper [7] , arbetade på VSEGEI sedan 1957, veteran från andra världskriget  - tjänstgjorde i skärgården av Kronstadt MOR KBF , medalj " För försvaret av Leningrad " [8] .

Närvaron i faderns hemsamling av ett trädfossil från triasperioden [ 3] , där organiska ämnen helt ersattes av oorganiska mineraler utan att störa den ursprungliga vävnadsstrukturen , ledde därefter Kukushkin till idén att använda en liknande princip om substitution av atomer i fasta tillståndskemi [4] .

Mor - Margarita Kukushkina (1925-2007) - doktor i historiska vetenskaper [9] , känd arkeograf - källforskare [10] , chef. Institutionen för manuskript och sällsynta böcker vid USSR:s vetenskapsakademi 1970-1986, ansvarig. ed. faksimilreproduktion av Radzivilov-krönikan .

Utbildning, vetenskaplig och pedagogisk verksamhet

1977 tog han examen från Leningrad Red Banner Institute of Chemical Technology [1] .

1982 försvarade han sin doktorsavhandling inom området fasta tillståndets fysik [11] vid Kharkov Polytechnic Institute vid Institutionen för fysik av metaller och halvledare (fram till 1982, Institutionen för metallfysik).

1991 disputerade han på sin doktorsavhandling [12] vid A.F. Ioffe Physical-Technical Institute .

Efter det ledde han laboratoriet "Strukturella och fasomvandlingar i kondenserad materia" av det nyskapade Institutet för problem med maskinteknik vid Ryska vetenskapsakademin [1] .

2005 utvecklade och patenterade han en metod för att framställa en kiselkarbidfilm genom att glödga poröst kol på en kiselyta [13] .

2008 publicerade och patenterade han en ny metod för att framställa en kiselkarbidfilm i reaktionen mellan kisel och kolmonoxid [14] .

2012 publicerade han ett verk där en galliumnitrid -LED först producerades på kisel med ett buffertskikt av kiselkarbid [15] .

Förutom IPMash RAS arbetar han på SPbAU RAS , där han sedan 2010 har utvecklat och undervisat i föreläsningsförloppet "Fasövergångar" [16] , och har även anknytningar till SPbPU , ITMO .

Medgrundare av New Silicon Technologies LLC , som fick ett Skolkovo- anslag [17] , såväl som en övervakande fond [18] .

Organiserade internationella konferenser om kärnbildning : NPT98, NPT2002, MGCTF'19 - den sista var tillägnad minnet av V. V. Slezov [19] [20]  - lärare och medförfattare [21] .

Från och med 2020 är han författare till cirka 500 vetenskapliga artiklar med ett H- index på 22 [22] [23] , samt mer än 20 patent [24] .

Betydelsen av att erhålla filmer av kiselkarbid

Kiselkarbid har styrka, värmeledningsförmåga, driftstemperaturer och ett bandgap som är minst 2 gånger högre än det för kisel [25] , vilket gör den till den föredragna halvledarbasen för mikroelektronik . Den uppvisar också strålningsmotstånd vilket tillåter tillämpningar inom rymd- och kärnkraftsindustrin [26] . Inom optoelektronik är kiselkarbid bättre än safir för att odla högkvalitativa aluminiumnitrid- och galliumnitridkristaller [25] , för vilka japanerna belönades med 2014 års Nobelpris i fysik .

Ändå har det inte funnits en analog av Silicon Valley baserad på kiselkarbid, eftersom den för det första sällan finns i naturen i sin rena form, och för det andra kan den inte erhållas i kristallin form med den vanliga Czochralski-metoden från en smälta, eftersom kiselkarbid vid höga temperaturer inte smälter, utan sublimeras från ett fast aggregationstillstånd . Monopolet på marknaden för kiselkarbid och lysdioder baserade på det förblir det amerikanska företaget Cree , som implementerar teknologin för produktion av bulkkristaller, utvecklad tillbaka i Sovjetunionen vid LETI av Yu. M. Tairov [27] .

Dyra bulkkristaller behövs dock inte om det är möjligt att erhålla en film av kiselkarbid på kisel, som kostnadsmässigt inte kommer att avsevärt överstiga priset för själva kiselskivan. Typiskt erhålls kristallina filmer genom olika metoder för epitaxi , det vill säga skikt-för-skikt-avsättning på substratytan . Avvikelsen mellan filmens och substratets kristallstrukturer leder emellertid till att det bildas sprickor och dislokationer i filmen. Dislokationer är kritiska för halvledaregenskaper på grund av läckströmmar .

