Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Победа в конкурсе явилась следствием работы продолжительностью в несколько лет

Ключевые слова:  Интервью, Молодые ученые, Нанотехнологии, Олимпиада

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

21 ноября 2011

Уважаемые коллеги!

Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы» начинает новую серию интервью. На этот раз о своих проектах, удачах и планах расскажут те, кто будет развивать науку в будущем – победители различных конкурсов и олимпиад в области нанотехнологий и наноматериалов.

Итак, предлагаем Вашему вниманию интервью с Александром Анатольевичем Целыковским, аспирантом кафедры микро- и наноэлектроники НИЯУ МИФИ, победителем Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов вузов в области нанотехнологий и наноматериалов.

Александр, расскажите, пожалуйста, в каких конкурсах и олимпиадах по нанотехнологиям Вы принимали участие?

Как правило, я представляю свои работы на конференциях, участие в конкурсах не слишком типично для меня. Тем не менее, в прошлом году я принял участие и победил во Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов вузов в области нанотехнологий и наноматериалов. Помимо этого, на конференции «Ломоносов-2011», которая проходила в МГУ, мой доклад был признан лучшим в подсекции «Сверхпроводящие и электронные свойства твердых тел» секции «Физика».

Что Вас подвигло участвовать в конкурсе?

У нашей научной группы тогда были готовы некоторые результаты, практически оформленные, поэтому, когда мы узнали о конкурсе, решили в нем поучаствовать.

Расскажите подробнее о том проекте, с которым Вы выступили на Конкурсе.

Наш проект посвящён моделированию графеновых полевых транзисторов. Начало своим исследованиям я положил в 2008 году, когда пришёл к своему научному руководителю – Геннадию Ивановичу Зебреву, которому во многом обязан своими успехами – чтобы целенаправленно работать над исследованием графена и его применений в электронике. Этот материал был тогда не так широко известен, как сейчас, когда за его получение нашим соотечественникам Гейму и Новоселову дали Нобелевскую премию. Тем не менее, меня манило что-то новое и необычное, что могло потенциально изменить если не мир, то хотя бы отдельную область науки, поэтому я выбрал графен.

Что такое графен?

Графен – это монослой атомов углерода, обладающий уникальными электронными и механическими свойствами. Носители заряда в нем имеют нулевую эффективную массу и движутся с постоянной по модулю скоростью 108 см/с подобно безмассовым фотонам. В графене наблюдается эффект поля, то есть изменение проводимости в зависимости от приложенного поперечного электрического поля, что позволяет использовать этот матриал в полевых транзисторах. При этом графен отличается крайне высокой подвижностью носителей заряда, которая в нем на два порядка больше, чем в кремнии, основном материале современной микроэлектроники. Это позволяет графеновым транзисторам переключаться значительно быстрее. Также предполагается, что толщина графена в 1 атом позволит создавать работоспособные транзисторы меньших размеров по сравнению с кремниевыми - за счет повышения электростатического качества графеновых полевых транзисторов и подавления короткоканальных эффектов. Долгие годы прогресс микроэлектронной индустрии обеспечивался уменьшением размеров элементов, но сейчас он затрудняется из-за приближения к естественным пределам кремниевой технологии, что вынуждает искать качественно новые пути повышения производительности, среди которых - использование новых материалов. А использование графена позволяет и значительно улучшить свойства транзисторов, и отодвигает пределы их масштабирования.

Для чего нужно уменьшать размер элементов в электронике?

Для повышения производительности микроэлектронных схем и уменьшения их энергопотребления. Частота отсечки транзистора – фактически, максимально возможная частота его работы – обратно пропорциональна квадрату длины канала и прямо пропорциональна подвижности, так что здесь ключевую роль играют основные преимущества графеновых транзисторов. Уже сейчас созданы графеновые транзисторы с частотой отсечки 300 ГГц, потенциально же возможно достижение рубежа в терагерц и более.

В каких областях можно использовать графеновые транзисторы?

