Кафедра Физики твердого тела и твердотельной электроники

Завідувач кафедри – професор, доктор фізико-математичних наук Птащенко Олександр Олександрович

СПЕЦІАЛІЗАЦІЯ КАФЕДРИ

Навчання студентів здійснюється за спеціалізацією „Фізика твердого тіла і твердотільна електроніка”.

Аспіранти навчаються  за  спеціальністю
01.04.07 – Фізика твердого тіла.

Для інноваційного розвитку всіх галузей матеріальної та духовної культури України необхідні спеціалісти з глибокими знаннями як фундаментальної науки, так і прикладних її галузей, з відповідними знаннями, уміннями і навичками  в області інформаційних технологій.

Фізика твердого тіла є фундаментом для сучасної мікроелектроніки, оптоелектроніки та комп’ютерної техніки, а твердотільна електроніка – основним напрямком вказаних галузей техніки. Поєднання двох таких важливих напрямків навчання створює умови для фундаментальної освіти спеціалістів та магістрів, а також дає практичний досвід для ефективної адаптації випускників до самостійної роботи в закладах освіти і науки, в різних напрямках сучасної техніки, в багатьох галузях господарської діяльності.

Студенти даної спеціалізації отримують глибокі знання  і практичні навички в області фізики твердого тіла, сучасних методів дослідження структури і фізичних характеристик монокристалів, полікристалічних утворень, рідких кристалів і аморфних матеріалів.

З іншого боку, студенти вивчають фізичні основи мікроелектроніки, оптоелектроніки і комп’ютерної техніки, основи фізики лазерів і квантової електроніки, твердотільної сенсорики. а на спеціальних практикумах  одержують навички експериментального дослідження  і математичного моделювання фізичних процесів у приладах вказаних областей сучасної техніки.

При виконанні курсових і дипломних робіт студенти беруть участь у проведенні досліджень фізичних процесів у напівпровідникових лазерах і твердотільних сенсорах, в елементах оптоелектроніки і мікроелектроніки, в структурах рідина-тверде тіло.

Випускники кафедри можуть працювати в установах і на виробництвах, де вивчаються і використовуються фізичні процеси в напівпровідникових і діелектричних матеріалах, металах, напівпровідникових приладах і інтегральних схемах твердотільної електроніки; де розробляються і застосовуються методи вимірювання параметрів і діагностики фізичних властивостей напівпровідникових матеріалів і приладів, технологія виробництва напівпровідникових матеріалів, приладів та інтегральних схем. Випускники мають достатню підготовку для роботи в таких областях: комп’ютерна електроніка; інформаційні технології; менеджмент науки і високих технологій; викладання фізичних дисциплін і основ інформатики; розробка і впровадження методів викладання фізики в навчальних закладах усіх рівнів освіти.

Лекційні курси, що читаються викладачами кафедри ФТТ і ТТЕ

На 3-му курсі:

• Фiзика твердого тiла;
• Нелiнiйна оптика та квантова електроніка;
• Електрофізичнi властивостi напiвпровідників, ч. 1;
• Основи менеджменту;
• Мiкроекономiка;
• Макроекономiка.

На 4-му курсі:

• Квантова теорія твердого тiла.
• Фiзичне матеріалознавство.
• Матеріалознавство напівпровідників та діелектриків.
• Фізика рідких кристалів.
• Електрофізичнi властивостi напiвпровідників, ч. 2.
• Фiзичні основи оптоелектронiки.
• Квантова електроніка і оптоелектроніка.
• Фiзика напiвпровідникових приладiв, ч.I.
• Фізичні основи ЕОМ та системи керування БД.
• Основи маркетiнгу.

На 5-му курсі:

• Проблеми сучасної фізики.
• Новітні досягнення в сучасній фізиці.
• Фізика невпорядкованих систем.
• Основи мiкро- та нанотехнологiї.
• Фiзика напiвпровідникових приладiв, ч.II.
• Фізичні основи функціональної мікроелектроніки.
• Актуальні проблеми фізики твердого тіла і твердотільної електроніки.

