Kukushkin, Serguéi Arsenievich

Kukushkin Serguéi Arsenievich
Fecha de nacimiento 9 de marzo de 1954 (68 años)( 09/03/1954 )
Lugar de nacimiento Leningrado
País URSS Rusia
Esfera científica transiciones de fase , películas delgadas , heteroestructuras
Lugar de trabajo IPMash RAS , SPbAU RAS
alma mater Instituto de Tecnologia
Titulo academico Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas  (1992)
Título académico profesor  (1996)
Premios y premios
Premio de la Academia Rusa de Ciencias. PENSILVANIA. Reencuadernador (2010)
Premio del gobierno de San Petersburgo. AF Ioffe (2014)
Trabajador de Ciencias de Honor de la Federación Rusa (2016)
Honorables Trabajadores de la Ciencia de la Federación Rusa

Sergey Arsenievich Kukushkin (nacido el 9 de marzo de 1954 , Leningrado , URSS [1] ) es un físico y químico ruso , especialista en la teoría cinética de las transiciones de fase de primer orden, el crecimiento de películas delgadas y nanoestructuras, ganador de premios estatales. para el descubrimiento, explicación e implementación de la producción de una reacción topoquímica de monóxido de carbono (monóxido de carbono) con una superficie de silicio según el principio de autoensamblaje endotaxial ( quimioepitaxial ) de átomos de sustitución con la formación de una nanopelícula de carburo de silicio [2 ] [3] , que puede convertirse en la base de los circuitos integrados , complementando o reemplazando al silicio [4] [5] [6] .

Biografía

Padres

Padre - Arseniy Ivanovich Kukushkin (1924-2012) - candidato a ciencias geológicas y mineralógicas [7] , trabajó en VSEGEI desde 1957, veterano de la Segunda Guerra Mundial  - sirvió en el destacamento skerry del Kronstadt MOR KBF , medalla " Por la Defensa de Leningrado " [8] .

La presencia en la colección de la casa del padre de un fósil de árbol del período Triásico [3] , en el que las sustancias orgánicas fueron completamente reemplazadas por minerales inorgánicos sin alterar la estructura original del tejido , llevó posteriormente a Kukushkin a la idea de utilizar un principio similar de sustitución de átomos en la química del estado sólido [4] .

Madre - Margarita Kukushkina (1925-2007) - Doctora en Ciencias Históricas [9] , famosa arqueógrafa - investigadora de fuentes [10] , jefa. Departamento de Manuscritos y Libros Raros de la Academia de Ciencias de la URSS en 1970-1986, responsable. edición Reproducción facsímil de la Crónica de Radzivilov .

Educación, actividad científica y pedagógica

En 1977 se graduó en el Instituto de Tecnología Química Bandera Roja de Leningrado [1] .

En 1982, defendió su tesis doctoral en el campo de la física del estado sólido [11] en el Instituto Politécnico de Kharkov en el Departamento de Física de Metales y Semiconductores (hasta 1982, el Departamento de Física de Metales).

En 1991 defendió su tesis doctoral [12] en el Instituto Físico-Técnico A.F. Ioffe .

Posteriormente, dirigió el laboratorio "Transformaciones estructurales y de fase en materia condensada" del recién creado Instituto de Problemas de Ingeniería Mecánica de la Academia Rusa de Ciencias [1] .

En 2005, desarrolló y patentó un método para producir una película de carburo de silicio mediante el recocido de carbono poroso sobre una superficie de silicio [13] .

En 2008, publicó y patentó un nuevo método para producir una película de carburo de silicio en la reacción de silicio con monóxido de carbono [14] .

En 2012, publicó un trabajo en el que se producía por primera vez un LED de nitruro de galio sobre silicio con una capa amortiguadora de carburo de silicio [15] .

Además de IPMash RAS, trabaja en SPbAU RAS , donde desde 2010 desarrolla e imparte el curso de conferencias "Transiciones de fase" [16] , y también tiene afiliaciones de SPbPU , ITMO .

