Wyniki badań nad nową metodą wykorzystującą informacje zaszyte w wynikach pomiaru szumu w urządzeniach półprzewodnikowych opisano w czasopiśmie „Measurement”. Współautorami artykułu są naukowcy z Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT. Przyczyni się ona do przyspieszenia procesu optymalizacji technologii kontroli jakości przyrządów półprzewodnikowych.
Półprzewodniki są dziś w centrum zainteresowania największych firm technologicznych na świecie. Od nich zależy bezpieczeństwo państw, a ich niedobory oznaczają poważne problemy dla gospodarki.
„Główny pomysł w opisanej w czasopiśmie „Measurement” pracy polega na zastosowaniu w analizie danych pomiarowych (szumu niskoczęstotliwościowego) modelu matematycznego opartego na funkcji koherencji. Dzięki specjalnemu przetwarzaniu danych przewidywano, że można uzyskać informację o źródle pochodzenia szumu, w sensie miejsca generacji. Przeprowadzone eksperymenty na zaprojektowanych i wytworzonych w WAT próbkach pomiarowych pozwoliły na udowodnienie tezy, że za ich powstawanie odpowiada obszar granicy metalograficznej złącza metal – półprzewodnik, a nie objętościowa część warstwy półprzewodnikowej – tłumaczy dr inż. Jacek Boguski z Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT.
Półprzewodniki to grupa materiałów, których przewodność elektryczną można regulować w szerokim zakresie, na przykład poprzez kontrolowane wprowadzanie obcych atomów do ich struktury krystalicznej. Wykorzystanie tej ich cechy bezpośrednio przełożyło się na gwałtowny rozwój mikroelektroniki w drugiej połowie XX wieku.
Materiałem, który posłużył do testowania pomysłu pomiarowego był epitaksjalny arsenek indu domieszkowany berylem w celu uzyskania p – typowego rodzaju przewodnictwa elektrycznego. Stosuje się go do produkcji mikroelektronicznych przyrządów służących do detekcji promieniowania podczerwonego (IR). Bardzo często stosuje się go jako górną warstwę (tzw. górna warstwa kontaktowa) w bardziej skomplikowanych strukturach diodowych. Na jej powierzchni osadzana jest metaliczna warstwa kontaktowa, do której wykonuje się jedno z podłączeń elektrycznych gotowego przyrządu. Istotnie wpływają one na jakość sygnału elektrycznego wygenerowanego w trakcie pracy detektora.
Ważną zaletą opracowanej metody, w porównaniu z modelami opartymi wyłącznie na gęstości widmowej mocy, jest prosta interpretacja i brak skomplikowanych parametrów modelu.
„Rezultaty naszych badań mogą istotnie przyczynić się do przyspieszenia procesu optymalizacji technologii wytwarzania i kontroli jakości przyrządów półprzewodnikowych, na przykład nowej generacji detektorów podczerwieni bazujących na epitaksjalnych heterostrukturach ze związków grup AIIIBV” – mówi naukowiec.
W obszarze zainteresowań badawczych naukowców z Zakładu Fizyki Ciała Stałego WAT leżą głównie struktury półprzewodnikowe związków grup AIIBVI i AIIIBV, w formie cienkich warstw krystalicznych otrzymywanych epitaksjalnymi metodami wzrostu kryształów, jak na przykład epitaksja z wiązek molekularnych MBE (ang. molecular beam epitaxy) czy epitaksja z fazy gazowej z użyciem związków metaloorganicznych MOCVD (ang. metalorganic chemical vapour deposition).
„Publikacja powstała w wyniku współpracy Zakładu Fizyki Ciała Stałego WAT z dr. inż. Łukaszem Ciurą z Katedry Podstaw Elektroniki na Wydziale Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Rzeszowskiej im. Ignacego Łukasiewicza. Opisaliśmy w niej wyniki badań prowadzonych w ramach programu Ministerstwa Edukacji i Nauki Regionalna Inicjatywa Doskonałości. Projekt naukowy nosił tytuł „Opracowanie i weryfikacja eksperymentalna nowych koncepcji charakteryzacji transportu kwantowego w złożonych heterostrukturach półprzewodnikowych” – wyjaśnia dr inż. Jacek Boguski.
Podjęte badania korelują z Polityką Naukową Państwa (PNP) określoną w 2022 r., w której mikroelektronika, fotonika czy inżynieria materiałów funkcjonalnych wymienione są jako priorytetowe kierunki badań i kształcenia w Polsce w obecnej dekadzie XXI wieku.
Wyniki badań ukazały się w czasopiśmie „Measurement” w artykule pod tytułem: „Investigation of 1/f noise sources with the coherence function”. Współautorami artykułu są: dr inż. Jarosław Wróbel, dr inż. Jacek Boguski, prof. dr hab. inż. Jerzy Wróbel oraz spoza WAT inicjator badań dr inż. Łukasz Ciura z Politechniki Rzeszowskiej.
Artykuł otrzymał 200 punktów, wskaźnik cytowań dla czasopisma (IF) to 5.6.
Marcin Wrzos
fot. Katarzyna Puciłowska
