Вебинары РИЭПП17 мая запланировано проведение вебинара на тему «Нормативно-правовая база функционирования центров коллективного пользования научным оборудованием (ЦКП) и особенности работы с порталом ckp-rf.ru».

Записаться на вебинар и посмотреть программу других вебинаров.

Уникальные научные установки

Уникальный стенд перестраиваемых мощных (до 2 ГВт) импульсных фемто- и наносекундных лазеров и параметрических генераторов света (УСУ «Фемтоспектр»)

УНУ создана в 2005 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Адрес
  • Приволжский
  • 607680, Нижегородская область, Кстовский район, д. Афонино, ул. Академическая, д. 7
  • 🌎http://ipmras.ru/ru/equipment/femto
Руководитель работ
  • 👤Кудрявцев Константин Евгеньевич
  • 📞 (831) 417-94-82 +261
  • konstantin@ipmras.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да81526.60
Базовая организация

Институт физики микроструктур РАН — Филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук»

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Уникальный стенд «Фемтоспектр» (УСУ «Фемтоспектр») составляет приборную базу для экспериментальных исследований спектрокинетических и фотоэлектрических свойств полупроводниковых наноструктур на основе Si, SiGe и А3B5: - кинетики люминесценции и фотовозбуждения с нано- и фемтосекундным разрешением; - спектров возбуждения люминесценции светоизлучающих центров; - лазерной генерации в полупроводниковых наноструктурах; - фотоэлектрических и оптических свойств наноструктур; - генерации и детектирования терагерцового излучения в наноструктурах; - моделирования ионизационного воздействия радиации на полупроводниковые структуры и приборы. УСУ «Фемтоспектр» введен в эксплуатацию в ноябре 2005 г. и расположен в лабораторном корпусе Института физики микроструктур РАН. Стенд состоит из двух основных частей, исследования на которых могут проводиться одновременно: наносекундная спектроскопия и фемтосекундная спектроскопия. УСУ «Фемтоспектр» предоставляет услуги в области спектроскопии полупроводниковых гетероструктур и наноструктур, многослойных металлических и магнитных структур и высокотемпературных сверхпроводников. Основной объем услуг предоставляется в форме обеспечения совместных научных исследований в области физики и технологии микро- и наноструктур ИФМ РАН с научными коллективами РАН, НИИ и вузов Поволжского региона по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники «Индустрия наносистем и материалы», «Информационно-телекоммуникационные системы и электроника», «Безопасность и противодействие терроризму», а также в форме предоставления оборудования УСУ для проведения учебно-исследовательской и научно-исследовательской работы студентам и аспирантам вузов нижегородского региона.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

В ИФМ РАН в 2005-2011 гг. создан УСУ «Фемтоспектр» и необходимая инфраструктура, включая приемо-регистрирующее оборудование, термостабилизированные чистые помещения общей площадью 135 кв.м (класс чистоты помещений - 500), позволяющий проводить спектральные и кинетические измерения оптических и электрических свойств конденсированных сред, включая наноструктуры, с фемто/наносекундным временным разрешением. Стенд укомплектован самым современным оборудованием мировых лидеров научного приборостроения, не имеет аналогов в России и соответствует уровню оснащения лучших зарубежных научных лабораторий в этой области исследований. В составе стенда имеется ряд уникальных разработанных в России и серийно невыпускаемых приборов: сверхпроводниковый фотоприемник ИК диапазона, работающий в режиме счета фотонов, установки регистрации ФЛ по методу up-conversion и наведенного поглощения по методу pump-probe, и др. Стенд состоит из двух основных комплексов: нано- и фемтосекундной спектроскопии.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • исследование процессов излучательной релаксации (спектров и кинетики с временным разрешением) в кремниевых волноводных структурах, легированных эрбием, перспективных для создания лазеров телекоммуникационного диапазона длин волн 1.5 мкм;
  • исследование излучательных переходов в низкоразмерных структурах Si/SiGe перспективных для создания устройств кремниевой оптоэлектроники на телекоммуникационный диапазон 1,5 мкм;
  • исследование зонной структуры и кинетики релаксации неравновесных носителей заряда в гетероструктурах с квантовыми ямами на основе HgTe/CdTe;
  • исследование спектров и кинетик фотолюминесценции гетероструктур с квантовыми ямами, перспективных для создания лазеров диапазона 1,3 мкм;
  • исследование спектров и кинетик релаксации люминесценции в одиночных и двойных связанных квантовых ямах и сверхрешетках GaAs/AlGaAs;
  • исследование двухчастотной генерации в полупроводниковых лазерах на основе лазерных наноструктур с квантовыми ямами InGaAs/GaAs/InGaP при оптической накачке;
  • исследование кинетики релаксации примесной фотопроводимости в гетероструктурах с квантовыми ямами.

