The object of research, development or design (in Russian) : Фазово-трансформированные наноструктуры из оксида галлия

The object of research, development or design (in Kazakh) : Фазасы түрленетін наноқұрылымды галий оксиді

Aim of work (in Russian) : Провести фундаментальное исследование нано- и микромасштабного теплового транспорта в фазово-трансформированных интерфейсных термических наноструктурах из оксида галлия, созданных с помощью высокоточной ионно-лучевой инженерии, для достижения предсказательного понимания характеристик теплового транспорта в будущих системах силовой электроники и термоэлектрических системах.

Aim of work (in Kazakh) : Болашақ қуатты электроника мен термоэлектрлік жүйелеріне бағытталған нано- және микромасштабта жылу энергиясын болжамды түрде басқаруына қол жеткізу үшін жоғары дәлдіктегі иондық сәулелік инженерияның әдісімен, фазасы түрленетін наноқұрылымды галий оксидінің жылу алмасу құбылысын іргелі зерттеуді жүргізу.

Методы исследования (на русском) : Для получения тонкой пленки гамма-фазы оксида галлия на подложке бета-фазы было использовано облучение ионами галлия с энергиями в кэВ и МэВ диапазонах на ускорителе ионов. Структурные характеристики фазового превращения были измерены с помощью рентгеновской дифрактограммы и Резерфордовской спектроскопии обратного рассеяния. Измерения теплопроводности облученных и необлученных образцов проводились с помощью метода теплоотражения во временной шкале. Для моделирования теплопроводности бета и гамма-фаз оксида галлия, были использованы методы теории функционала плотности и молекулярной динамики.

Методы исследования (на казахском) : Бета-фазалық субстрата үстінде гамма-фазалы галлий оксидінің жұқа қабықшасын алу үшін иондық үдеткіште кэВ және МэВ диапазонында энергиясы бар галлий иондарымен сәулелендіру қолданылды. Фазалық түрлендірудің құрылымдық сипаттамалары рентгендік дифракция және Резерфордтың кері шашырау спектроскопиясы арқылы өлшенді. Сәулеленген және сәулеленбеген үлгілердің жылу өткізгіштігі уақыт шкаласындағы жылуды шағылыстыру әдісімен өлшенді. Галий оксидінің бета және гамма фазаларының жылу өткізгіштігін модельдеу үшін тығыздықтың функционалдық теориясы мен молекулалық динамика әдістері қолданылды.

