Сучасні дослідження з фізики наногетерофазних структур
Дослідження адсорбційних явищ на поверхні гетероструктур на основі наноструктурованих широкозонних (оксидів металу) напівпровідників набули останнім часом нового дихання. Це, в першу чергу, пов’язано з можливістю створення на їх основі газових та біосенсорів.
Справа в тому, що радикальне збільшення аналітично-обчислювальних можливостей сучасних комп’ютерів зараз обмежується доставкою зовнішньої інформації (про температуру, зовнішнє електричне та магнітне поле, звуки, газовий склад середовища, запахи, смакові відчуття, колір, тощо), яка потребує аналізу та використання. Тому з особливою актуальністю постає питання про прилади, які аналізують параметри зовнішнього середовища (сенсори) та відповідним чином реагують на його зміни (активатори). З іншого боку, розвиток нанофізики дозволяє спостерігати експериментально нові ефекти, які можуть бути використані при створенні сенсорів, наприклад, для газового та біологічного середовищ. Однак у рамках сучасного підходу необхідно, щоб сенсори вписувались у мікроелектронну технологію групового виготовлення.
Тому на кафедрі проводяться роботи, спрямовані на інтеграцію нанорозмірних систем у мікроелектронну технологію з метою створення газових та біосенсорів. Вони показали, що на основі гетероструктур нанорозмірний адсорбційно активний шар – кремній можуть бути створені нелінійні елементи газових та біосенсорів нового покоління, які можуть бути повністю інтегровані в сучасну мікроелектронну технологію. В ролі адсорбційно-активних шарів використовуються наноструктуровані оксиди металів. Виявлені в них ефекти, що обумовлені нанорозмірністю системи, дозволяють побудувати алгоритми аналізу зміни їх електрофізичних параметрів при зміні навколишнього газового та біологічного середовищ.
Система параметрів, яка визначає нелінійні властивості такої гетероструктури, може бути цілком визначена з електричних вимірювань. Використання диференціальних характеристик значно підвищує інформативність отриманих результатів і обумовлює досягнення рекордних параметрів сенсорних приладів. Це дозволяє розширити можливості використання сенсорних систем, побудованих за запропонованими авторами принципами (Ільченко В.В., Кравченко О.І., Грінченко В.Т. Патент України. № 64151 G 01N7/00 G01N27/00. Пріоритет від 17.02.2003 р. Бюлетень №2, 16.02.2004. Пристрій для детектування газів та спосіб його використання). Так, проведені дослідження на тестових лабораторних макетах сенсорних гетероструктур з використанням нанорозмірних оксидів металів дозволили визначити різницю в продуктах видиху хворих на ниркову недостатність до і після процедури діалізу. Ця робота виконувалась спільно з акад. НАНУ Грінченком В.Т. (Інститут гідромеханіки НАН України) та акад. НАМНУ Майданником В.Г. (Національний медичний університет імені О.О. Богомольця). Цикл досліджень на лабораторних зразках такої сенсорної системи був виконаний на замовлення фірми LG для вивчення можливості контролю якості харчових продуктів (м’яса та риби) при різних умовах їх зберігання.
Результати проведених досліджень показують можливість прямої інтеграції наноструктурованих об’єктів у сучасну кремнієву мікроелектронну технологію (отже, й у мікроелектромеханічні системи) і, таким чином, створення аналітичних приладів нового покоління (так званих систем «lab on chip») з мікропроцесорним аналізом інформації та дистанційною передачею даних.
В цьому напряму зараз плідно працюють доц. Лушкін О.Є., зав. НДЛ, ст. н. с. Телега В.М., м. н. с. Голобородько Н.С. та інші.