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. Также кластерные облучения в кэВ режиме были использованы для контроля интерфейса. 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 и частотной 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. Сондай-ақ, интерфейсті басқару үшін кэВ режиміндегі кластерлік сәулелену қолданылды. Фазалық түрлендірудің құрылымдық сипаттамалары рентгендік дифракция және Резерфордтың кері шашырау спектроскопиясы арқылы өлшенді. Сәулеленген және сәулеленбеген үлгілердің жылу өткізгіштігі уақыт жане жиілік 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, полупроводник с ультра широкой запрещенной зоной, является перспективным материалом для силовой электроники и термоэлектрики благодаря уникальному сочетанию свойств: высокому электрическому полю пробоя, приемлемой подвижности электронов и относительно низкой стоимости производства. Тем не менее, его низкая теплопроводность представляет фундаментальное ограничение, которое необходимо преодолеть для успешного использования в высокомощной электронике и термоэлектрических приложениях. Текущие исследования направлены на развитие передовых лазерных методов метрологии для оценки теплофизических характеристик функциональных материалов на основе оксида галлия. Наши усилия также направлены на подготовку молодых казахстанских специалистов в высокотехнологичных и междисциплинарных областях, таких как ионно-лучевая инженерия, передовая теплотехника и физика фононного переноса.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Галлий оксиді – ультра кең диапазонды жартылай өткізгіш – күштік электроника мен термоэлектрика үшін жоғары әлеуетке ие материал, өйткені ол жоғары электрлік сынау өрісі, электрондардың қанағаттанарлық қозғалғыштығы және өндіріс процесінің салыстырмалы төмен құны сияқты қасиеттердің бірегей үйлесімін көрсетеді. Дегенмен, оның төмен жылу өткізгіштігі осы салада қолданудың негізгі шектеуі болып табылады. Қазіргі зерттеулер галлий оксиді негізіндегі функционалды материалдардың жылу-физикалық қасиеттерін бағалау үшін озық лазерлік метрология әдістерін дамытуға бағытталған. Біздің жұмысымыз, сонымен қатар, ион-сәулелік инженерия, озық жылу техникасы және фонон тасымалы физикасы сияқты жоғары технологиялық және пәнаралық салаларда қазақстандық жас мамандарды даярлауға бағытталған.

Level of implementation (in Russian) : Не предусмотрено

Level of implementation (in Kazakh) : Көзделмеген

Efficiency (in Russian) : В заявке было указано опубликовать одну статью в этом году и данная цель была достигнута. Наши результаты по теплофизическим свойствам двойных полиморфных структур γ/β-Ga₂O₃ были опубликованы в международном журнале APL Materials с импакт фактором 6.1. Тем самым эффективность работы высокая. Также стоит отметить, что впервые в литературе мы экспериментально измерили и теоретически подтвердили теплопроводность уникальных двойных полиморфных структур γ/β-Ga₂O₃, полученные с помощью ионной имплантации. Эти структуры представляют собой новый класс передовых материалов, позволяющий модулировать функциональные свойства на интерфейсах без изменения химического состава, в отличие от традиционных гетероструктур, создаваемых легированием. По сути, такие материалы можно отнести к «полиморфным гетероструктурам». В перспективе это открывает возможности для повышения эффективности полупроводников в силовой электронике и термоэлектрических устройствах.

Efficiency (in Kazakh) : Өтініште осы жылы бір мақала шығатыны туралы айтылды және бұл мақсат орындалды. γ/β-Ga₂O₃ қос полиморфты құрылымдардың термофизикалық қасиеттері бойынша нәтижелеріміз 6,1 импакт-факторы бар APL Materials халықаралық журналында жарияланды. Осылайша, жұмыс өнімділігі жоғары. Сондай-ақ, біз әдебиетте алғаш рет иондық имплантацияны қолдану арқылы алынған бірегей қос полиморфты γ/β-Ga₂O₃ құрылымдарының жылу өткізгіштігін тәжірибе жүзінде өлшеп, теориялық тұрғыдан растағанымызды атап өткен жөн. Бұл құрылымдар қоспалау арқылы жасалған дәстүрлі гетероқұрылымдардан айырмашылығы, химиялық құрамын өзгертпестен интерфейстердегі функционалдық қасиеттерді өзгертуге мүмкіндік беретін жетілдірілген материалдардың жаңа класын білдіреді. Шындығында, мұндай материалдарды «полиморфты гетероқұрылымдар» ретінде жіктеуге болады. Болашақта бұл қуатты электроника мен термоэлектрлік құрылғылардағы жартылай өткізгіштердің тиімділігін арттыруға мүмкіндіктер ашады.

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