На 6-му курсі заочного навчання

• Новітні досягнення в сучасній фізиці.

На 1-му курсі хімічного факультету:

• Загальна фiзика.

Лабораторні практикуми кафедри ФТТ і ТТЕ

На 3-му курсі:

• Практикум з рентгеноструктурного аналізу.

На 4-му курсі:

• Спецпрактикум зі структурних досліджень напівпровідників.
• Спецпрактикум „Об'ємні таповерхневі електрофізичнi властивостi напiвпровідників та планарних структур на їх основі”.
• Спецпрактикум з дослідження рідких кристалів.
• Спецпрактикум з оптоелектронiки.

На 5-му курсі:

• Спецпрактикум з фізики твердого тіла.
• Спецпрактикум з квантової електронiки.
• Спецпрактикум з напiвпровiдникових приладiв.
• Спецпрактикум з фізичних основ функціональної мікроелектроніки. 

Семінари кафедри ФТТ і ТТЕ

• Актуальні питання фізики напівпровідників – 4-й курс.
• Сучасні проблеми фізики твердого тіла – 5-й курс.

Викладачі кафедри ФТТ і ТТЕ

Птащенко Олександр Олександрович – доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач кафедри  ФТТ і ТТЕ  (р. т. 723-58-13)

Основні напрямки досліджень: фізика електронних і оптичних процесів, а також деградаційних явищ у напівпровідникових структурах оптоелектроніки. Розробив феноменологічну теорію струмів, пов’язаних з тунельною рекомбінацією на дислокаціях та поверхневих рівнях у p-n переходах, модель ізотипних гетероструктур для високоефективних джерел світла, встановив закономірності деградації p-n, p-i-n, n-i-n  напівпровідникових структур.

В даний час разом зі співробітниками веде дослідження в таких напрямках:

• механізми невипромінювальних рекомбінаційних процесів у напівпровідниках;
• вплив складу навколишнього середовища на характеристики p-n структур з метою розробки газових сенсорів;
• модифікація поверхні напівпровідників для зменшення швидкості поверхневої рекомбінації;
• вплив структури напівпровідникових лазерів та параметрів навколишнього середовища на характеристики лазерного випромінювання;
• деградаційні явища в матеріалах і приладових структурах оптоелектроніки.

Поряд з експериментальними дослідженнями ведуться двовимірні комп’ютерні розрахунки нерівноважних процесів у шаруватих напівпровідникових структурах.

Кер ує роботою наукового семіна ру співробітників кафедри та НДЛ-11.

Під його керівництвом захищено 12 кандидатських дисертацій.

Наукова діяльність кафедри ФТТ і ТТЕ

Основний науковий напрямок кафедри: ”Фізика електронних, іонних, молекулярних і оптичних процесів у напівпровідникових структурах оптоелектроніки та мікроелектроніки, а також на границях тверде тіло – газ і тверде тіло – рідина”. 

НАУКОВА  ШКОЛА

Наукові напрямки школи

• Фізика електронних, іонних, молекулярних і оптичних процесів у напівпровідникових структурах оптоелектроніки та мікроелектроніки, а також на границях тверде тіло – газ і тверде тіло – рідина.
• Дослідженнями поверхневих явищ на міжфазних границях тверде тіло – рідина.