Пока их основной областью применения видится высокочастотная электроника. Для цифровой электроники существующие сейчас графеновые транзисторы малоприменимы из-за большого энергопотребления, вызванного значительным током утечки в закрытом состоянии. У графенового транзистора величина тока в выключенном состоянии, в лучшем случае, на порядок меньше, чем во включенном, тогда как у кремниевого – на шесть порядков. Это вызвано тем, что, в отличие от кремния, у графена отсутствует запрещенная зона. Способы создания запрещенной зоны в графене существуют – среди них создание из графена нанолент, использование двуслойного или легированного графена – но они в разной степени нетехнологичны. Например, наноленты пока сложно делать с точно повторяющейся шириной и определенным типом границы, а от этих параметров зависит запрещенная зона в них и пороговое напряжение (напряжение на затворе, при котором в канале начинает протекать заметный ток) транзисторов на их основе.

Большое энергопотребление пока не позволяет применять графен в цифровой электронике, где сейчас полностью доминирует кремниевая КМОП-технология, элементы которой практически не потребляют энергию в статическом режиме. Но в приложениях, где малое энергопотребление не требуется – например, в высокочастотной электронике, где в первую очередь важна скорость работы – графен уже сейчас имеет хорошие перспективы.

Расскажите, что за высокочастотная электроника, где уже сегодня возможно применение графеновых транзисторов?

Это, например, Wi-Fi или любые другие высокочастотные интерфейсы передачи данных, где графеновые транзисторы могут использоваться в микросхемах усилителей, передатчиков и приемников радиочастотных сигналов. К исследованиям в этой области проявляют интерес военные. В США передовые исследования поддерживаются Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам (DARPA).

Какие результаты по моделированию графеновых полевых транзисторов у Вас были готовы к моменту подачи заявки на Конкурс?

Мы промоделировали работу графеновых полевых транзисторов в линейном режиме и режиме насыщения, показали два типа насыщения тока: вызванное электростатическим запиранием канала, а также обусловленное насыщением дрейфовой скорости носителей заряда; промоделировали эффект излома и быстрого роста тока на экспериментальных выходных характеристиках графеновых транзисторов при росте напряжения на стоке. Также мы продемонстрировали важную роль квантовой емкости в графеновых структурах и учли влияние емкости поверхностных состояний на характеристики транзисторов. На основе анализа экспериментальных данных из разных источников мы продемонстрировали разработанный нами метод учета емкости поверхностных состояний, позволяющий получать правильные зависимости квантовой емкости от затворного напряжения и определять характерную скорость носителей заряда в графене. Учет емкости поверхностных состояний приводит к существенным корректировкам высокочастотных характеристик транзисторов и позволяет характеризовать технологию изготовления графеновых полевых структур.

Кто помогал Вам проводить исследования?

Я веду исследования в составе научной группы, поддержку которой сложно переоценить. Группу возглавляет научный руководитель Геннадий Иванович Зебрев. В нее также входят аспиранты Женя Мельник и Даша Батманова. Следует отметить и роль моего института, который дал мне хорошую базу, которую я сейчас использую, и того прекрасного коллектива по-настоящему увлеченных микроэлектроникой людей из НИИ системных исследований РАН, с которым мы взаимодействуем. Как раз оттуда – мой коллега Игорь Данилов, с которым мы работаем над схемотехникой на основе графеновых полевых транзисторов.

Вы создаёте транзисторы на базе некой лаборатории?

Все наши исследования – теоретические, не лабораторные. Мы их ведем на базе кафедры микро- и наноэлектроники МИФИ. Экспериментальные результаты для анализа мы пока получаем из статей. Сейчас мы начинаем сотрудничество с зарубежной лабораторией, в 2007 году руководитель которой впервые изготовил графеновый полевой транзистор с верхним затвором.

Вернёмся к теме Всероссийского конкурса студенческих работ. Скажите, насколько тяжело Вам было в нём победить?

Победа явилась следствием работы продолжительностью в несколько лет. Она велась и ведется не ради участия в отдельном конкурсе, сама же она была временами тяжела, временами шла легко, но всегда была интересна, принося удовольствие научными результатами и даря надежду на новые успехи.

Насколько высок был уровень соперников?

Если мы говорим о Всероссийском конкурсе в области нанотехнологий и наноматериалов, то там были представлены лучшие работы студентов ведущих вузов страны, поэтому победа была особенно приятной.

Что дала Вам победа на Конкурсе?

В первую очередь, я получил красивую медаль, которую при желании и наличии повода можно прикреплять к пиджаку. Если серьезно, я продолжил работать так же, как раньше. Конечно, было приятно, но эта победа в первую очередь подсказала, что я двигаюсь в правильном направлении, при этом никак не облегчив сам путь. Я получил не материальную, но моральную поддержку, которая сама по себе очень ценна.

