«Наука в Сибири» № 6 (2841) 9 февраля 2012 г. ПОЛВЕКА В РАДИАЦИОННОЙ ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 17 января исполнилось бы 80 лет Леониду Степановичу Смирнову, доктору физико-математических наук, профессору, лауреату Государственной премии СССР, Заслуженному деятелю науки и техники РСФСР. Он не дожил до своего юбилея два месяца. Леонид Смирнов родился 17 января 1932 года в старинном уральском селе Хомутинино Челябинской области. Семья была большая и дружная. Связь Л. С. Смирнова с родным селом не прерывалась всю его жизнь. Здесь было начало всему: увлечениям охотой, рыбалкой, поэзией, живописью и, конечно, спортом. В 1949 году Л. С. Смирнов поступает в Ленинградский государственный университет, после окончания которого в сентябре 1954 года он был принят в ФИАН, в лабораторию полупроводников, возглавляемую академиком Б. М. Вулом. В ФИАНЕ он попал в группу «Действие излучений на полупроводники» (руководитель — д.ф.-м.н. В. С. Вавилов), что и определило его научные интересы на протяжении последующих лет. Группа занималась разработкой сплавных германиевых транзисторов, вопросами превращения солнечной энергии и энергии радиоактивного распада в электроэнергию. В 1956 году Л. С. Смирнов был уже младшим научным сотрудником, в 1961 году защитил кандидатскую диссертацию на тему: «Действие быстрых электронов на электрофизические свойства германия». В конце 50-х годов появились идеи управления свойствами кристаллов путем облучения быстрыми частицами. Первые эксперименты по облучению полупроводников быстрыми частицами привели к интересным и непонятным тогда эффектам. В 1962 году Л. С. Смирнов принимает предложение А. В. Ржанова о переезде в Новосибирск. В новом институте (тогда он назывался Институтом физики твёрдого тела и полупроводниковой электроники, а с 1964 года — Институтом физики полупроводников) Леонид Степанович организовал и возглавил лабораторию радиационной физики, успешно проработавшую под его руководством в течение 40 лет. На протяжении всей своей научной деятельности Л. С. Смирнов развивал представления о реакциях неравновесных точечных дефектов (вакансий и междоузельных атомов, вводимых облучением быстрыми частицами) между собой и другими несовершенствами структуры. Гипотеза о подвижности (миграции) элементарных точечных дефектов при комнатной температуре, а также при температурах, используемых при технологических обработках в полупроводниковой электронике, являлась основой постановки многих исследований в радиационной физике полупроводников. Начало было положено публикацией «К теории аннигиляции радиационных дефектов» (А. В. Спицын, Л. С. Смирнов, ФТТ, 1962 г.). Уже в 1966 году в лаборатории радиационной физики был закончен цикл исследований, начатый ещё в ФИАН по изучению процессов ионизации при облучении полупроводников быстрыми частицами. Были определены энергии образования неравновесных электронно-дырочных пар. Их значения для кремния оказались равными 3,9+/-0,4 эВ, для германия — 3,0+/-0,7 эВ. Показано, что температурные зависимости энергий ионизации незначительны. Эти данные легли в основу построения теории ионизационных потерь в кристаллах и разработки детекторов частиц. Превышение в несколько раз величины энергии образования неравновесных электронно-дырочных пар по сравнению с шириной запрещённой зоны естественно было объяснено генерацией горячих носителей и их термолизацией при взаимодействии с фононами. В 1969 году Л. С. Смирнов защитил докторскую диссертацию на тему «Радиационные эффекты в некоторых полупроводниках». В то время актуальной также была проблема определения пороговой энергии смещения атомов из узлов при облучении материалов быстрыми частицами — энергии образования пары Френкеля: вакансии и междоузельного атома. Очевидно, что эта величина являлась ключевой в расчётах любых радиационных воздействий на материалы. Экспериментальные результаты многочисленных работ того времени давали значительный разброс величин пороговой энергии, которые в свою очередь не совпадали с экспериментальными данными по определению энергии активации образования равновесных точечных дефектов. Постановка достаточно изящных экспериментов по слежению за введением доминирующего комплекса, включающего вакансию (А-центр в кремнии — комплекс вакансия — кислород), позволила решить одну из самых дискуссионных проблем по величине пороговой энергии. Величины пороговой энергии при комнатной температуре для кремния оказались равными 20,4 эВ при ориентации пучка электронов вдоль направления {111}. Оказалось, что пороговые энергии имеют заметную температурную зависимость и слабо зависят от кристаллографической ориентации. Так, в кремнии пороговая энергия уменьшается в два раза при повышении температуры от комнатной до 700 градусов Цельсия. В начале 60-х годов в мире активно начинались работы по реализации красивой идеи, предложенной в 50-х годах и заключающейся в использовании ускорительной техники для введения нужных элементов в полупроводники. Очевидная привлекательность такого метода заключалась в осуществлении легирования полупроводников на необходимую глубину любыми элементами из таблицы Менделеева с прецизионным контролем уровня вводимой концентрации элементов. Лаборатория радиационной физики включилась