„Фероелектрични оксиди върху силиций за нови сензорни устройства“

Име на проекта: № КП06-Н27/1 от 04.12.2018 г. „Фероелектрични оксиди върху силиций за нови сензорни устройства“

Продължителност: 04.12.2018 - 04.12.2020

Финансирано от:

Фонд „Научни изследвания“ към Министерство на образованието и науката

Анотация:

Предложеният проект ще даде нова перспектива за израстването и характеризирането на безоловни фероелектрични оксиди с висок пиезоелектричен и пироелектричен коефициент върху силиций, произведени по технология, съвместима с технологията на интегралните схеми и при по-ниски температури от епитаксията. Освен това, той ще разкрие възможности за проектиране, реализиране и тестване на по-ефективни устройства с по-високи резонансни честоти и подобрени сензорни свойства. Предимството е, че реакцията на устройството може да бъде комбинирана от типа "двe в едно" - реагиране при промяна топлинната енергия и/или при промяна в кинетичната енергия - поради комбинираните пиро- и пиезоелектрически свойства на използваните материали. По този начин може да се произведе мултисензорно устройство. Фундаменталният характер на проекта се засилва и от възможността да се изучи начинът за диференциране на двата ефекта, когато те се проявят едновременно. Мотивацията за този проект е да се осъществи подобрение в интеграцията и микропроизводството на безоловни фероелектрични тънки слоеве като ZnO, легиран с Ga, BaTiO₃, легиран със SrО и калиев ниобат KNbO₃, върху силициеви пластини, конзоли и мембрани за подобряване на тяхната ефективност и производителност в нови сензорни устройства.

Цел на проекта:

Първата цел на проекта е съвместното разпрашване на безоловни фероелектрични тънки слоеве със силна пиезоелектрична и пироелектрична реакция върху силиций. Настройката и следователно подобряването на съществуващите или създаването на нови свойства ще се извършва върху хетероструктури с градиент на химичния състав. Втората цел е да се наноструктурират фероелектрическите слоеве, за да се подобрят сензорните свойства на бъдещото устройство. Ще бъдат създадени тънки слоеве от сложни оксиди с контролируема морфология на нанониво, по-специално нанопръчковидни (nanorods), нанодървовидни (nanobranched) формирования и нанопори с регулируеми размери, за да се увеличи специфичната площ и по този начин да се подобри нейната ефективност чрез постигане на голямо съотношение повърхност към обща дебелина. Третата цел е да се разработи прототип на мултисензорен елемент от резонаторен тип. Ще бъдат разработени силициеви кантилеври и резонаторни мембрани като гъвкави носители за нуждите на измерването на механични параметри (маса, сила, налягане, въртящ момент и т.н.) в допълнение към топлинните. По отношение на конкретните очаквани резултати, свързани с новите знания, те са както следва:

1. Разработване на стратегия за ефективна интеграция на множество свойства (фероелектрични, следователно пиезоелектрични и пироелектрични) в едно устройство чрез използване на хетероструктури с градиент в химичния състав и по този начин прецизна настройка на техните функционални свойства.

2. Придобити знания за механизмите на растеж и наноструктуриране и намиране на връзката между производствените процеси, кристалната структура, състава, ориентацията, дебелината, вътрешните потенциали и другите функционални свойства на тънките фероелектрични свойства.

3. Проверка на фероелектричните свойства на оксидните тънки слоеве чрез интегриране в мултифункционален сензор - моделиране, дизайн, технологичен ред, монтаж и функционално тестване на сензорната структура.

4. Завършен прототип на мултифункционален сензор, базиран на силиций, с модерни фероелектрични тънки слоеве, като ключов материал. Той ще бъде основен демонстратор на концепцията, който ще бъде разгледан за възможно конкретно приложение в бъдеще.

Екип от ТУ-София:

Екип от ТУ-София:
Доц. д-р Георги Христов Добриков
Доц. д-р Мария Петрова Александрова – Пандиева
Проф. д-р Валентин Христов Видеков
Доц. дн Ивайло Миланов Пандиев
Д-р инж. Георги Добрев Колев
Докторант маг. инж. Йорданка Дилянова Вучева
Докторант маг. инж. Цветозар Дамянов Цанев

Допълнителна информация:

https://maleksandrova.wixsite.com/oled/recent-projects

Координатор на проекта: Доц. д-р инж. Георги Христов Добриков