Ярославская научная школа микроэлектроники при ЯрГУ начала формироваться в 1987 году, с открытием на физическом факультете специальности "Микроэлектроника". Основателем школы был директор ФТИ АН СССР академик К.А.Валиев, возглавлявший кафедру микроэлектроники в первые годы ее существования. В этот период определились основные направления научных исследований, обусловленные потребностями Института микроэлектроники и Физико-технологического института: исследование оптических и электрофизических свойств перспективных материалов электроники и параметров структур на их основе. Позднее сформировались новые направления, связанные с моделированием физических процессов микротехнологии, таких как диффузия в полупроводниках, испарение и конденсация в вакууме, образование волнообразного рельефа нанометрового масштаба при ионной бомбардировке твердых тел и др.

Руководитель ярославской школы микроэлектроники - заведующий кафедрой микроэлектроники, профессор Рудый Александр Степанович. Область научных интересов - процессы самоорганизации в конеденсированных системах. Первые работы были посвящены исследованию процессов теплопроводности в нелинейных системах, в том числе - нелинейной динамики систем с тепловой обратной связью. Одним из направлений научной работы является моделирование нестационарной теплопроводности идеального диэлектрика в области низких температур, где возможен пуазейлевский режим течения фононной жидкости. В рамках гидродинамической модели было показано, что стационарный тепловой поток в диэлектрике приводит к "сносу" температурных неоднородностей, в частности, температурных волн стационарным фононным потоком. Получено уравнение второго звука в потоке фононов, законы дисперсии прямой и обратной температурных волн и коэффициентов динамической теплопроводности (Physica Scripta, 1997, V. 56, № 1, P. 92 - 94).

А.С.Рудым разработаны математические модели двухфазных состояний одномерных сверхпроводящих систем с переменным током в условиях конвективного теплообмена на поверхности и исследована динамика нормальной фазы в этих системах (Chaos, Solitons and Fractals, 2001, V. 13, p. 1523-1530).

Совместно с доцентом кафедры дифференциальных уравнений А.Н.Куликовым получены новые результаты в теории фазовых переходов второго рода. В частности показано, что в рамках -модели Гинзбурга-Ландау существуют стационарные решения, как минимум трех типов, описывающие дискретные спектры состояний равновесия. Применительно к бозе-конденсату первые два типа решений моделируют устойчивые состояния равновесия, область притяжения которых зависит от надкритичности системы, и бифурцирующие от них неустойчивые состояния равновесия (Chaos, Solitons and Fractals, 2002, V. 15, № 1, p. 75-85).

С 1999 года основное направление научной работы - изучение природы волнообразного рельефа, формирующегося на поверхности кремния при ионном распылении. Управление параметрами волнообразного рельефа позволяет создавать нанопроволоки, наномаски и другие структуры с характерными размерами до 20 нм. А.С.Рудым развита двухстадийная модель образования периодических наноструктур при ионной бомбардировке твердых тел. В качестве первой стадии предложена гидродинамическая модель формирования зародышевого волнообразного рельефа, позволяющая связать длину волны с энергией ионов и углом бомбардировки. Эти результаты нашли практическое применение в работах В.К.Смирнова (ИМИ РАН), впервые в мировой практике реализовавшего технологию серийного изготовления полевых транзисторов с нанопериодическим легированием канала (Nanotechnology 14 (2003) 709-715).

Поскольку классическая модель эрозии поверхности при ионной бомбардировке (квазилинейное уравнение типа ударной волны) не позволяет адекватно описывать эволюцию периодических структур с периодом менее одного микрона, А.С.Рудым предложена новая, нелокальная модель распыления. На базе теории Зигмунда получено уравнение эрозии, которое имеет волновые решения, описывающие эрозию структур с любым периодом, вплоть до нанометрового масштаба. Результаты выполненных исследований были представлены на международных конференциях (Брюссель 1999 г., Мюнстер 2000 г. Мюнстер 2002 г. и др.)