Основні результати фундаментальних наукових

досліджень на кафедрі ФТТ і ТТЕ

• Відкриття СРСР № 388 з пріоритетом від 26 серпня 1981 р. „Явище утворення гомогенної граничної рідкокристалічної фази немезогенної рідини”, автори Дерягін Б. В., Поповський Ю. М., Алтоїз Б. А. (затверджено в 1999 р.).
• Розроблено феноменологічну теорію струмів, обумовлених тунельною рекомбінацією за участю фононів на дислокаціях та поверхневих рівнях у p-n переходах.
• Встановлено механізми електричних, фотоелектричних і випромінювальних процесів у ізотипних напівпровідникових гетероструктурах.
• Виявлено закономірності електричних, магнітоелектричних і фотоелектричних явищ в p-i-n структурах з базою із релаксаційного напівпровідника (в якому максвеллівский час релаксації більший, ніж час життя нерівноважних носіїв заряду) с глибокими рівнями.
• Встановлено закономірності деградаційних процесів, пов’язаних з генерацією, переносом и накопиченням дефектів у неоднорідних напівпровідникових p-n, p-i-n, n-i-n структурах.
• Виявлено механізм тонкої структури кутового розподілу випромінювання напівпровідникових лазерів.
• Встановлено механізм впливу адсорбованих молекул донорного газу на поверхневий струм у p-n структурах.
• Встановлено закономірності впливу оточуючої діелектричної рідини на характеристики випромінювання напівпровідникових лазерів.

Основні результати прикладних наукових досліджень на кафедрі ФТТ і ТТЕ

• Розроблено технологію лазерного легування напівпровідників та створення гетеропереходів.
• Разрроблено модель ізотипних гетеростуктур для високоефективних джерел світла на основі напівпровідників, у яких створення p-n переходів утруднено.
• На основі p-i-n структур з базою із релаксаційного напівпровідника розроблено високочутливі сенсори температури, магнітного поля та ін.
• Розроблено серію методик діагностики деградаційних процесів у напівпровідникових приладах оптоелектроніки та мікроелектроніки.
• Встановлено закономірності ряду поляризаційних явищ у напівпровідникових лазерах, які можна використовувати для створення диференціальних оптоелектронних сенсорів температури, тиску та показника заломлення навколишнього середовища, а також для діагностики надійності напівпровідникових лазерів. Робота сенсорів базується на різному впливу зовнішніх факторів на інтенсивність спонтанного випромінювання і квантове підсилення світла в ТЕ і ТМ поляризованих модах.
• Розроблено методику визначення внутрішніх параметрів напівпровідникових лазерів, що базується на вимірюванні ват-амперних характеристик лазера у різних діелектричних середовищах.
• Розроблено та апробовано модель кінетики електролюмінесценції р-п-структур з тонкою активною областю при наявності локальної невипромінювальної рекомбінації. Модель враховує екстракцію неосновних носіїв заряду, інжектованих П-імпульсом струму (або освітлення), із активної області та одночасну тунельну рекомбін ацію такого ж числа носіїв поблизу поверхні та дислокацій.
• Розроблено методику оцінки об’ємного часу життя нерівноважних носіїв заряду в активній області лазерних та світлодіодних гетероструктур, яка базується на вимірюваннях кінетики спонтанного випромінювання та її аналізі за допомогою розробленої моделі, що враховує локальну невипромінювальну рекомбінацію.
• Виявлено зміну електричних характеристик p-n переходів на основі напівпровідників АIIIВV та кремнію при впуску парів аміаку, яка може бути використана для створення селективних газових сенсорів, що працюють без додаткового нагрівання. Час відгуку p-n гетероструктури на основі AlGaAs–GaAs як сенсора парів аміаку при кімнатній температурі не перевищує 100с.
• Розроблено керовану комп’ютером установку для експериментального дослідження характеристик оптоелектронних та сенсорних елементів.
• Розроблено серію установок для дослідження оптичних і реологічних властивостей пристінних шарів рідини у структурах тверде тіло–рідина.
• Розроблено методики вимірювання в’язкості надтонких прошарків рідини, що актуально для вирішення теоретичних та практичних питань, зокрема, задач, пов’язаних з експлуатацією вузлів тертя.

Основні публікації кафедри ФТТ і ТТЕ за 2002– 2006 рр.