Наиболее значимые научные результаты исследований

1) Определены условия формирования методом МПЭ на Si подложках структур с самоформирующимися Ge(Si) островками, эффективно излучающих в спектральном диапазоне 1.3-1.55 мкм. Проведены сравнительные исследования спектров электролюминесценции, фотопроводимости и спектров возбуждения фотолюминесценции в структурах с самоформирующимися Ge(Si) островками. Оптимизированы параметры многослойных структур с Ge(Si) наноостровками с целью увеличения интенсивности сигнала ЭЛ при комнатной температуре в области длин волн 1.3-1.55 мкм. В ходе спектрокинетических исследований структур с самоформирующимися Ge(Si)/Si(001) островками определены характерные времена рекомбинации носителей заряда в островках, составляющие 1-10 мкс. Рассмотрен механизм возбуждения ФЛ Ge(Si) островков при межзонном возбуждении. Проведенные комплексные исследования позволили установить оптические переходы, ответственные за поглощение и излучение света в самоформирующихся Ge(Si) островках. 2) Проведено исследование спектров циклотронного резонанса электронов в квазиклассических и квантующих магнитных полях в узкозонных гетероструктурах на основе HgTe/CdTe(013). В импульсных магнитных полях до 45 Т в спектрах магнитопоглощения в ультраквантовом пределе обнаружены линии, связанные как с внутризонными (циклотронный резонанс) так и с межзонными оптическими переходами. При исследовании циклотронного резонанса электронов в квантующих магнитных полях в узкозонных гетероструктурах на основе HgTe/CdTe(013) с неинвертированной зонной структурой обнаружены циклотронные переходы с нижних уровней Ландау зоны проводимости. Выполнены расчеты уровней Ландау на основе модели Кейна с учетом деформации. Сопоставление расчетов с экспериментальными результатами продемонстрировало систематическое превышение энергий наблюдаемых циклотронных переходов над рассчитанными, что указывает на необходимость уточнения параметров материалов HgTe и CdTe, используемых при расчетах. 3) Проведен расчет и разработана технология формирования полосковых резонаторных структур с торцевыми брэгговскими зеркалами и дисковых резонаторов, формируемых на базе структур Si/Si1-xGex:Er/Si и Si:Er/SOI. Проведен анализ распределения электромагнитного поля и определен модовый состав полосковых волноводных структур с различными параметрами активного (Si:Er, Si1-xGex:Er) и ограничивающих (Si, SiO2) слоев. Сформированы резонаторные структуры n-Si:Er/SOI с полосковыми волноводами и интерференционными зеркалами. Показано, что процессы химического и ионного травления не ухудшают интенсивность люминесценции получаемых структур. Разработана технология получения светоизлучающих диодных структур типа n+-Si/n-Si:Er/p+-Si/SOI с волноведущим активным слоем Si:Er и токовой накачкой, выращенных на подложках "кремний-на-изоляторе" (SOI). Определено значение эффективного сечения возбуждения ФЛ ионов эрбия в таких структурах в условиях электрической (инжекционной токовой) накачки. 