Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания – 2018 г.

Ръководител: доц. д-р Георги Добриков

Участници: Доц. д-р инж. Георги Добриков; доц. д-р инж. Мария Александрова-Пандиева; проф. д-р инж. Валентин Видеков; доц. дн инж. Ивайло Пандиев; д-р инж. Георги Колев; маг.инж. Йорданка Дуцолова; маг.инж. Цветозар Цанев

Анотация: Предложеният проект дава 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 разкрива възможности за проектиране, резлизиране и тестване на по-ефективни устройства с подобрени сензорни свойства. Предимството е, че реакцията на устройството може да бъде комбинирана от типа "двe в едно" - реагиране при промяна в топлинната енергия и/или при промяна в кинетичната енергия - поради комбинираните пиро- и пиезоелектрични 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 SrОи калиев ниобат KNbO₃, върху силициеви пластини, конзоли и мембрани за подобряване на тяхната ефективност и производителност в нови сензорни устройства. Първата цел на проекта е съвместното разпрашване на безоловни фероелектрични тънки слоеве със силна пиезоелектрична и пироелектрична реакция върху силиций. 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. Ще бъдат разработени силициеви кантилеври и резонаторни мембрани за нуждите на измерването на механични параметри (маса, сила, налягане, и т.н.) в допълнение към топлинните.

Специфични цели на проекта и очаквани резултати са:

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.