Биркган Сергей Ефимович, доцент кафедры микроэлектроник, к.ф.-м.н., занимается моделированием физических процессов составляющих основу микро- и нанотехнологии. Его работы по теории распыления, в которых методом характеристик впервые решена задача Коши для уравнения эрозии поверхности ионной бомбардировкой, открыли новые возможности в исследовании процессов распыления твердых тел. На основе полученных результатов им разработаны прикладные программы, имитирующие распыление твердых тел различной геометрической формы. Эти программы позволяют в режиме реального времени моделировать и таким образом контролировать процесс послойного анализа методами вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС). Особенно важны результаты по нестационарному распылению поверхности, которые нашли применение в послойном анализе вращающихся микрочастиц методами ВИМС. В настоящее время им разрабатывается математическая модель травления пластин кремния неоднородным, нестационарным пучком ионов азота. Управление этим процессом позволит создавать на поверхности кремния условия, необходимых для формирования периодических наноструктур.

Чурилов Анатолий Боисович, доцент кафедры микроэлектроники, заведующий сектором Института микроэлектроники и информатики РАН, к.ф.-м.н. Основное направление научной работы – исследование оптических свойств материалов и структур микроэлектроники, в частности - оптическая спектроскопия полупроводников и диэлектриков, физические характеристики структур пониженной размерности.

Совместно с исследовательской группой ФТИ им. А. Ф Иоффе (Письма в ЖЭТФ, 1992, т.55, вып.11 стр.631-634) впервые были получены прямые экспериментальные доказательства существования эффектов размерного квантования в пористом кремнии. В последнее время основное направление работы А.Б.Чурилова - исследование методами оптической спектроскопии влияния низкоэнергетических ионных пучков на оптические свойства поверхности полупроводниковых материалов. Результаты работы демонстрируют возможность изучения химического состава поверхности и его взаимосвязи со стадиями модификации поверхности под действием пучков химически активных ионов. Это направление исследований является частью комплекса работ по изучению природы волнообразного рельефа, формирующегося на поверхности кремния при облучении ионными пучками низких энергий.

Зимин Сергей Павлович, доцент кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н., защитил докторскую диссертацию, руководитель 6 научных грантов. Занимается изучением электрофизических свойств пористого кремния, в частности - проводимостью пористого кремния на постоянном и переменном токе в широком интервале температур, изучает релаксационные процессы в пористом материале при импульсных воздействиях. В рамках проводимых исследований изучается влияние облучения высокоэнергетическими электронами, термического отжига и механических деформаций на электрофизические параметры пористого кремния. Ведутся работы по использованию пористых слоев для эпитаксиального роста полупроводниковых пленок. По материалам исследований защищена 1 докторская и 2 кандидатские диссертации.

Одним из направлений научной работы С.П.Зимина является исследование структурных параметров и фотоэлектрических явлений в модифицированных сплавах халькогенидов свинца. Исследуются структуры легированных сплавов халькогенидов свинца и их связь с электрическими и фотоэлектрическими свойствами. Изучаются масштабы структурной самоорганизации коррелированного распределения примесей в монокристаллах и пленках сплавов на основе теллурида свинца, явления самостабилизации электрических свойств. Проводятся исследования по эпитаксии халькогенидов свинца на кремнии при наличии буферного пористого слоя, и по формированию наноструктурированных полупроводников A^IVB^VI. Исследования ведутся в сотрудничестве с МГУ (г. Москва), ИОФАН (г. Москва), ETH (г. Цюрих), ИМИРАН (г. Ярославль).

Рудь Николай Алексеевич, доцент кафедры микроэлектроники, к.ф.-м.н, занимается исследованием электрофизических, электролюминесцентных и фотоэлектрических свойств светоизлучающих структур на основе пористого кремния. Получены структуры обладающие достаточно высоким квантовым выходом излучения в видимой области света и стабильностью излучения и выявлена связь морфологии пористого кремния с квантовым выходом светоизлучающих структур.