4) Проведено исследование спектров межзонной фотопроводимости в гетероструктурах Hg1-xCdxTe/CdyHg1-yTe с квантовыми ямами. Продемонстрирован фотоотклик в широком спектральном интервале от 50 до 1000 см-1. Наряду с межзонной фотопроводимостью в длинноволновой части диапазона обнаружена мощная полоса терагерцовой фотопроводимости, не связанная с межзонными переходами. Экспериментально продемонстрировано, что один и тот же спектр фоточувствительности может быть реализован как в квантовых ямах HgTe/CdyHg1-yTe, так и в более широких квантовых ямах Hg1-xCdxTe/CdyHg1-yTe. Измерены времена релаксации терагерцовой фотопроводимости в гетероструктурах Hg1-xCdxTe/ CdyHg1-yTe с квантовыми ямами при Т = 4.2 К и 77 К, составляющие от единиц до сотни наносекунд. Для структуры с красной границей ФП около 15 мкм, сделаны оценки максимальной ампер-ваттной чувствительности SI = 0.42 A/Вт (при 77 К) и эквивалентной мощности шума NEP = 3.8•10-12 Вт(Гц)1/2. Соответствующее значение обнаружительной способности D* = 1.3•1011 см•(Гц)1/2•Вт-1 в несколько раз превышает предельное значение для фотоэлектрического приемника, чувствительность которого ограничена фоновым 300-градусным излучением. 5) При исследовании спектров ФЛ и спектров возбуждения ФЛ в гетероструктурах GaAs/AlGaAs с двойными КЯ обнаружен механизм излучательного ближнепольного переноса энергии от узких квантовых ям к широким. Показано, что этот механизм приводит к зависимости коэффициента поглощения дипольного (экситонного) излучения квантовой ямой ~ R-4 на малых расстояниях. В этом случае коэффициент поглощения, обусловленный переходами с участием легких дырок, примерно вдвое больше такового для переходов с участием тяжелых дырок, что связано с возможностью поглощения z-компоненты электрического поля при переходах из легкой дырочной подзоны. Увеличение интенсивности ФЛ в широкой КЯ при резонансном фотовозбуждении узкой КЯ по сравнению с нерезонансным возбуждением составило ~ 15%, что согласуется с теоретической оценкой на основе предложенной модели. 6) Исследованы спектры и кинетика релаксации фотолюминесценции гетероструктур GaAsSb/GaAs и InGaAs/GaAsSb/GaAs, выращенных методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. В гетероструктурах In0.2Ga0.8As/GaAs0.8Sb0.2/GaAs обнаружено увеличение сигнала ФЛ и сдвиг положения максимума пика ФЛ в длинноволновую область по сравнению с аналогичной структурой GaAsSb/GaAs. Данный эффект связывается с эффективной локализацией электронов в КЯ InGaAs и дырок в КЯ GaAsSb, что приводит к увеличению эффективности межзонной излучательной рекомбинации и уменьшению энергии оптического перехода. Проведено исследование кинетики ФЛ гетероструктур с двойными квантовыми ямами In0.2Ga0.8As/Ga0.85AsSb0.15/GaAs при температурах 77 и 300 К с временным разрешением ~ 200 пс. В лазерных гетероструктурах InGaP/GaAs/InGaAs/GaAsSb исследован переход от спонтанного к стимулированному излучению при увеличении мощности возбуждающего излучения. 7) Проанализированы и экспериментально исследованы основные типы резонаторных структур на базе светоизлучающих материалов Si/Si1-хGex:Er/Si и SOI/Si:Er: резонаторы Фабри-Перо, дисковые (кольцевые) резонаторы, резонаторы с распределенной обратной связью. Проведено экспериментальное исследование оптического усиления в волноводных светоизлучающих структурах SOI/Si:Er и Si/Si1-хGex:Er с использованием двухлучевой методики "pump-probe". Рассмотрены основные факторы, вызывающие изменение интенсивности пробного сигнала под влиянием излучения накачки: нагрев образца излучением накачки, поглощение излучения эрбия неравновесными носителями заряда в активном слое, влияние засветки образца рассеянным излучением накачки. 