1. Ptashchenko A. A., Ptashchenko F. A. Degradation of semiconductor devices: non-destructive diagnostics // Вісник ОНУ, сер. Фізика. – 2006. – Т. 7, вип. 4. – С. 3 – 18.
2. Птащенко О. О., Артеменко О. С., Птащенко Ф. О. Вплив парів аміаку на поверхневий струм в p-n переходах на основі напівпровідників А3В5// Журнал фізичних досліджень. – 2003. – Т. 7, №4. – С. 419 – 425.
3. Ptashchenko O. O., Artemenko O. S., Dmytruk M. L., Masleyeva N. V., Ptashchenko F. O. Effect of ammonia vapors on the surface morphology and surface current in p-n junctions on GaP. // Photoelectronics. – 2005. – No. 14. – P. 97 – 100.
4. Кокшарова Т. В., Птащенко А. А., Маслеева Н. В., Фельдман С. В., Пастернак Н. Н., Стукалов С. А. Проводимость в твердом состоянии и каталитическая активность гексацианоферрат (ІІ)–тиосемикарбазидніх комплексов 3d-металлов // Теоретическая и экспериментальная химия .– 2002.– Т. 38, №4. – С. 257 – 261.
5. Yevtushenko N.G., Stukalov S.A. Laser–Stimulated Doping Effect on Gallium Phosphide Structure and Properties . //Functional materials. V. 10., N.2 –2003 pp. 346 – 349.
6. Витер Р.В., Смынтына В А., Евтушенко Н.Г., Филевская Л.Н., Курков В.В. Исследование адсорбционно-кннетических характеристик тонких пленок SnO2 // Фотоэлектроника. - 2002. - Вып. 11. - С.109-113.
7. Viter R., Smyntyna V., Evtushenko N., Philevskaya L., Kurkov V. , Adsorption properties and structural changes of SnO2 thin films in different atmospheres. Proceedings of Eurosensors XVI, Prague 2002, pp.1113-1116.
8. Yevtushenko, Stukalov S.A., Rotner S.M. Surface Modification of Gallium Phosphide stimulated by High-Power Pulsed Laser Irradiation // Photoelectronika, 2003.– pp. 183 – 186.
9. Б.А.Алтоиз, Д.Д.Недялков. Расчет параметров структурированных прослоек методом интегральной оптики // Физика аэродисперсных систем. - 2002. - Вып.39. - С.158-167.
10. Б.А.Алтоиз, Т.В.Народицкая, Ю.М.Поповский. Influence of magnetic field on the molecular orientation on Epitropic mesophase of nitrobenzene //Journal Colloid and Interface Science. – 2003. – 104. - P.239-243.
11. Алтоиз Б.А. Асланов С.К. Моделирование структурированного приповерхностного слоя в динамике вязкой жидкости // Доповіді національної академії наук України. - Т.9. – 2003. - С.76-79.
12. Алтоиз Б.А. Термодинамическая модель жидкокристаллического состояния немезогена // Физика аэродисперсных систем. - 2004. – Вып.41. - С.137-146.
13. Алтоиз Б.А., Т.В.Народицкая. Модель Изинга жидкокристалличности немезогена в пристенном слое и объеме // Коллоидный журнал. – 2004. – Т.66. - №3. - С.1-6.
14. В.И. Солошенко,С.А. Гевелюк, И.К. Дойчо, Д.Ф. Тимохов Регулирование фотолюм инесцентных свойств пористого кремн ия изменением параметров процесса анодизации // Фотоэлектроника. – 2002. – Вып. 11. – С.70-72.
15. В.И. Солошенко, А.Е. Сергеева, С.Н. Федосов, А.Ф. Бутенко Dielectric relaxation of polystyrene doped with polar DR1 molecules // Фотоэлектроника. – 2004. – Вып. 13. – С.35-41.
16. В.И. Солошенко, С.А. Гевелюк, И.К. Дойчо, В.Т.Мак, В.П.Лелеченко, Ю.Р.Жердицкая Substrate crystallographic orientation effect on photoluminescent properties of porous silicon // Фотоэлектроника. – 2005. – Вып. 14. – С.73-76.
17. В.И. Солошенко, А.Е. Сергеева, С.Н. Федосов, А.Ф. Бутенко, В.В. Вальдман Формирование поляризации и релаксационные явления в сегнетоэлектрических полимерах, поляризованных в коронном разряде // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. – 2005. – № 3. – С.5‑11