Co-fundador de New Silicon Technologies LLC , que recibió una subvención Skolkovo [17] , así como un fondo de supervisión [18] .

Organizó conferencias internacionales sobre nucleación : NPT98, NPT2002, MGCTF'19, la última de las cuales estuvo dedicada a la memoria de V. V. Slezov [19] [20]  - profesor y coautor [21] .

A partir de 2020, es autor de unos 500 artículos científicos con un índice H de 22 [22] [23] , así como de más de 20 patentes [24] .

Importancia de la obtención de películas de carburo de silicio

El carburo de silicio tiene resistencia, conductividad térmica, temperaturas de funcionamiento y una banda prohibida al menos 2 veces mayor que la del silicio [25] , lo que lo convierte en la base semiconductora preferida para la microelectrónica . También exhibe resistencia a la radiación, lo que permite aplicaciones en las industrias espacial y nuclear [26] . En optoelectrónica , el carburo de silicio es mejor que el zafiro para el cultivo de cristales de nitruro de aluminio y nitruro de galio de alta calidad [25] , por lo que los japoneses recibieron el Premio Nobel de Física 2014 .

Sin embargo, no ha habido un análogo de Silicon Valley basado en carburo de silicio porque, en primer lugar, rara vez se encuentra en la naturaleza en su forma pura y, en segundo lugar, no se puede obtener en forma cristalina por el método habitual de Czochralski a partir de una masa fundida. ya que el carburo de silicio a altas temperaturas no se funde, sino que se sublima a partir de un estado sólido de agregación . El monopolio en el mercado del carburo de silicio y los LED basados ​​en él sigue siendo la empresa estadounidense Cree , que implementa la tecnología para la producción de cristales a granel, desarrollada en la URSS en LETI por Yu.M. Tairov [27] .

Sin embargo, no se necesitan cristales a granel caros si es posible obtener una película de carburo de silicio sobre silicio, que, en términos de coste, no superará en gran medida el precio de la propia oblea de silicio. Por lo general, las películas cristalinas se obtienen mediante varios métodos de epitaxia , es decir, deposición capa por capa sobre la superficie del sustrato . Sin embargo, la discrepancia entre las estructuras cristalinas de la película y el sustrato conduce a la formación de grietas y dislocaciones en la película. Las dislocaciones son críticas para las propiedades de los semiconductores debido a las corrientes de fuga .

Este problema se puede resolver con otros métodos de producción de películas, como la endotaxia / quimioepitaxia (se forma una película a partir de la superficie del sustrato debido a la reacción de la sustancia depositada con ella) y la pendeoepitaxia , que requiere más mano de obra (la acumulación de películas con puente sobre nanopilas o máscaras no humectables aplicadas al sustrato).

Si es necesario, el sustrato de silicona se puede eliminar de la película mediante grabado .

Obtención de una película de SiC en la reacción de Si con CO

Según S. A. Kukushkin [4] , el descubrimiento de la reacción se dio casi por accidente. La obsesiva idea de la necesidad de combinar silicio Si con carbono C mediante su recocido conjunto en un horno de vacío surgió a pesar de la clara comprensión de que a temperaturas del orden de 1000-1250 °C, ni una reacción química ni una difusión entre estas sustancias debería ocurrir. Sin embargo, a pesar de todo, se formó una capa de SiC sobre la superficie de Si como resultado del recocido experimental. Resultó que había un mal vacío en el horno, y el aire con oxígeno O oxidó el carbono en monóxido de carbono CO, que reacciona bien con el silicio [2] [14] :

(Temperatura 1100-1300°C, presión de gas CO 70-700Pa)