8) Проведены исследования влияния радиационного воздействия на люминесцентные свойства SiGe структур с различной степенью пространственной локализации носителей заряда. С этой целью исследованы спектры фото- и электролюминесценции в эпитаксиальных SiGe структурах с SiGe квантовой ямой (КЯ), тонким слоем Ge, слоем самоформирующихся Ge(Si) наноостровков и в многослойных структурах с Ge(Si) наноостровками, подвергнутых различным дозам облучения электронами и нейтронами. В результате проведенных исследований показано, что влияние высокоэнергетичного облучения на спектры ФЛ SiGe наноструктур ослабевает по мере усиления в этих структурах пространственной локализации носителей заряда. Наибольшей стойкостью к радиационному воздействию обладают многослойные структуры с самоформирующимися Ge(Si) наноостровками, обеспечивающие наиболее эффективную локализацию носителей заряда обоих знаков – дырок в островках и электронов в напряженных кремниевых слоях, разделяющих соседние слои островков. Данный результат связывается с существенным подавлением диффузии носителей заряда в низкоразмерных SiGe структурах и, как следствие, со снижением вероятности их безызлучательной рекомбинации на радиационных дефектах, образующихся в процессе облучения структур. 9) Проведены экспериментальные и теоретические исследования гетероструктур c квантовыми ямами Hg1-xCdxTe/CdyHg1-yTe (013). Проведен расчет зависимости зонной структуры гетероструктур указанного типа от ростовых параметров образцов и определены оптимальные значения параметров гетероструктур c квантовыми ямами Hg1-xCdxTe/ CdyHg1-yTe (013) для создания фотоприемников, работающих в терагерцовом спектральном диапазоне. На основе анализа результатов проведенных исследований разработана конструкция и изготовлен макет фотоприемника терагерцового диапазона на основе гетероструктур с квантовыми ямами Hg1 xCdxTe/CdyHg1-yTe(013), работающий при температуре жидкого азота. 10) Определены оптимальные параметры гетероструктур с двойными квантовыми ямами InxGa1-xAs/GaAs1-ySby/GaAs для создания лазерных структур, работающих при комнатной температуре в спектральной области 1.2-1.3 мкм. Предложена конструкция лазерной структуры с квантовыми ямами GaAs0.8Sb0.2/In0.2Ga0.8As без ограничительных слоев AlGaAs, в которой в качестве волноведущих слоев используются сами квантовые ямы GaAs0.8Sb0.2/In0.2Ga0.8As. Продемонстрировано существенно обужение диаграммы направленности генерируемого излучения в таких структурах по сравнению с лазерными структурами традиционной конструкции. 11) Проведено исследование терагерцовых осцилляций индуцированной поляризации в гетероструктурах GaAs/AlGaAs с туннельно-связанными квантовыми ямами при одновременном возбуждении фемтосекундным лазером экситонов с тяжёлыми и лёгкими дырками. Определены период и время затухания осцилляций оптического отклика в условиях резонансного возбуждения квантово-каскадных структур и сверхрешеток на основе GaAs. Полученное время затухания и период осцилляций оптического отклика составили 1.5 пс и 0.4 пс, что соответствует времени дефазировки (релаксации когерентности экситонов), и разнице энергий (~ 10 мэВ) между экситонами с лёгкой и тяжёлой дырками, соответственно.

