В работе представлены результаты комплексного исследования процессов формирования, механизмов токопереноса и оптических свойств периодических многослойных структур на основе оксида цинка (ZnO), синтезированных методом низкотемпературного магнетронного распыления. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания новых поколений прозрачных проводящих электродов для гибкой электроники, дисплеев и фотонных устройств в условиях дефицита и высокой стоимости традиционного материала ITO (In₂O₃:Sn).

Разработана физическая модель самоорганизации периодических наноструктур при магнетронном распылении нестехиометрических оксидных мишеней. Показано, что ключевую роль в этом процессе играют гистерезисные явления и динамические нестабильности плазменного разряда, приводящие к периодическому переключению между металлической и оксидной модами поверхности мишени. Обнаружены и охарактеризованы незатухающие токовые осцилляции с частотой около 10 кГц, возникающие в области аномального тлеющего разряда. Предложена модель, описывающая эти осцилляции как автоколебательный процесс типа «хищник-жертва», в котором периодически чередуются процессы распыления и окисления поверхности мишени.

Теоретически обоснован и экспериментально реализован принцип модулированного легирования в многослойных структурах ZnO/ZnMgO/AZO с пространственным разделением функций высокой концентрации носителей (в легированных слоях AZO) и высокой подвижности (в диэлектрических спейсерах). Методом самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона (подход Коэна) показано, что при толщине спейсерного слоя 0,3–0,5 нм формируются потенциальные ямы с вырожденным электронным газом, обеспечивающие высокую проводимость при температурах синтеза ниже 200 °C. Проведено сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными для структур 32×(Al₂O₃/ZnO), показавшее отклонение не более 15%.

Установлена ключевая роль межзеренных границ (МЗГ) в формировании транспортных свойств поликристаллических слоев ZnO. Показано, что сегрегация алюминия на МЗГ приводит к образованию наноразмерных проводящих каналов, а управление химическим составом и структурой границ является эффективным инструментом модификации проводимости материала. Предложена модель формирования потенциальных ям на МЗГ за счет взаимодействия сегрегированного алюминия с поверхностными слоями ZnO и образования восстановленных слоев металлического цинка.

Результаты работы создают научно-техническую основу для проектирования новых поколений прозрачных электродов и функциональных слоев для фотонных устройств, систем отображения информации и гибкой электроники.

Сметанин Егор Александрович — аспирант и молодой исследователь в области нанотехнологий и микросистемной техники. Родился в Москве в 1998г. С ранних лет проявлял интерес к точным наукам и инженерии, что определило его дальнейший образовательный и профессиональный путь.

Образование:

- 2015–2019 гг. — бакалавриат в Инженерной академии Российского университета дружбы народов (РУДН) по направлению «Наноинженерия». В период обучения активно участвовал в научно-исследовательской работе.

- 2019–2021 гг. — магистратура в РУДН по направлению «Нанотехнологии и микросистемная техника»

- С 2021 гг. — аспирантура РУДН по направлению «Математика и механика» (специальность 2.2.9 — Проектирование и технология приборостроения и радиоэлектронной аппаратуры). Тема диссертационного исследования: «Материалы с периодическими структурами на основе оксида цинка и их технология для информационно-измерительных приборов и радиоэлектронной аппаратуры».

Профессиональная деятельность:

С 2024 года работает техником в Лаборатории микроэлектроники и нанотехнологий Инженерной академии РУДН, где занимается синтезом и исследованием тонкопленочных оксидных материалов методом магнетронного распыления, а также разработкой методик компьютерного моделирования транспортных процессов в многослойных гетероструктурах .

Научные интересы:

Основные научные интересы связаны с физикой и технологией прозрачных проводящих оксидов, процессами самоорганизации в плазменных средах, компьютерным моделированием квантово-размерных эффектов в гетероструктурах, а также разработкой функциональных материалов для гибкой электроники и фотонных устройств.