Esta reacción ocurre debido al hecho de que los átomos de O se llevan consigo la mitad de los átomos de Si cercanos a la superficie, formando vacantes en la red cristalina , donde los átomos de C se incrustan, formando una película monocristalina de SiC con un espesor de ~150 Nuevo Méjico. Este proceso no es trivial y está determinado por la interacción de defectos puntuales incrustados del cristal , que se encuentra en un estado metaestable antes de su cristalización en una película. Cuando se forma una película a partir de la estructura del sustrato original , debido a que la distancia interatómica en el SiC es un 20 % menor que en el Si, comienza a contraerse, y dado que la capa de SiC es mucho más fuerte que la del Si, esta compresión no se produce. conducir a defectos en la película (como en el caso del crecimiento gradual de capas monomoleculares por heteroepitaxia estándar ), sino a la ruptura del silicio debajo de la película con la formación de poros debajo de ella. Una película que cuelga libremente sobre huecos, como un puente sobre pilotes , se libera de las deformaciones que surgen de la falta de coincidencia entre las redes cristalinas de la película y el sustrato, y también amortigua la mitad de las deformaciones que ocurren cuando la placa compuesta se enfría debido a la diferencia en los coeficientes de dilatación térmica de los materiales. Por lo tanto, el resultado cualitativo obtenido artificialmente por pendeoepitaxia ocurre naturalmente con esta quimioepitaxia : el sistema película- sustrato en sí mismo trata de evitar la unión de los límites durante la formación.