607680, Нижегородская область, Кстовский район, д. Афонино, ул. Академическая, д. 7
📷

Перечень объектов в составе УНУ (31)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
Система регистрации одиночных фотонов на основе сверхпроводникового детектора OCOPRS-001
Назначение, основные характеристики
Сверхпроводниковые нанотехнологии Россия 2009 1
Корреляционный счетчик импульсов СРС-01 TRM-2
Назначение, основные характеристики
Сверхпроводниковые нанотехнологии Россия 2009 1
Лазерная система с перестройкой частоты «Matisse TR»
Назначение, основные характеристики
Spectra-Physics Соединённые Штаты Америки 2010 1
Оптический гелиевый криостат замкнутого цикла Optistat AC-V12 на диапазон температур 2.8 – 325 К.
Назначение, основные характеристики
Oxford Instruments NanoScience Великобритания 2010 1
Оптический модулятор SR540
Назначение, основные характеристики
Stanford Research Systems Соединённые Штаты Америки 2007 1
Низкошумящий предусилитель тока SR570
Назначение, основные характеристики
Stanford Research Systems Соединённые Штаты Америки 2008 1
Цифровые мультиметры Keithley модель 2000
Назначение, основные характеристики
Keithley Instruments Соединённые Штаты Америки 2007 2
Цифровой мультиметр/источник питания Keithley модель 2400
Назначение, основные характеристики
Keithley Instruments Соединённые Штаты Америки 2007 1
Низкошумящий усилитель напряжения SR560
Назначение, основные характеристики
Stanford Research Systems Соединённые Штаты Америки 2008 2
Цифровой сихронный детектор SR830
Назначение, основные характеристики
Stanford Research Systems Соединённые Штаты Америки 2008 2
Турбомолекулярная вакуумная система «Mini-TASK» AG81 фирмы «Varian»
Назначение, основные характеристики
Varian Соединённые Штаты Америки 2007 1
Стробоскопический интегратор SR200
Назначение, основные характеристики
Stanford Research Systems Соединённые Штаты Америки 2007 1
Оптический гелиевый криостат замкнутого цикла RGD 12/45 на температур 10 – 297 К.
Назначение, основные характеристики
Leybold Германия 2006 1
Вакуумный фурье-спектрометр Vertex 80V
Назначение, основные характеристики
Bruker Optik GmbH Германия 2007 1
Генератор импульсов произвольной формы
Назначение, основные характеристики
Tabor electronics Израиль 2006 1
Двухканальный цифровой осциллограф LeCroy WS432
Назначение, основные характеристики
LeCroy Corporation Соединённые Штаты Америки 2006 1
Четырехканальный цифровой осциллограф LeCroy WP7100A.
Назначение, основные характеристики
LeCroy Corporation Соединённые Штаты Америки 2008 1
Лазерная система среднего ИК-диапазона на основе импульсного Nd:YAG лазера и блока оптических параметрических осцилляторов
Назначение, основные характеристики
Солар ЛС Белоруссия 2008 1
Импульсный Nd:YAG лазер со встроенным генератором 2,3 гармоники
Назначение, основные характеристики
Солар ЛС Белоруссия 2004 1
Измеритель малых мощностей
Назначение, основные характеристики
Ophir Optronics Ltd Израиль 2005 1
Высокочувствительная система детектирования IR и FTIR спектроскопии S&I-IR07 в комплекте.
Назначение, основные характеристики
Spectroscopy & Imaging GmbH Германия 2008 1
Перестраиваемая лазерная система на основе импульсного лазера Spectra Physics PRO-230-10 и параметрического генератора света MOPO-SL
Назначение, основные характеристики
Spectra-Physics Соединённые Штаты Америки 2005 1
Установка для исследования спектров отражения и абсорбции в с субпикосекундным временным разрешением
Назначение, основные характеристики
CDP Corp Россия 2007 1
Система регистрации флуоресценции по методу ап-конверсии
Назначение, основные характеристики
CDP Corp Россия 2005 1
Универсальная система для стационарной и времяразрешенной спектроскопии на базе спектрографа SP-2300
Назначение, основные характеристики
Spectroscopy & Imaging GmbH Германия 2004 1
Система регистрации спектров с использованием высокочувствительной кремниевой CCD-камеры
Назначение, основные характеристики
Spectroscopy & Imaging GmbH Германия 2005 1
Генератор 2-й и 3-й гармоник излучения для регенеративного усилителя Spitfire
Назначение, основные характеристики
Spectra-Physics Соединённые Штаты Америки 2004 1
Фемтосекундная титан-сапфировая лазерная система в составе регенеративного усилителя “Spitfire”, оптического параметрического усилителя OPA-800C и лазера накачки “Empower”
Назначение, основные характеристики
Spectra-Physics Соединённые Штаты Америки 2004 1
Фемтосекундная лазерная система Tsunami c лазером накачки Millennia PRO 5 в комплекте
Назначение, основные характеристики
Spectra-Physics Соединённые Штаты Америки 2004 1
Фемтосекундная титан-сапфировая лазерная система “Tsunami” HP c лазером накачки Millennia PRO 15 в комплекте
Назначение, основные характеристики
Spectra-Physics Соединённые Штаты Америки 2008 1
Измерительный стенд с системой защиты от вибрации
Назначение, основные характеристики
Standa Литва 2003 1