Зв’язки з українськими та міжнародними організаціями

1.    Договори про науково-технічне співробітництво

Укладено договір про науково-технічне співробітництво між кафедрою ФТТ і ТТЕ  та Лабораторією оптики напівпровідників Інституту фізики ім. Б. І. Степанова НАН Білорусії.

Лабораторія оптики напівпровідників ІФ НАНБ взяла на себе зобов’язання провести розрахунки поляризаційних випромінювальних характеристик квантоворозмірних лазерних діодів, встановити ввплив параметрів гетероструктур на хвилеводні властивості активної області, запропонувати нові лазерні структури з ррозширеними функціональними можливостями.

Кафедра ФТТ і ТТЕ взяла на себе зобов’язання провести дослідження поляризації та  просторового розподілу випромінювання напівпровідникових гетероструктур, запропонувати методи поліпшення вихідних параметрів напівпровідникових джерел світла.

Договірні сторони проводять консультації та надають взаємну науково-технічну допомогу, обмінюються науковою інформацією і беруть участь в роботі спільнихх наукових нарад і семінарів.

Результати досліджень можуть бути опубліковані у вигляді спільних статей і доповідей на наукових конференціях і семінарах і можуть бути використані для оформлення спільних заявок на отримання грантів від наукових фондів.

Укладено договір про науково-технічне співробітництво між кафедрою ФТТ і ТТЕ та кафедрою фізики і хімії Одеської національної морської академії.

Кафедра ФТТ і ТТЕ взяла на себе зобов’язання провести експериментальні дослідження впливу газового середовища на поверхневі явища у напівпровідникових p-n структурах, а також дослідження оптичних та реологічних властивостей структурованих приповерхневих шарів мезогенних та немезогенних рідин.

Кафедра фізики і хімії ОНМА взяла на себе зобов’язання провести дослідження впливу поверхневої рекомбінації на характеристики лазерних гетероструктур, а також дослідження спектрів поглинання структурованих приповерхневих шарів мезогенних та немезогенних рідин.

Кафедри силами своїх співробітників проводять спільні наукові дослідження впливу зовнішніх факторів на характеристики лазерних гетероструктур, а також впливу зовнішніх полів на структуру і характеристики приповерхневих шарів мезогенних та немезогенних рідин.

Кафедри проводять консультації та здійснюють взаємну науково-технічну допомогу, обмінюються науковою інформацією і приймають участь у роботі спільних наукових нарад та семінарів.

Результати досліджень публікуються у вигляді спільних статей та доповідей на наукових конференціях і семінарах та можуть бути використані для оформлення спільних заявок на отримання грантів від наукових фондів.

2. Наукові зв’язки

Кафедра підтримує наукові зв’язки з такими установими:

• Інститутом фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, м. Київ;
• Інститутом фізики НАН України, м. Київ;
• Інститутом ядерних досліджень НАН України, м. Київ;
• Національним університетом імені Тараса Шевченка (з радіофізи чним факультетом);
• Львівським н аціональним університетом ім. Івана Франка;
• Національним університетом КПІ;
• Національним технічним університетом „Харківський політехнічний інститут”
• Національним університетом ”Львівська політехніка”;
• Чернівецьким національним університетом ім. Ю. Федьковича;
• Прикарпатським національним університетом ім. В. Стефаника;
• Ужгородським національним університетом
• Херсонським національним технічним університетом;
• Волинським державним університетом ім. Лесі Українки;
• Бердянським державним університетом;

Інформація для потенціальних партнерів кафедри ФТТ іТТЕ

Пропонуються науково-техннічні проекти для спільних робіт та для їх фінансової підтримки спонсорами.