Detta problem kan lösas med andra metoder för filmproduktion, såsom endotaxi / kemoepitaxi (en film bildas från ytan av substratet på grund av reaktionen mellan det avsatta ämnet och det) och mer arbetsintensiv pendeoepitaxi (uppbyggnaden av filmer med en brygga över nanopilar eller icke -vätbara masker applicerade på substratet).

Om nödvändigt kan kiselsubstratet avlägsnas från filmen genom etsning .

Erhålla en SiC-film i reaktionen av Si med CO

Enligt S. A. Kukushkin [4] skedde upptäckten av reaktionen nästan av en slump. Den tvångsmässiga idén om behovet av att kombinera kisel Si med kol C genom deras gemensamma glödgning i en vakuumugn uppstod trots den klara förståelsen att vid temperaturer i storleksordningen 1000–1250 °C, varken en kemisk reaktion eller diffusion mellan dessa ämnen bör inträffa. Men trots allt bildades ett SiC-skikt på Si-ytan som ett resultat av experimentell glödgning. Det visade sig att det var ett dåligt vakuum i ugnen, och luft med syre O oxiderade kol till kolmonoxid CO, som reagerar bra med kisel [2] [14] :

(Temperatur 1100-1300°C, CO-gastryck 70-700Pa)

Denna reaktion uppstår på grund av det faktum att O-atomer bär med sig hälften av de ytnära Si-atomerna och bildar vakanser i kristallgittret , där C-atomer sedan är inbäddade och bildar en enkristallisk SiC-film med en tjocklek på ~150 nm. Denna process är icke-trivial och bestäms av interaktionen mellan inbäddade punktdefekter i kristallen , som är i ett metastabilt tillstånd innan dess kristallisering till en film. När en film bildas från den ursprungliga substratstrukturen , på grund av det faktum att det interatomära avståndet i SiC är 20 % mindre än det i Si, börjar den att krympa, och eftersom SiC-skiktet är mycket starkare än Si, kommer denna kompression inte leda till defekter i filmen (som i fallet med gradvis tillväxt av monomolekylära skikt genom standard heteroepitaxi ), men till bristning av kisel under filmen med bildandet av porer under den. En fritt hängande film över hålrum, som en bro på pålar , befrias från deformationer som uppstår på grund av oöverensstämmelse mellan filmens kristallgitter och substratet, och dämpar också till hälften de deformationer som uppstår när kompositplattan svalnar på grund av skillnaden i koefficienterna för termisk expansion av material. Det kvalitativa resultatet som erhålls artificiellt genom pendeoepitaxi inträffar således naturligt med denna kemoepitaxi - filmsubstratsystemet försöker själv undvika gränsbindning under bildning.