Услуги (8)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Исследование люминесцентных свойств низкоразмерных кремниевых структур, полученных методом травления в фокусированных ионных пучках
Индустрия наносистем
Исследование спектров примесной фотопроводимости объёмных образцов n-GaAs, легированных мелкими донорами
Индустрия наносистем
Исследование спектральных и временных характеристик фотоотклика узкозонных эпитаксиальных структур Hg1-xCdxTe
Индустрия наносистем
Измерение люминесцентных свойств массивов нанокластеров Si
Индустрия наносистем
Измерение спектров фотовозбуждения образцов нанокристаллического и монокристаллического изотопно-обогащенного германия
Индустрия наносистем
Измерение спектров фотолюминесценции металлоорганических комплексов лантаноидов
Индустрия наносистем
Исследование люминесцентных свойств структур на основе монокристаллического кремния, легированного эрбием
Индустрия наносистем
Измерение кинетики межзонной фотолюминесценции в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами
Индустрия наносистем

Методики (10)

Наименование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
Методика исследования спектров фотолюминесценции и спектров возбуждения фотолюминесценции с использованием лазерной системы с перестройкой частоты Matisse TR в спектральном диапазоне 550-1000 нм ИФМ РАН
Методика импульсной фурье-спектроскопии в инфракрасном и терагерцовом диапазоне с использованием фурье-спектрометра BRUKER Vertex 80v, работающего в режиме пошагового(step-scan) сканирования ИФМ РАН
Методика регистрации кинетики примесной фотопроводимости с использованием перестраиваемого источника терагерцового излучения на основе генерации разностной частоты в кристалле GaP ИФМ РАН
Методика терагерцовой time-domain спектроскопии ИФМ РАН
Методика измерения фотоиндуцированного поглощения с субпикосекундным временным разрешением методом pump-probe ИФМ РАН
Спектрокинетические исследования в ИК диапазоне (0.8-2.4 мкм) с использованием системы регистрации одиночных фотонов на основе сверхпроводникового детектора ИФМ РАН
Методика регистрации разрешенных во времени спектров фотолюминесценции с помощью стрик-камеры при Т = 3-325 K ИФМ РАН
Методика измерения кинетики фотолюминесценции с фемтосекундным временным разрешением методом up-conversion при Т = 8-350 K ИФМ РАН
Методика спектрокинетических измерений ближнего ИК-диапазона с наносекундным временным разрешением при Т = 8-350 K ИФМ РАН
Методика спектроскопии возбуждения фотолюминесценции SiGe наноструктур с записью кинетических кривых сигнала ИФМ РАН 29.08.2011

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий