Русская Википедия:Кукушкин, Сергей Арсеньевич

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Серге́й Арсе́ньевич Куку́шкин (род. 9 марта 1954, Ленинград, СССР) — российский физик и химик, специалист в области кинетической теории фазовых переходов первого рода, роста тонких пленок и наноструктур, лауреат государственных премий за открытие, объяснение, и внедрение в производство топохимической реакции монооксида углерода (угарного газа) с поверхностью кремния по принципу эндотаксиальной (хемоэпитаксиальной) самосборки замещающих атомов с образованием наноплёнки карбида кремния, которая может стать основой интегральных микросхем, дополнив или заменив кремний.

Биография

Родители

Отец — Арсений Иванович Кукушкин (1924—2012) — кандидат геолого-минералогических наук, работал во ВСЕГЕИ с 1957 г., ветеран ВОВ — служил в шхерном отряде Кронштадтского МОР КБФ, медаль «За оборону Ленинграда».

Наличие в домашней коллекции отца окаменелости дерева триасового периода, в котором органические вещества были полностью замещены неорганическими минералами без нарушения изначальной структуры тканей, впоследствии навело Кукушкина на идею использования подобного принципа замещения атомов в химии твёрдого тела.

Мать — Маргарита Кукушкина (1925—2007) — доктор исторических наук, известный археограф-источниковед, зав. Отделом рукописной и редкой книги БАН СССР в 1970—1986 гг., отв. ред. факсимильного воспроизведения Радзивиловской летописи.

Образование, научная и педагогическая деятельность

В 1977 году окончил Ленинградский Краснознамённый химико-технологический институт.

В 1982 году защитил диссертацию кандидата наук в области физики твёрдого тела в Харьковском политехническом институте на кафедре физики металлов и полупроводников (до 1982 г. — кафедра металлофизики).

В 1991 году защитил докторскую диссертацию в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе.

После этого возглавил лабораторию «Структурных и фазовых превращений в конденсированных средах» новосозданного Института проблем машиноведения Российской академии наук.

В 2005 году разработал и запатентовал способ получения плёнки карбида кремния отжигом пористого углерода на поверхности кремния.

В 2008 году опубликовал и запатентовал новый способ получения плёнки карбида кремния в реакции кремния с монооксидом углерода.

В 2012 году опубликовал работу, где впервые произведён нитрид-галлиевый светодиод на кремнии с буферным слоем карбида кремния.

Работает помимо ИПМаш РАН в СПбАУ РАН, где с 2010-го года разработал и преподаёт курс лекций «Фазовые переходы», а также имеет аффилиации СПбПУ, ИТМО.

Соучредитель ООО «Новые кремниевые технологии», получившей грант Сколково, а также курирующего фонда.

Организовал международные конференции по нуклеации: NPT98, NPT2002, MGCTF’19 — последняя из которых была посвящена памяти В. В. Слёзова — учителя и соавтора.

На 2020 год является автором около 500 научных работ с индексом Хирша 22, а также более 20 патентов.

Значение получения плёнок карбида кремния

Карбид кремния имеет прочность, теплопроводность, температуры эксплуатации и ширину запрещённой зоны как минимум в 2 раза выше, чем у кремния, что делает его предпочтительной полупроводниковой основой микроэлектроники. Он также обладает радиационной стойкостью, позволяющей применение в космической и ядерной отраслях промышленности. В оптоэлектронике карбид кремния лучше, чем сапфир, подходит для выращивания высококачественных кристаллов нитрида алюминия и нитрида галлия, за получение которых японцам была вручена Нобелевская премия по физике 2014.

Тем не менее аналога Кремниевой долины на базе карбида кремния не возникло, поскольку, во-первых, он редко встречается в природе в чистом виде, во-вторых, его в кристаллической форме не получить обычным методом Чохральского из расплава, так как карбид кремния при высоких температурах не расплавляется, а сублимирует из твёрдого агрегатного состояния. Монополистом на рынке карбида кремния и светодиодов на его основе остаётся американская компания Cree, реализующая технологию производства объёмных кристаллов, разработанную ещё в СССР в ЛЭТИ Ю. М. Таировым.