1.    Теми наукових досліджень

• Дослідження впливу парів неорганічних та органічних речовин на поверхневі явища в напівпровідниках та p-n переходах на їх основі.
• Дослідження впливу структури напівпровідникових лазерів на поляризаційні та просторові характеристики їх випромінювання.
• Екологічні дослідження з використанням напівпровідникових лазерів.
• Дослідження властивостей межі поділу поруватий кремній – кристалічна підкладка.

2.    Розробка нових приладів

2.1. Селективні газові сенсори. Досліджено характеристики p-n переходів на основі GaAs як газових сенсорів. Принцип дії сенсорів: адсорбовані на поверхню p-n переходу іонізовані молекули створюють електричне поле, яке формує провідний канал, що закорочує p-n перехід.

Основні параметри сенсорів:

а) селективність. Сенсори чутливі до тих молекул навколишнього середовища, що іонізуються при адсорбції на поверхню напівпровідника, наприклад, до парів аміаку. Сенсори нечутливі до парів води, етилену, ацетону;
б) лінійність залежності сигналу від концентрації парів аміаку в повітрі;
в) лінійність залежності сигналу від напруги живлення;
г) досліджений діапазон значень парціального тиску аміаку, в якому працюють сенсори: 300 – 3000 Па;
д) напруга живлення: 0,3 – 0,5 В. Робочий струм: 0,1 – 10 мкА;
е) чутливість: до 1^.10^-8АПа^-1В^-1 .

Є лабораторні зразки сенсорів.

2.2. Рефрактометричні елементи на основі напівпровідникових лазерів. Досліджено характеристики напівпровідникових лазерів на основі GaAs–AlGaAs як рефрактометричних елементів. Принцип дії сенсорів: при зміні показника заломлення навколишнього середовища змінюється коефіцієнт відбивання дзеркал резонатора, що веде до зміни потужності випромінювання.

Основні параметри сенсорів:

а) оптичний вихід. Інформативним параметром сенсора може бути інтенсивність випромінювання, або ж ступінь поляризації випромінювання;
б) можливість роботи в динамічному режимі. Вимірювання можуть проводитися в потоці рідини;
в); досліджений діапазон значень показника заломлення рідини, в якому працюють сенсори: 1,3–1,5;
г) чутливість сенсора визначається формулою

де Ф – потужність випромінювання лазера; ΔФ – зміна потужності випромінювання при зміні показника заломлення оточуючої рідини Δn. Чутливість в оптимальному режимі живлення складає S=1,35.

Є лабораторні зразки сенсорів.

3.    Розробка і впровадження експериментальних методик.

3.1.  Серія рентгено-дифракційних методик дослідження структури монокристалічних, полікристалічних і аморфних матеріалів. Області застосування: фізичні, хімічні, геологічні, екологічні, технічні, механіко-технологічні дослідження; криміналістика.
3.2.  Лазерна технологія легування напівпровідників та інших матеріалів, створення гетеропереходів.
3.3.  Установки та оптичні методики дослідження властивостей тонких пристінних шарів рідини на межі рідина–тверде тіло.
3 .4.  Установка і методика для дослідження реологічних властивостей рідини на межі рідина–тверде тіло.
3.5.  Установка та методика для дослідження внутрішніх параметрів напівпровідникових лазерів.
3.6.  Установка та методика для дослідження просторових і поляризаційних характеристик випромінювання напівпровідникових лазерів.
3.7.  Керована комп’ютером установка і методика дослідження електричних і випромінювальних характеристик елементів оптоелектроніки і сенсорики.
3.8.  Установка для вольт–ємнісних вимірювань.

Реквізити кафедри ФТТ і ТТЕ
Одеський національный університет імені І. І. Мечникова,
вул. Дворянська, 2. м. Одеса, 65026
тел.(+38 048) 731-74-89,     723-58-13