Premios y premios

Monografías y reseñas

Notas

  1. 1 2 3 4 Biografía de S. A. Kukushkin en el sitio web de IPME RAS
  2. 1 2 3 SA Kukushkin, AV. Osipov, N. A. Feoktistov. Síntesis de películas epitaxiales de carburo de silicio por el método de sustitución de átomos en la red cristalina de silicio  // FTT: revista. - 2014. - T. 56 (8) . - S. 1457 .
  3. 1 2 3 SA Kukushkin, A. V. Osipov. Teoría y práctica del crecimiento de SiC en Si y sus aplicaciones a películas semiconductoras de gran separación  // J. Phys  . D: aplicación física : diario. - 2014. - Vol. 47 . — Pág. 313001 .
  4. 1 2 3 S. A. Kukushkin en el programa de divulgación científica "Matrix of Science" del canal "St. Petersburg"
  5. Entrevista con el prof. SA Kukushkin. Del autoensamblaje de nanoestructuras al  nanomotor (neopr.)  // Nanotecnologías rusas. - 2008. - V. 11-12 . - S. 46 . Archivado desde el original el 18 de agosto de 2016.
  6. A. Polishchuk. Dispositivos semiconductores basados ​​en carburo de silicio: el presente y el futuro de la electrónica de potencia  // Componentes y tecnologías: revista. - 2004. - T. 8 . - S. 40 .
  7. I.A. de Kukushkin Complejo de gneis de la región del lago Upper Pulong de Karelia del Norte: geología, petrología, historia del desarrollo, metodología de estudio: disertación ... candidato de ciencias geológicas y mineralógicas  : [ rus. ] . - Leningrado, 1973. - 243 p.
  8. A. I. Kukushkin en el sitio web del Complejo de Museos "Road of Memory"
  9. Kukushkina M.V. Bibliotecas monásticas del norte de Rusia de los siglos XVI-XVII. : ensayos sobre la historia de la cultura del libro: disertación ... Doctor en Ciencias Históricas  : [ rus. ] . - Leningrado, 1975. - 472 p.
  10. Lecturas científicas dedicadas al 95 aniversario de M.V. Kukushkina “Medio siglo entre manuscritos y para manuscritos: M.V. Kukushkin en la Biblioteca de la Academia de Ciencias" . Recuperado: 10 de marzo de 2021.
  11. Kukushkin S. A. Transferencia de masa por difusión en películas insulares: en el ejemplo de los compuestos A⁴B⁶, A²B⁶, oxidación de A²B⁶: disertación... candidato a ciencias físicas y matemáticas  : [ rus. ] . - Leningrado, 1982. - 152 p.
  12. Kukushkin S. A. Procesos evolutivos en conjuntos de partículas dispersas en la superficie de sólidos: Etapa tardía: disertación... doctor en ciencias físicas y matemáticas  : [ rus. ] . - Leningrado, 1991. - 407 p.
  13. SA Kukushkin, AV. Osipov, S. K. Gordeev, S.B. Korchagin. El método de heteroepitaxia de no equilibrio de carburo de silicio sobre silicio  // Cartas a ZhTF: revista. - 2005. - T. 31 (20) . - S. 6 .
  14. 1 2 SA Kukushkin, AV. Osipov. Un nuevo método para la epitaxia en fase sólida de carburo de silicio sobre silicio: modelo y experimento  // Cartas a ZhTF: revista. - 2008. - T. 50 (7) . - S. 1188 .
  15. SA Kukushkin, AV. Osipov, S. G. Zhukov, EE. Zavarín, V. V. Lundin, MA Sinitsyn, M. M. Rozhavskaya, A. F. Tsatsulnikov, S. I. Troshkov, N. A. Feoktistov. LED basado en nitruros III sobre un sustrato de silicio con una nanocapa epitaxial de carburo de silicio  // Cartas a ZhTF: revista. - 2012. - T. 38 (6) . - S. 90 .
  16. 1 2 Kukushkin SA en el sitio web de SPbAU RAS im. Zh.I. Alferov . Recuperado: 10 de marzo de 2021.
  17. La empresa es miembro del Composite Cluster de San Petersburgo (enlace inaccesible) . Consultado el 16 de julio de 2016. Archivado desde el original el 17 de septiembre de 2016. 
  18. Fundación para el Apoyo a la Ciencia y la Educación en San Petersburgo (enlace inaccesible) . Consultado el 16 de julio de 2016. Archivado desde el original el 29 de mayo de 2017. 
  19. L. N. Davydov, S.A. Kukushkin. Conferencia internacional "Mecanismos y problemas no lineales de nucleación, crecimiento de cristales y películas delgadas", dedicada a la memoria del destacado físico teórico Profesor V.V. Slyozova  (inglés)  // Física del estado sólido. - 2019. - Vol. 61 , edición. 12 _ — Pág. 2269 . — ISSN 0367-3294 . doi : 10.21883 /ftt.2019.12.48531.01ks .
  20. Sitio de la conferencia MGCTF'19 . Recuperado: 10 de marzo de 2021.
  21. 1 2 SA Kukushkin, V. V. Lágrimas. Sistemas dispersos en la superficie de sólidos (enfoque evolutivo): mecanismos para la formación de películas delgadas . - San Petersburgo: Nauka, 1996. - 304 p.
  22. Kukushkin SA en el sitio web del Cuerpo de Expertos en Ciencias Naturales . Recuperado: 10 de marzo de 2021.
  23. Publicaciones de S.A. Kukushkin, incluido en el RSCI, en elibrary.ru . Recuperado: 10 de marzo de 2021.
  24. Lista de patentes de S. A. Kukushkin en el servicio de búsqueda de Yandex.Patents .
  25. 12 SA _ Kukushkin, AV Osipov, VN Bessolov, BK Medvedev, VK Nevolin, KA Tcarik. Sustratos para epitaxia de nitruro de galio: nuevos materiales y técnicas  //  Reseñas sobre ciencia de materiales avanzada: revista. - 2008. - Vol. 17 _ — Pág. 1 .
  26. Sellin PJ, Vaitkus J. Nuevos materiales para detectores de semiconductores duros de radiación   // Instrumentos y métodos nucleares en investigación física A : diario. - 2006. - vol. 557 . — Pág. 479 .
  27. O. Ruban. Estados Unidos ha demostrado que podemos. Los éxitos sobresalientes de Cree, cuya tecnología clave tiene raíces soviéticas, demuestran que nuestras innovaciones pueden usarse para hacer crecer líderes mundiales de alta tecnología  // Experto: revista. - 2006. - T. 45 . - art. 56 .
  28. Laureados del Premio Rebinder en el sitio web de RAS
  29. Ganadores de los premios San Petersburgo 2014 en el sitio web de la Administración de San Petersburgo
  30. Decreto del Presidente de la Federación Rusa del 4 de julio de 2016 No. 320 en el sitio web del Presidente de Rusia