WikiSort.ru - Не сортированное

Кукушкин Сергей Арсеньевич
Дата рождения	9 марта 1954(1954-03-09) (64 года)
Место рождения	Ленинград
Страна	СССР Россия
Научная сфера	фазовые переходы, тонкие плёнки, гетероструктуры
Место работы	ИПМаш РАН, СПбАУ РАН
Альма-матер	Технологический институт
Учёная степень	доктор физико-математических наук (1992)
Учёное звание	профессор (1996)
Награды и премии	Премия РАН им. П.А. Ребиндера (2010) Премия правительства СПб им. А.Ф. Иоффе (2014) Заслуженный деятель науки РФ (2016)

Серге́й Арсе́ньевич Куку́шкин (род. 9 марта 1954, Ленинград, СССР ^[1]) — российский физик и химик, лауреат государственных премий за открытие, объяснение, и внедрение в производство топохимической реакции монооксида углерода (угарного газа) с поверхностью кремния по принципу эндотаксиальной (хемоэпитаксиальной) самосборки замещающих атомов с образованием наноплёнки карбида кремния ^[2][3], которая может стать основой интегральных микросхем, дополнив или заменив кремний ^[4][5][6].

Биография

Родился в семье геолога. Наличие в домашней коллекции отца окаменелости дерева триасового периода (фотография окаменелости ^[3]), в котором органические вещества были полностью замещены неорганическими минералами без нарушения изначальной структуры тканей, впоследствии навело С.А. Кукушкина на идею использования подобного принципа замещения атомов в химии твёрдого тела ^[4].

В 1977 году окончил Ленинградский Краснознаменный химико-технологический институт ^[1].

В 1982 году в Харьковском физико-техническом институте защитил диссертацию кандидата наук в области физики твёрдого тела.

В 1992 году в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе защитил докторскую диссертацию.

После этого возглавил лабораторию "Структурных и фазовых превращений в конденсированных средах" новосозданного Института проблем машиноведения Российской академии наук ^[1].

В 2005 году разрабатывает и патентует способ получения плёнки карбида кремния отжигом пористого углерода на поверхности кремния ^[7].

В 2008 году публикует и патентует новый способ получения плёнки карбида кремния в реакции кремния с монооксидом углерода ^[8].

В 2012 году публикует работу, где впервые произведён нитрид-галлиевый светодиод на кремнии с буферным слоем карбида кремния ^[9].

Преподаёт и работает помимо ИПМаш РАН также в СПбАУ РАН ^[10], СПбПУ, ИТМО.

Соучредитель ООО "Новые кремниевые технологии" (195027, Санкт-Петербург, Магнитогорская улица 51 лит. З), получившей грант Сколково ^[11], а также курирующего фонда ^[12].

На 2016 год является автором более 270 научных работ с индексом Хирша 17 ^[13], а также около 20 патентов ^[14].

Значение получения плёнок карбида кремния

Карбид кремния имеет прочность, теплопроводность, температуры эксплуатации и ширину запрещённой зоны как минимум в 2 раза выше, чем у кремния ^[15], что делает его предпочтительной полупроводниковой основой микроэлектроники. Он также обладает радиационной стойкостью, позволяющей применение в космической и ядерной отраслях промышленности ^[16]. В оптоэлектронике карбид кремния лучше, чем сапфир, подходит для выращивания высококачественных кристаллов нитрида алюминия и нитрида галлия ^[15], за получение которых японцам была вручена Нобелевская премия по физике 2014.

Тем не менее аналога Кремниевой долины на базе карбида кремния не возникло, поскольку, во-первых, он редко встречается в природе в чистом виде, во-вторых, его в кристаллической форме не получить обычным методом Чохральского из расплава, так как карбид кремния при высоких температурах не расплавляется, а сублимирует из твёрдого агрегатного состояния. Монополистом на рынке карбида кремния и светодиодов на его основе остаётся американская компания Cree, реализующая технологию производства объёмных кристаллов, разработанную ещё в СССР в ЛЭТИ Ю.М. Таировым^[17].