Подобные конкурсы влияют на развитие в стране нанотехнологий?

Конечно, они позволяют в первую очередь молодежи почувствовать, что то, чем они занимаются, нужно обществу, что с ними связаны определенные надежды страны. Конкурс – возможность оценить свой уровень, а также стимул подвести промежуточные итоги своей работы, оглянуться назад и выделить лучшее. Я вижу, что молодежи, только погружающейся в науку, непривычно писать научные работы, статьи, им нужен некоторый импульс извне для этого, некий стимул, и на эту роль хорошо подходят конкурсы.

Можете ли подвести Вы некий итог: какие задачи стоит перед исследователями графеновых транзисторов?

Создание запрещённой зоны в графене для уменьшения энергопотребления графеновых транзисторов и расширения сферы их применения, возможности использования в цифровой электронике. Но и без запрещенной зоны графен применим. И не только в транзисторах, а просто в проводящих элементах, в сенсорных экранах. Графен, как я уже говорил, обладает ещё и замечательными механическими свойствами. Он гибок, очень прочен и практически прозрачен, пропускает 97% света. Представьте себе гибкую полупрозрачную пластинку с возможностью ввода и обработки информации, формирования изображения, имеющую высокоскоростные интерфейсы для связи с внешними устройствами.

При этом стоит отметить, что впервые полученный в 2004 году графен – это первый, но не единственный монослойный материал. В последнее время были получены молибденит и силицен, также обладающие перспективными электронными свойствами. Возможно, не за горами получение и новых монослойных материалов.

В будущем, используя графен, можно будет создать, например, сверхтонкие электронные книги?

Да, это одно из возможных применений графена. При этом функциональность таких устройств может быть значительно шире простой электронной книги.

Сколько Вы планируете продолжать работать над своим проектом – графеновыми транзисторами?

Сейчас я закончил институт, поступил в аспирантуру. Мои ближайшие планы связаны с защитой диссертации на основе своих исследований. Последние несколько работ посвящены природе тока в графеновых полевых транзисторах при сильных тянущих электрических полях в канале (именно эта работа была отмечена дипломом лучшей в МГУ), а также схемотехнике с использованием графеновых полевых транзисторов. Мы создали так называемую компактную модель графенового полевого транзистора на языке Verilog-A, которую можно интегрировать в существующие системы автоматизированного проектирования и использовать при разработке интегральных схем на основе графена. При этом мы хотим использовать еще одно уникальное свойство графена – в зависимости от полярности приложенного к затвору напряжения графеновый транзистор может иметь как электронную, так и так называемую «дырочную» проводимость. Это открывает перспективы для новых принципов построения привычных устройств электроники.
Вообще, работать очень интересно, потому что графеновая электроника еще чрезвычайно молода, и постоянно появляются какие-то новые идеи и результаты, которые открывают новые возможности для научных поисков.

Вы планируете ещё участие в каких-либо научных конкурсах?

Я планирую заниматься в первую очередь исследованиями, разработками. Если я увижу какой-то интересный конкурс, я поучаствую в нем; нет – значит, нет. Повторюсь, что победа в конкурсе – не самоцель.

Вы хотите связать свою дальнейшую работу с нанотехнологиями?

Очень хотелось бы. И очень надеюсь, что у меня получится это делать в России. Меня вообще привлекают исследования на передовых рубежах науки. Собственно, поэтому я и занялся графеном.

То есть Вы не исключаете возможности проведения исследований за рубежом? Вас уже кто-нибудь «переманивает»?

Есть возможность стажировки в Шведском Королевском технологическом институте. Вообще, временное перемещение в другую научную среду способно принести бесценный опыт, поэтому я не стал бы заранее отказываться от такой возможности.





Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Человечек наномира
Человечек наномира

Приглашение на вебинар «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»
НТ-МДТ Спектрум Инструментс приглашает Вас принять участие в бесплатном вебинаре «Комбинация АСМ и оптических методик: новые достижения и приложения»

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

XXI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии,
Уважаемые коллеги! Приглашаем вас принять участие в работе XXI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который состоится с 9 по 13 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге и станет одним из основных мероприятий Международного года Периодической таблицы химических элементов, провозглашённого ООН в декабре 2017 г.
Проводится под эгидой Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC).

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.