Utmärkelser och priser

Monografier och recensioner

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 Biografi om S. A. Kukushkin på webbplatsen för IPME RAS
  2. ↑ 1 2 3 S.A. Kukushkin, A.V. Osipov, N.A. Feoktistov. Syntes av epitaxiella filmer av kiselkarbid genom metoden för substitution av atomer i kristallgittret av kisel  // FTT : journal. - 2014. - T. 56 (8) . - S. 1457 .
  3. ↑ 1 2 3 S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Teori och praktik av SiC-tillväxt på Si och dess tillämpningar på halvledarfilmer med breda gap  // J. Phys  . D:Appl. Phys. : journal. - 2014. - Vol. 47 . — S. 313001 .
  4. ↑ 1 2 3 S. A. Kukushkin i det populärvetenskapliga programmet "Matrix of Science" från kanalen "St. Petersburg"
  5. ↑ Intervju med prof. S.A. Kukushkin. Från självmontering av nanostrukturer till nanomotor  (neopr.)  // Russian Nanotechnologies. - 2008. - V. 11-12 . - S. 46 . Arkiverad från originalet den 18 augusti 2016.
  6. ↑ A. Polishchuk. Halvledarenheter baserade på kiselkarbid — kraftelektronikens nutid och framtid  // Komponenter och teknologier: journal. - 2004. - T. 8 . - S. 40 .
  7. ↑ Kukushkin A.I. Gnejskomplex i regionen Upper Pulong Lake i norra Karelen: geologi, petrologi, utvecklingshistoria, studiemetodik: avhandling ... kandidat för geologiska och mineralogiska vetenskaper  : [ rus. ] . - Leningrad, 1973. - 243 sid.
  8. ↑ A. I. Kukushkin på webbplatsen för Museum Complex "Road of Memory"
  9. ↑ Kukushkina M.V. Monastiska bibliotek i den ryska norra delen av XVI-XVII-talen. : uppsatser om bokkulturens historia: avhandling ... Doktor i historiska vetenskaper  : [ rus. ] . - Leningrad, 1975. - 472 sid.
  10. ↑ Vetenskapliga läsningar tillägnad 95-årsdagen av M.V. Kukushkina "Halvt sekel bland manuskript och för manuskript: M.V. Kukushkin i vetenskapsakademiens bibliotek" . Hämtad: 10 mars 2021.
  11. ↑ Kukushkin S. A. Diffusionsmassaöverföring i öfilmer: om exemplet med föreningar A⁴B⁶, A²B⁶, oxidation av A²B⁶: avhandling ... kandidat för fysikaliska och matematiska vetenskaper  : [ rus. ] . - Leningrad, 1982. - 152 sid.
  12. ↑ Kukushkin S. A. Evolutionära processer i ensembler av dispergerade partiklar på ytan av fasta ämnen: Sen stadium: avhandling ... doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper  : [ rus. ] . - Leningrad, 1991. - 407 sid.
  13. ↑ S.A. Kukushkin, A.V. Osipov, S.K. Gordeev, S.B. Korchagin. Metoden för icke-jämvikt heteroepitaxi av kiselkarbid på kisel  // Letters to ZhTF : journal. - 2005. - T. 31 (20) . - S. 6 .
  14. ↑ 1 2 S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. En ny metod för fastfas epitaxi av kiselkarbid på kisel: modell och experiment  // Letters to ZhTF : journal. - 2008. - T. 50 (7) . - S. 1188 .
  15. ↑ S.A. Kukushkin, A.V. Osipov, S.G. Zhukov, E.E. Zavarin, V.V. Lundin, M.A. Sinitsyn, M.M. Rozhavskaya, A.F. Tsatsulnikov, S.I. Troshkov, N.A. Feoktistov. LED baserad på III-nitrider på ett kiselsubstrat med ett epitaxiellt nanoskikt av kiselkarbid  // Letters to ZhTF : journal. - 2012. - T. 38 (6) . - S. 90 .
  16. ↑ 1 2 Kukushkin S.A. på webbplatsen för SPbAU RAS im. Zh.I. Alferov . Hämtad: 10 mars 2021.
  17. ↑ Företaget är medlem i St. Petersburgs sammansatta kluster (otillgänglig länk) . Hämtad 16 juli 2016. Arkiverad från originalet 17 september 2016. 
  18. ↑ Stiftelsen för stöd till vetenskap och utbildning i St. Petersburg (otillgänglig länk) . Hämtad 16 juli 2016. Arkiverad från originalet 29 maj 2017. 
  19. ↑ L.N. Davydov, S.A. Kukushkin. Internationell konferens "Mekanismer och olinjära problem med kärnbildning, tillväxt av kristaller och tunna filmer", tillägnad minnet av den enastående teoretiska fysikern professor V.V. Slyozova  (engelska)  // Fasta tillståndets fysik. - 2019. - Vol. 61 , iss. 12 . — S. 2269 . — ISSN 0367-3294 . doi : 10.21883 /ftt.2019.12.48531.01ks .
  20. ↑ MGCTF'19 konferensplats . Hämtad: 10 mars 2021.
  21. ↑ 1 2 S.A. Kukushkin, V.V. Tårar. Dispergerade system på ytan av fasta ämnen (evolutionärt tillvägagångssätt): mekanismer för bildandet av tunna filmer . - St Petersburg: Nauka, 1996. - 304 sid.
  22. ↑ Kukushkin S.A. på Corps of Natural Science Experts webbplats . Hämtad: 10 mars 2021.
  23. ↑ Publikationer av S.A. Kukushkin, inkluderad i RSCI, på elibrary.ru . Hämtad: 10 mars 2021.
  24. ↑ Lista över patent från S. A. Kukushkin i Yandex.Patents söktjänst .
  25. ↑ 12 S.A. _ Kukushkin, AV Osipov, VN Bessolov, BK Medvedev, VK Nevolin, KA Tcarik. Substrat för epitaxi av galliumnitrid: nya material och tekniker  //  Recensioner om avancerad materialvetenskap: tidskrift. - 2008. - Vol. 17 . — S. 1 .
  26. ↑ Sellin PJ, Vaitkus J. Nya material för strålningshårda halvledardetektorer   // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A : journal. - 2006. - Vol. 557 . — S. 479 .
  27. ↑ O. Ruban. Amerika har bevisat att vi kan. De enastående framgångarna för Cree, vars nyckelteknologi har sovjetiska rötter, bevisar att våra innovationer kan användas för att växa världens högteknologiska ledare  // Expert: magazine. - 2006. - T. 45 . - S. 56 .
  28. ↑ Pristagare av Rebinder-priset på RAS-webbplatsen
  29. ↑ Vinnare av utmärkelser i St. Petersburg 2014 på webbplatsen för Administration of St. Petersburg
  30. ↑ Dekret från Ryska federationens president av den 4 juli 2016 nr 320 på Rysslands presidents webbplats