Исследуются процессы порообразования и их влияния на токопрохождение через структуры на их основе. Разработаны компьютерные модели, относящиеся к классу моделей управляемого градиентом роста. Показано, что различные алгоритмы данного класса моделей позволяют получить широкий набор кластеров, характеризующихся разнообразными структурами, в том числе и фрактальными. Задача формирования неветвящихся, изолированных, вертикальных кластеров была решена посредством алгоритма, соответствующего дальнодействующему потенциалу с большим градиентом, сосредоточенному в узком диапазоне (Электронный журнал "Исследовано в России", 6, 1272-1279, 2003. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/105.pdf, ЖТФ, 2004, т.74, в.5, с. 6-11). В рамках теории вероятностных клеточных автоматов построена модель адсорбции с перезарядкой состояния и с учетом латерального взаимодействия между молекулами. Обнаружено, что данная модель приводит к возникновению организованного поведения системы с глобальной синхронизацией параметров всей системы. Переход от турбулентного (хаотического) режима к упорядоченному режиму происходит через возникновение локальной упорядоченности, связанной с появлением локальных ведущих центров (пейсмекеров). Возникновение организованного поведения является результатом развития собственной внутренней неустойчивости в системе. Модель нашла подтверждение при исследовании автоколебательных процессов в сенсорных структурах на основе низкоразмерных систем (Микросистемная техника. №6, 2002, с. 31-40), а также в процессе электролитического анодирования кремния.

Кузнецова Ирина Александровна, профессор кафедры микроэлектроники, д.ф.-м.н. Область научных интересов - физическая кинетика. Одно из направлений научной работы - моделирование процессов испарения и конденсации в вакууме, составляющих основу планарной технологии микроэлектроники. В частности, постановка и построение аналитических решений кинетической задачи об интенсивном испарении молекулярного газа с плоской поверхности в атмосферу собственного пара. И.А.Кузнецовой построена нелинейная кинетическая теория дозвуковой конденсации молекулярных газов на плоской поверхности, развита теория сверхзвуковой конденсации газов на плоской поверхности с учетом существования решения типа ударной волны. Получены аналитические решения задачи об интенсивном испарении сферической частицы в вакуум при малых числах Кнудсена. Рассчитаны граничные условия к уравнениям гидродинамики для молекулярных газов.

С 2000 года И.А.Кузнецова занимается кинетической теорией взаимодействия электромагнитного излучения с тонкими пленками и микроскопическими проводящими частицами. Цель проводимых ею исследований - описание отклика носителей заряда на внешнее электромагнитное поле, анализ эволюции поля внутри облучаемого микрообъекта, вычисление поглощаемой мощности излучения. В рамках кинетического подхода изучается влияние различных механизмов взаимодействия носителей заряда с границей образца на его электрофизический свойства, в частности, на коэффициент поглощения излучения. Различными аналитическими и численными методами построено решение уравнения Больцмана для неравновесной функции распределения носителей заряда совместно с уравнениями Максвелла для поля в образце. В широком диапазоне частот получены выражения для коэффициента поглощения тонких пленок и микроскопических частиц, выработаны рекомендации по их использованию в приемниках ИК излучения и защитных покрытиях космических аппаратов.

Новые специальности

В соответствии государственным контрактом на выполнение работ по федеральной целевой программе “Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы” в рамках специальности 014100 открыта специализация квантовые вычислительные системы.

Почетные звания

Рудый А.С. - Соросовский доцент,

Рудь Н.А. - Соросовкий доцент,

Зимин С.П. - Соросовкий доцент.

Членство в российских и зарубежных научных организациях

Рудый А.С. - Член-корреспондент Международной Академии информационных технологий, профессор Института фундаментальных исследований (США).

Зимин С.П. - Действительный член Нью-Йоркской Академии наук.

Гранты

• Грант Минобразования РФ пофундаментальным исследованиям в области естественных и точных наук Е02-3.4-423 “Взаимосвязь структурной самоорганизации и кинетических явлений вмодифицированных сплавах халькогенидов свинца” - руководитель Зимин С.П.
• Грант в рамках ФЦП "Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы" У 0016 / 985 “Система подготовки специалистов в области разработки аппаратного и программного обеспечения квантовых вычислений”, руководитель направления подготовки специализации “квантовые вычислительные системы” Рудый А.С.