в исследования по ионной имплантации, начав с конструирования и изготовления простых имплантеров. Однако реализация идеи встретила серьезные проблемы, связанные, прежде всего, с большим количеством дефектов, приходящихся на каждый внедрённый элемент. Эти проблемы вызывали обоснованный скептицизм в возможности реализации многих предсказываемых достоинств ионной имплантации, особенно у представителей предприятий полупроводниковой электроники. Исходя из практических результатов ионной имплантации, они говорили, что ионная имплантация может служить только как метод создания чистых источников легирующих элементов для последующей диффузионной разгонки в монокристаллический полупроводник из дефектного слоя, нарушенного ионным облучением. Что касается самого дефектного слоя, то его изучение оценивалось как бесперспективное направление. Очевидно, что такая перспектива значительно сужала возможности ионной имплантации, прежде всего в создании легированных слоев с толщиной нанометрового масштаба. Исследования, проведенные в лаборатории Л. С. Смирнова, привели к обнаружению эффектов захвата (вбивания) примесных атомов, адсорбированных на поверхности, описанию особенностей диффузии примесей из слоёв, насыщенных радиационными дефектами; доказательству, что вторичные эффекты (реакции в дефектно-примесной подсистеме) доминируют в формировании профилей распределения внедрённых примесей по глубине легируемого слоя. Были обнаружены и объяснены эффекты аморфизации и рекристаллизации, эффекты больших доз и импульсной ориентированной кристаллизации. Разработаны основы создания уникальных структур, синтезируемых из ионных пучков, таких как, например, «кремний-на-изоляторе». Признание успехов в работе по этой проблеме особенно ярко проявилось на двух Советско-американских семинарах по ионной имплантации (1977 г. и 1979 г.), в которых значительное представительство отводилось сотрудникам лаборатории радиационной физики Института физики полупроводников. Впоследствии в 1988 году Л. С. Смирнову в составе авторов была присуждена Государственная премия СССР за исследование и разработку импульсного (лазерного) отжига разупорядоченных ионной имплантации слоев, приведших к открытию эффекта импульсной ориентированной кристаллизации. В настоящее время технология ионной имплантации является фактически единственной в процессах легирования полупроводников при производстве изделий электронной техники. Импульсный (лазерный) отжиг стал также базовой технологией в создании различных схем и приборов, в частности, большеформатных матриц полевых транзисторов, используемых для управления жидкокристаллическими дисплеями при массовом производстве мониторов (телевизоров). Результатом работы Леонида Степановича и его учеников является направление, родившееся на стыке физики твёрдого тела, физики и химии полупроводников и атомной физики. Это направление основано на фундаментальных явлениях и базе данных по взаимодействию быстрых частиц с твёрдым телом. На основе обнаруженных явлений были разработаны методы радиационной модификации и создания метастабильных систем. Практическими приложениями являются ионная имплантация, ядерное (трансмутационное) легирование материалов, импульсная обработка (перекристаллизация) материалов, ионный синтез, введение активных центров, создание разупорядоченных систем, радиационно-ускоренная диффузия, повышение стабильности материалов и приборов. Начиная с 1972 года по инициативе и под руководством Л. С. Смирнова проводились ежегодные Всесоюзные семинары по радиационной физике полупроводников. Семинар стал смотром достижений за год, проверкой новых идей, обменом планами, знакомством с молодежью, форумом подготовки диссертаций. Активными участниками были специалисты Академии наук и вузов из Москвы, Ленинграда, Гатчины, Киева, Обнинска, Тбилиси, Ташкента, Риги, Вильнюса, Красноярска, Томска и, что важно — специалисты отраслевых министерств. Непринужденная, дружеская обстановка, бурные и плодотворные дискуссии, результативные контакты сделали семинар координационным центром по проблеме радиационной физики полупроводников в стране. Почти 40 лет Леонид Степанович был членом специализированного Совета по защитам кандидатских и докторских диссертаций Института физики полупроводников, много лет он руководил работой институтского семинара. Под его руководством защищено 36 кандидатских диссертаций, 9 его учеников стали докторами наук. Леонид Степанович является автором около 200 научных статей и четырёх монографий. Его книги переведены на разные языки мира. Особой его гордостью было издание монографии «Легирование полупроводников методом ядерных реакций» на китайском языке. Леонид Степанович был человеком принципиальным. Он мог поступиться чем-то второстепенным, но для него всегда существовал нравственный барьер, за который он никогда не переходил. Леонид Степанович был очень активным человеком, любил природу, был заядлым охотником, автолюбителем, грибником. Увлекался игрой в теннис и шахматы. Организовывал и сам участвовал в разных спортивных мероприятиях. Память о нем навсегда сохранится в сердцах знавших его людей. Академик А.Л.Асеев, член-корр. РАН А.В.Двуреченский, член-корр. РАН И.Г.Неизвестный, д.ф.-м. н. Г.А.Качурин, д.ф.-м.н. В.П.Попов стр. 10