BAZA LOKALOWA I TECHNICZNA

Baza lokalowa i techniczna Zakładu Fizyki Ciała Stałego składa się kilku specjalistycznych laboratoriów, które umożliwiają wytworzenie i charakteryzację kompletnych struktur a następnie przyrządów do detekcji promieniowania elektromagnetycznego zakresu podczerwieni. Nasze laboratoria znajdują się w dwóch lokalizacjach:

  1. WAT ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
  2. VIGO System S.A. ul. Poznańska 129/133, 05-850 Ożarów Mazowiecki

 

Laboratorium które powstało w 2003 r., wyposażone jest w układ do wytwarzania warstw epitaksjalnych z tellurku kadmowo-rtęciowego (HgCdTe) metodą MOCVD – Metal Organic Chemical Vapor Deposition. Układ oparty jest na systemie AIX-200 firmy AIXTRON – światowego lidera w produkcji tego typu aparatury. Technika MOCVD daje nam możliwość osadzania złożonych wielowarstwowych heterostruktur HgCdTe o niemal dowolnym składzie molowym i profilu domieszkowania, wymaganych dla wysokiej jakości fotonowych detektorów podczerwieni. Laboratorium jest finansowane i użytkowane przez Konsorcjum WAT - VIGO System S.A. (www.vigo.com.pl) i mieści się w Ożarowie Mazowieckim.

W 2014 roku otwarto w Ożarowie Mazowieckim kolejne laboratorium o charakterze badawczo-produkcyjnym, użytkowane przez Konsorcjum WAT (ZFCS) - VIGO System S.A. Podobnie jak laboratorium MOCVD, zlokalizowane jest ono w Ożarowie Mazowieckim w siedzibie firmy VIGO.
Głównym elementem wyposażenia laboratorium jest układ do epitaksji z wiązek molekularnych (ang. Molecular Beam Epitaxy - MBE) związków AIII-BV, wyprodukowany przez francuską firmę Riber (www.riber.com). Aparatura ta umożliwia osadzanie ultracienkich warstw o skokowo zmieniającym się składzie i domieszkowaniu. Dzięki temu zostały istotnie rozszerzone możliwości zarówno badawcze jak i produkcyjne Konsorcjum. Aktualnie możliwe stało się wytwarzanie struktur półprzewodnikowych z precyzyjniej niż do tej pory kontrolowanym profilem składu. Otwiera to drogę do badań nowych typów struktur, które mają potencjał do zastosowania ich w nowej generacji detektorów podczerwieni dla zastosowań specjalnych. W obszarze zainteresowań Konsorcjum są zarówno struktury w których uwidacznia się kwantowy efekt rozmiarowy, np. pojedyncze studnie kwantowe lub supersieci, jak i niektóre materiały objętościowe z grupy związków AIII-BV, np. InAsSb.

Laboratorium wyposażone jest w pracownię fotolitograficzną, chemiczną, a także laboratorium próżniowe wyposażone w stanowiska do otrzymywania warstw dielektrycznych metodą rozpylania jonowego oraz metalicznych metodą parowania próżniowego. Dodatkowo, w 2014 roku wyposażenie laboratorium zostało uzupełnione o półautomatyczny bonder – przyrząd umożliwiający wykonywanie mikro-połączeń elektrycznych. Taka baza aparaturowa pozwala nam wytwarzać kompletne struktury oraz przyrządy detekcyjne.

Laboratorium zlokalizowane jest przy ulicy Kaliskiego 2 w Warszawie (bud. 100, p. 97).

Laboratorium umożliwia nam wykonywanie charakteryzacji optycznych i elektrycznych wytwarzanych struktur i przyrządów detekcyjnych. Wyposażone jest między innymi w:

  • spektrofotometr FTIR (z mikroskopem podczerwieni) do pomiarów charakterystyk widmowych transmisji, absorpcji i odbicia,
  •  nowoczesny układ do pomiaru szybkości odpowiedzi detektorów, w skład którego wchodzi pikosekundowy generator optyczny Ekspla PG 711 oraz oscyloskop Agilent pracujący w częstotliwościach do 8 GHz. Generator optyczny stanowi przestrajalne źródło promieniowania podczerwonego od bliskiej (1 400 nm) do dalekiej podczerwieni (16 000 nm). Podstawowym źródłem promieniowania jest pikosekundowy laser Nd:YAG,
  • profilometr optyczny WYKO NT 1100. Służy do obrazowania oraz charakteryzowania powierzchni materiałów półprzewodnikowych. Pozwala on na pomiary chropowatości, grubości warstwy, kształtu/geometrii profilu. Dokładność zobrazowania struktur jest na poziomie 0.1µm,
  • mikroskop optyczny (50-1000x) z kontrastem Nomarskiego;
  • Kriostacja do wstępnej charakteryzacji prądowo-napięciowej struktur półprzewodnikowych. Stacja pozwala na wykonywanie pomiarów elektrycznych w szerokim zakresie temperatur rozpoczynającym się od 75 K aż do 400 K. Stabilizacja temperatury jest rzędu ±0,05 K. Pomiary można prowadzić nawet na  6 strukturach jednocześnie.
  • zautomatyzowany układ do pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych oraz pojemnościowych fotodiod;
  • układ do pomiaru efektu Hall’a metodą van der Pauwa.

Laboratorium zlokalizowane przy ulicy Kaliskiego 2 w Warszawie (bud. 100, p. 162).

 

W Zakładzie Fizyki Ciała Stałego od ponad trzydziestu lat prowadzone są prace naukowo-wdrożeniowe w zakresie modelowania numerycznego zjawisk fizycznych towarzyszących transportowi nośników ładunku elektrycznego. Modelowanie to dotyczy zagadnień rozpatrywanych na wielu poziomach: materiału fotoczułego, struktury detekcyjnej, czy całego przyrządu elektronicznego. Nieustannie tworzone jest i aktualizowane własne oprogramowanie symulacyjne. Wiodącą rolę w Zakładzie pełni w tym zakresie dr hab. inż. Krzysztof Jóźwikowski, prof. WAT. Stworzone przez niego symulatory umożliwiają m.in. modelowanie wpływu różnych mechanizmów generacji i rekombinacji nośników ładunku, w tym defektów strukturalnych na parametry przyrządów półprzewodnikowych, modelowanie procesów związanych z szumem elektronicznym przyrządów, czy procesów opto-elektronicznych.

W ostatnich latach w Zakładzie, dzięki inicjatywie mgr inż. Jarosława Wróbla, rozwinięto również symulatory do modelowania struktury pasmowej ciał stałych, oraz struktur niskowymiarowych (np. supersieci). Z jego inicjatywy rozpoczęto również proces automatyzacji stanowisk pomiarowych w środowisku Labview firmy National Instrument, które aktualnie jest intensywnie rozwijane i sukcesywnie wdrażane przez mgr inż. Andrzeja Kowalewskiego.

Dodatkowe wsparcie dla naszych programów stanowi komercyjna platforma APSYS firmy Crosslight. Program ten zawiera szereg zaawansowanych modeli fizycznych przyrządów półprzewodnikowych, które umożliwiają modelowanie ich właściwości elektrycznych, optycznych i termicznych. Uwzględnienie różnych modułów sprawia, że ten pakiet symulacji staje się atrakcyjny również dla zastosowań związanych z modelowaniem numerycznym przyrządów opartych na przykład o supersieci II-iego typu z InAs/GaSb.