Получение плёнки SiC в реакции Si c CO

По свидетельству С. А. Кукушкина, открытие реакции далось почти случайно. Навязчивая идея о необходимости соединения кремния Si с углеродом C посредством их совместного отжига в вакуумной печи возникла, несмотря на ясное понимание того, что при температурах порядка 1000—1250 °C ни химическая реакция, ни диффузия между этими веществами не должны происходить. Однако, вопреки всему слой SiC образовался на поверхности Si в результате экспериментального отжига. Как оказалось, в печи был плохой вакуум, и воздух c кислородом O окислял углерод в монооксид углерода CO, который хорошо реагирует с кремнием:

<math>\mathrm{2Si + CO_{gas} \rightarrow SiC + SiO\uparrow}</math> (Температура 1100—1300 °C, давление CO газа 70—700 Па)

Данная реакция происходит за счёт того, что атомы O уносят с собой половину приповерхностных атомов Si, образуя вакансии кристаллической решётки, куда потом встраиваются атомы C, образуя монокристаллическую плёнку SiC толщиной ~150 нм. Этот процесс нетривиален и определяется взаимодействием внедрённых точечных дефектов кристалла, находящегося в метастабильном состоянии перед его кристаллизацией в плёнку. При формировании плёнки из исходной структуры подложки, ввиду того что межатомное расстояние в SiC на 20 % меньше такового в Si, она начинает сжиматься, а поскольку слой SiC гораздо прочнее Si, то это сжатие приводит не к дефектам в плёнке (как при постепенном наращивании мономолекулярных слоёв стандартной гетероэпитаксией), а к разрыву кремния под плёнкой с образованием пор под ней. Свободно висящая плёнка над пустотами, подобно мосту на сваях, освобождается от деформаций, возникающих из-за несоответствия кристаллических решёток плёнки и подложки, а также наполовину демпфирует деформации, возникающие при остывании композитной пластины из-за разницы в коэффициентах теплового расширения материалов. Таким образом, качественный результат, получаемый искусственно пендеоэпитаксией, при данной хемоэпитаксии возникает естественным образом — система плёнка-подложка при формировании сама пытается избежать пограничного сковывания.

Награды и премии

• Соросовский профессор (1997)
• Премия РАН им. П. А. Ребиндера (2010) за цикл работ «Химическая самосборка кристаллической поверхности: новый метод направленной нуклеации эпитаксиальных плёнок»
• Премия правительства Санкт-Петербурга им. А. Ф. Иоффе (2014) за выдающиеся научные результаты в области науки и техники (номинация по физике и астрономии)
• Заслуженный деятель науки РФ Указом Президента Российской Федерации от 04.07.2016 № 320 «О награждении государственными наградами Российской Федерации»
• Руководитель многих выигранных в разные годы грантов РФФИ, РНФ, программ фундаментальных исследований Президиума РАН и др.

Монографии и обзоры

• С. А. Кукушкин, В. В. Слёзов. Дисперсные системы на поверхности твёрдых тел (эволюционный подход): механизмы образования тонких плёнок. СПб: Наука. 1996. — 304 с.
• S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. New phase formation on solid surfaces and thin film condensation // Progress in Surface Science 51(1), 1—107 (1996)
• С. А. Кукушкин, А. В. Осипов. Термодинамика и кинетика фазовых переходов первого рода на поверхности твёрдых тел // Химическая физика 15(9), 5—104 (1996)
• С. А. Кукушкин, А. В. Осипов. Процессы конденсации тонких плёнок // Успехи физических наук 168(10), 1083—1116 (1998)
• S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Nucleation kinetics of nano-films. In «Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology», edited by H.S. Nalwa, USA, V. 8, pp. 113–136, ISBN 1-58883-001 (2004)
• S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Nucleation and growth kinetics of nanofilms. In «Nucleation theory and applications», edited by J.W.P. Schmelzer, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, pp. 215–253 (2005)
• S.A. Kukushkin, A.V. Osipov, V.N. Bessolov, B.K. Medvedev, V.K. Nevolin, K.A. Tcarik. Substrates for epitaxy of gallium nitride: new materials and techniques // Review of Advanced Materials Science 16(1), 1—32 (2008)
• С. А. Кукушкин, А. В. Осипов. Фазовые переходы и зарождение каталитических наноструктур под действием химических, физических и механических факторов // Кинетика и Катализ 49(1), 85—98 (2008)
• S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Theory of Phase Transformations in the Mechanics of Solids and Its Applications for Description of Fracture, Formation of Nanostructures and Thin Semiconductor Films Growth // Key Engineering Materials 528, 145—164 (2012)
• С. А. Кукушкин, А. В. Осипов, Н. А. Феоктистов. Химическая самосборка монокристаллической пленки: новый метод направленной нуклеации: от теории до практики // Российский Химический Журнал 57(6), 32—64 (2013)
• V.N. Bessolov, E.V. Konenkova, S.A. Kukushkin, A.V. Osipov and S.N. Rodin. Semipolar gallium nitride on silicon: Technology and properties // Reviews on Advanced Materials Science 38, 75—93 (2014).
• С. А. Кукушкин, А. В. Осипов, Н. А. Феоктистов. Синтез эпитаксиальных плёнок карбида кремния методом замещения атомов в кристаллической решётке кремния // ФТТ 56 (8), 1457 (2014)
• S.A. Kukushkin, A.V. Osipov. Theory and practice of SiC growth on Si and its applications to wide-gap semiconductor films // J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 313001 (2014)

Примечания

Внешние ссылки