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе исследовании были получены тонкие пленки гамма-фазы оксида галлия на подложке бета-фазы оксида галлия с помощью ионного облучения. Толщина гамма-фазы оксида галлия варьировалась от 350 нм до 1000 нм. Фазовое превращение было подтверждено несколькими методами измерения структурного анализа. Результаты измерении показали, что теплопроводность гамма-фазы на порядок ниже чем бета-фазы, но выше чем значение аморфного оксида галлия. Результаты экспериментальных данных подтвердились также теоретическими моделями. Новизна этой работы является то, что впервые были проведены систематические исследования тепловых свойств полиморфных гетероструктур оксида галлия. Данные структуры представляют собой новый класс передовых материалов, позволяющих модулировать функциональные свойства на границах раздела без изменения химического состава материалов, в отличие от традиционных гетероструктур, полученных путем легирования.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Зерттеу барысында иондық сәулелендіруді пайдалана отырып, бета-фазалық галлий оксиді субстраталарының үстінде гамма-фазалық галлий оксидінің жұқа қабықшалары алынды. Галий оксидінің гамма фазасының қалыңдығы 350 нм-ден 1000 нм-ге дейін болды. Фазалық түрлендіру бірнеше өлшеу әдістерімен расталды. Өлшеу нәтижелері гамма-фазаның жылу өткізгіштігі бета-фазадан төмен, бірақ аморфты галлий оксидінің мәнінен жоғары екенін көрсетті. Эксперименттік мәліметтердің нәтижелері теориялық модельдермен де расталды. Бұл жұмыстың жаңалығы бірінші рет полиморфты галлий оксидінің гетероқұрылымдарының жылулық қасиеттеріне байланысты жүйелі зерттеулер жүргізілді. Бұл құрылымдар легирлеу арқылы алынған дәстүрлі гетероқұрылымдардан айырмашылығы, материалдардың химиялық құрамын өзгертпей, интерфейстердегі функционалдық қасиеттерді модуляциялауға мүмкіндік беретін жетілдірілген материалдардың жаңа класын білдіреді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Оксид галлия, являющийся полупроводником со сверх широкой запрещенной зоной, является очень многообещающим материалом для силовой электроники и термоэлектрики, поскольку он демонстрирует уникальное сочетание свойств, таких как высокое электрическое поле пробоя, приемлемая подвижность электронов, и низкая стоимость процесса изготовления. Однако существует фундаментальное ограничение данного материала, связанное с его низкой теплопроводностью. Поэтому эффективное управление тепловой энергией имеет решающее значение для дальнейшего развития силовой электроники и термоэлектриках. Проводимые исследования направлены на дальнейшее развитие передовой лазерной метрологии для оценки теплофизических свойств в передовых функциональных материалах на основе оксида галлия. Наши исследования также направлены на дальнейшее развитие и подготовку молодых казахстанских высокотехнологичных кадров в междисциплинарных областях, начиная от ионно-лучевой инженерии, передовой теплотехники и заканчивая физикой фононного переноса.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Галий оксиді, ультра кең диапазонды жартылай өткізгіш ретінде табыла отырып, қуатты электроника мен термоэлектриктар үшін өте перспективті материал болып есептелінеді, себебі ол жоғары ыдырау электр өрісі, электрондардың жаксы қозғалғыштығы және арзан өндіріс процесі сияқты қасиеттерінің иесі болып табылады. Дегенмен, бұл материалдың төмен жылу өткізгіштігіне байланысты түбегейлі шектеуі бар. Сондықтан жылу энергиясын тиімді басқару қуатты электроника мен термоэлектриктарды одан әрі дамыту үшін өте маңызды мәселе. Осында жүргізілген зерттеулер галий оксиді негізіндегі жаңа функционалды материалдардағы термофизикалық қасиеттерді бағалау үшін озық лазерлік метрологияны одан әрі дамытуға бағытталған. Біздің зерттеулеріміз сондай-ақ иондық сәулелік инженериядан, озық жылу техникасынан бастап, фонондық көлік физикасына дейінгі пәнаралық салаларда жас қазақстандық жоғары технологиялық кадрларды одан әрі дамытуға және оқытуға бағытталған.

Level of implementation (in Russian) : Не предусмотрено

Level of implementation (in Kazakh) : Көзделмеген

Efficiency (in Russian) : Эффективность результатов состоит в том, что были получены новые кристаллические фазы оксида галлия в виде тонких пленок с помощью ионного облучения и впервые были измерены теплопроводность гетероструктур гамма/бета оксида галлия. Данные результаты показывают возможность контролировать теплофизические свойства материалов на границах раздела без изменения химического состава, что позволит в будущем повысить эффективность полупроводников в силовой электронике, а также термоэлектрических устройствах.

Efficiency (in Kazakh) : Нәтижелердің тиімділігі галлий оксидінің жаңа кристалдық фазаларын иондық сәулеленуді қолдана отырып, жұқа қабықшалар түрінде алынуда және онымен қоса гамма/бета галлий оксиді гетероқұрылымдарының жылу өткізгіштігінің алғаш рет өлшенгенінде болып табылады. Бұл нәтижелер химиялық құрамын өзгертпестен интерфейстердегі материалдардың термофизикалық қасиеттерін қадағалауға мүмкіндік бере отырып, болашақта қуатты электроникадағы жартылай өткізгіштердің және термоэлектрлік құрылғылардың тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Новые материалы для силовой электроники и термоэлектрических устройств.

Field of application (in Kazakh) : Қуатты электроника мен термоэлектрлік құрылғыларға арналған жаңа материалдар