Результаты выполнения 2 этапа ПНИ: «Сверхпроводниковые болометры и полупроводниковые углеродные нанотрубки как детекторы терагерцового диапазона для интеллектуальных производственных технологий», проводимой в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 -2020 годы» по соглашению о предоставлении субсидии от 22 ноября 2017 года № 14.583.21.0069 (шифр заявки «2017-14-585-0010-013») (далее соответственно — субсидия, научные исследования (проект)). Уникальный идентификатор научных исследований (проекта) RFMEFI58317X0069.


На 2 этапе получены следующие результаты:

  1. Проведена адаптация существующих численных методов (метод конечных разностей во временной области (FDTD), метод конечных элементов (FEM), метод расширения плоской волны (PWE) и метод анализа согласованных мод (CMA)), для разработки трехмерной электромагнитной модели планарного квазиоптического NbN/GaN HEB.
  2. Представлена трехмерная электромагнитная модель планарных квазиоптических NbN/GaN HEB, моделирующая работу детекторов в диапазоне частот 0,1 ТГц -3,8 ТГц.
  3. Представлены результаты адаптации существующих численных методов (метод конечных разностей во временной области (FDTD), метод конечных элементов (FEM), метод расширения плоской волны (PWE) и метод анализа согласованных мод (CMA)), для разработки трехмерной электромагнитной модели планарного CNT детектора.
  4. Разработана трехмерная электромагнитная модель планарного CNT детектора, моделирующая работу детектора в диапазоне частот 0,1 ТГц -3,8 ТГц.
  5. Разработана технологическая карта процесса изготовления пленок NbN толщиной 3,5-4 нм на подслое GaN на сапфировой подложке обладающих критической температурой 9K, шириной перехода 0,3K и поверхностным сопротивлением при комнатной температуре не менее 850 Ом/кв при выходе годных не менее 70%.
  6. Разработана технологическая карта по технологии CVD роста полупроводниковых CNT на подложке из высокоомного кремния с буферным слоем оксида кремния при выходе годных не менее 70%.
  7. Разработана технологическая карта процесса изготовления квазиоптических NbN/GaN HEB с критической температурой 8-8,5 K и шириной перехода 05,07 К и поверхностным сопротивлением при температуре в близи сверхпроводящего перехода не менее 1500 Ом/кв и выходом годных не менее 80%.
  8. Разработана технологическая карта процесса изготовления полупроводниковых образцов транзисторных устройств с каналом проводимости в виде индивидуальных несимметричных полупроводниковых CNT детекторов с выходом годных не менее 80%.
  9. Изготовлен комплект планарных NbN/GaN HEB детекторов с набором размеров сверхпроводящего мостика, интегрированного в квазиоптическую металлическую спиральную антенну 0,3-5ТГц.
  10. Изготовлен набор планарных транзисторных устройств с каналом проводимости в виде индивидуальной несимметричной полупроводниковой CNT интегрированной в квазиоптическую металлическую спиральную антенну 0,3-5 ТГц.
  11. Проведены патентные исследования и подготовлен Отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96 по теме: «Детектор терагерцового излучения на основе углеродных нанотрубок».
  12. Поданы заявки на патент и получены положительные решения о выдаче патента на полезную модель: №2018122839/07(036131) от 22.06.2018г. «Модульный источник прецизионного питания с системой мониторинга режима работы сверхпроводникового терагерцового детектора», авторы Елезов М.С., Ожегов Р.В., Гольцман Г.Н.; № 2018122840/28(036133) от 22.06.2018г. «Детектор терагерцевого излучения на основе углеродных нанотрубок», авторы: Г.Н. Гольцман, Г.Е. Федоров, И.А. Гайдученко, В.В. Белосевич.
  13. Вышла статья:
    • G. Fedorov, I. Gayduchenko, N. Titova, M. Moskotin, E. Obraztsova, M. Rybin, G. Goltsman, «Graphene-based lateral Schottky diodes for detecting terahertz radiation», Proc. SPIE 10680, Optical Sensing and Detection V, 1068007 (9 May 2018); doi: 10.1117/12.2307020.
  14. Приняты в печать 2 статьи:
    • Y. E. Matyushkin, I. A. Gayduchenko, M. V. Moskotin, G. N. Goltsman, G.E. Fedorov, M. G. Rybin, E. D. Obraztsova, «Graphene-layer and graphene-nanoribbon FETs as THz detectors», Journal of Physics: Conference Series, Volume 1124;
    • M. V. Moskotin, I. A. Gayduchenko, G. N. Goltsman, N. Titova, B. M. Voronov, G. F. Fedorov, F. Pyatkov and F. Hennrich, «Bolometric effect for detection of sub-THz radiation with devices based on carbon nanotubes», Journal of Physics: Conference Series, Volume 1124.
  15. Принята к защите диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 — Радиофизика А. С. Шуракова по теме:«Спектр выходного сигнала терагерцевого приемника на основе гетеродинного и прямого HED — детектора». Диссертация доступна на сайте ИРЭ по ссылке http://cplire.ru/rus/dissertations/Shurakov/dissertation.pdf.
  16. Приняли участие в конференциях:
    • 5-я международная школа-конференция «Saint-Peterburg OPEN 2018» по Оптоэлектронике, Фотонике, Нано- и Нанобиотехнологиям, Россия г. Санкт-Петербург, 02.04.2018 г.- 05.04.2018 г. http://ru.spbopen.spbau.com/;
    • SPIE Photonics Europe 2018 (The international society for optics and photonics), Франция, г. Страсбург, 22.04.2018 г.- 26.04.2018 г., http://spie.org/conferences-and-exhibitions/photonics-europe/;
    • GDR Nano TERAMIR 2018 (Нано ТЕРАМИР 2018), Франция, г. Монпелье, 29.05.2018 г.- 31.05.2018 г., http://nanoteramir2018.sciencesconf.org/.
  17. Для выполнения работ использовались уникальные научные установки (УНУ):
    • технологический и измерительный комплекс для создания сверхпроводниковых наносистем на основе новых материалов «КРИОИНТЕГРАЛ» (ИРЭ), в частности Установка реактивного ионного травления «March-Jupiter» II;
    • уникальная научная установка «Многофункциональная широкодиапазонная спектроскопия высокого разрешения» (УНУ МШСВР), Институт спектроскопии Российской Академии наук (ИСАН), г. Троицк;
  18. Для изготовления терагерцевых детекторов на основе графена (CNT детекторов) с заданными характеристиками использовалось оборудование ЦКП МФТИ: установка электронно-лучевой литографии Crestec CABL-9000C и просвечивающий электронный микроскоп JEOL JEM-2100.