Однако дорогостоящие объёмные кристаллы не нужны, если можно получить плёнку карбида кремния на кремнии, которая по стоимости не будет сильно превышать цену самой пластины кремния. Обычно кристаллические плёнки получают различными методами эпитаксии, т.е. послойным осаждением на поверхности подложки. Однако несоответствие кристаллических структур плёнки и подложки приводит к образованию трещин и дислокаций в плёнке. Дислокации критически сказываются на полупроводниковых свойствах из-за токов утечки.

Решить эту проблему позволяют иные способы производства плёнок, такие как эндотаксия/хемоэпитаксия (плёнка образуется из поверхности подложки за счёт реакции с ней осаждаемого вещества) и более трудоёмкая пендеоэпитаксия (наращивание плёнок мостиком поверх нано-свай или несмачиваемых масок, наносимых на подложку).

При необходимости, подложка кремния может быть удалена от плёнки травлением.

Получение плёнки SiC в реакции Si c CO

По свидетельству С.А. Кукушкина ^[4], открытие реакции далось почти случайно. В вакуумной печи углерод С был приложен к кремнию Si с намерением получить диффузионный слой карбида кремния SiC. Ввиду слабой диффузии, эффективной реакции не ожидалось, но она успешно шла. Как оказалось, в печи был плохой вакуум, и воздух c кислородом O окислял углерод в монооксид углерода CO, который хорошо реагирует с кремнием ^[2][8]:

${\displaystyle \mathrm {2Si+CO_{gas}\rightarrow SiC+SiO\uparrow } }$ (Температура 1100-1300 °C, давление CO газа 70-700 Па)

Данная реакция происходит за счёт того, что атомы O уносят с собой половину приповерхностных атомов Si, образуя вакансии кристаллической решётки, куда потом встраиваются атомы C, образуя монокристаллическую плёнку SiC толщиной ~150 нм. Этот процесс нетривиален и определяется взаимодействием внедрённых точечных дефектов кристалла, находящегося в метастабильном состоянии перед его кристаллизацией в плёнку. При формировании плёнки из исходной структуры подложки, ввиду того что межатомное расстояние в SiC на 20% меньше такового в Si, она начинает сжиматься, а поскольку слой SiC гораздо прочнее Si, то это сжатие приводит не к дефектам в плёнке (как при постепенном наращивании мономолекулярных слоёв стандартной гетероэпитаксией), а к разрыву кремния под плёнкой с образованием пор под ней. Свободно висящая плёнка над пустотами, подобно мосту на сваях, освобождается от деформаций, возникающих из-за несоответствия кристаллических решёток плёнки и подложки, а также наполовину демпфирует деформации, возникающие при остывании композитной пластины из-за разницы в коэффициентах теплового расширения материалов. Таким образом, качественный результат, получаемый искусственно пендеоэпитаксией, при данной хемоэпитаксии возникает естественным образом – система плёнка-подложка при формировании сама пытается избежать пограничного сковывания.

Награды и премии

• Премия РАН им. П.А. Ребиндера (2010) за цикл работ «Химическая самосборка кристаллической поверхности: новый метод направленной нуклеации эпитаксиальных пленок» ^[18]
• Премия правительства Санкт-Петербурга им. А.Ф. Иоффе (2014) за выдающиеся научные результаты в области науки и техники (номинация по физике и астрономии) ^[19]
• Заслуженный деятель науки РФ Указом Президента Российской Федерации от 04.07.2016 №320 "О награждении государственными наградами Российской Федерации" ^[20]

Монографии и обзоры

• С.А. Кукушкин, В.В. Слёзов. Дисперсные системы на поверхности твёрдых тел (эволюционный подход): механизмы образования тонких плёнок. СПб: Наука. 1996. — 304 с.
• С.А. Кукушкин, А.В. Осипов, Н.А. Феоктистов. Синтез эпитаксиальных пленок карбида кремния методом замещения атомов в кристаллической решетке кремния // ФТТ 56 (8), 1457 (2014) ^[2]
• S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Theory and practice of SiC growth on Si and its applications to wide-gap semiconductor films // J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 313001 (2014) ^[3]

Примечания