autoreferat - Jan Szmidt

Prof.dr hab.inż Jan Szmidt
Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Warszawa, 10.02.2012r.
AUTOREFERAT
1. Działalność naukowa i w zakresie rozwoju kadry, w tym tworzenia szkoły
naukowej.
Studia na Wydziale Elektroniki Politechniki Warszawskiej ukończyłem w 1976 roku.
Moja praca dyplomowa poświęcona była fotoelektrycznym metodom badania krzemu, a w
szczególności określeniu naprężeń i zanieczyszczeń w nim występujących.
Od 1 grudnia 1976 r. rozpocząłem pracę w Instytucie Technologii Elektronowej PW,
jako asystent stażysta (1976÷1977), następnie asystent (1977÷1978), starszy asystent
(1978÷1985), adiunkt (1985÷1999), profesor nadzwyczajny (1999÷2005) i profesor
zwyczajny (2005÷obecnie).
W latach 1976÷1985 prace moje dotyczyły zróżnicowanej tematyki badawczej. Jednak
coraz bardziej kierowałem się ku problemom technologiczno-materiałowym. W okresie tym
zajmowałem się przełączającymi strukturami typu MIS, a w szczególności opisem zjawisk
fizycznych w tych strukturach, a także początkami ich technologii. Wyniki tych prac
opublikowane zostały m. in. na Konferencji ESSDERC’79. Przez następne lata
opracowywałem dla potrzeb dydaktyki katalog technologii struktur MIS, co stało się
przedmiotem publikacji o nowoczesnej (wówczas) technologii V-MOS oraz umożliwiło
wprowadzenie do prowadzonych w Zakładzie Mikroelektroniki wykładów, tematyki
nowoczesnych i przyszłościowych technologii. Dydaktyka (m.in.opracowanie i prowadzenie
wykładu „Technologia Struktur GaAs”, ćwiczeń audytoryjnych do przedmiotów „Przyrządy
Półprzewodnikowe” i „Fizyka Ciała Stałego” oraz ćwiczenia laboratoryjne do przedmiotów
„Elementy Elektronowe”, „Elektronika Ciała Stałego”, a następnie „Przyrządy
Półprzewodnikowe”) stanowiła w pierwszych latach pracy w ITE PW główny obszar mojej
aktywności zawodowej.
Od 1979 roku zacząłem interesować się nietypowymi dla klasycznej mikroelektroniki,
warstwami amorficznymi i nanokrystalicznymi, wytwarzanymi metodami plazmowymi
(głównie metodą reaktywno-impulsowo-plazmową opracowaną i stosowaną na Wydziale
Inżynierii Materiałowej PW i metodą plazmową w.cz. stosowana, w Instytucie Inżynierii
Materiałowej Politechniki Łódzkiej). Warstwy te, to przede wszystkim warstwy węglowe o
wiązaniach charakterystycznych dla diamentu tj. diamentopodobne (DLC – diamondlike
carbon) lub nanokrystaliczne bądź amorficzne warstwy kubicznego azotu boru tzw. borazonu.
W okresie tym miałem możliwość bezpośredniego wpływania w pełnym tego słowa
znaczeniu, na dwie wymienione wyżej technologie plazmowe korelując ich parametry z
właściwościami otrzymanych warstw. Właśnie ta korelacja warunków technologicznych
wytwarzania warstw DLC i z azotku boru oraz właściwości tych warstw, połączona z
wszechstronnymi badaniami otrzymanych materiałów (elektrofizycznymi, elektrycznymi,
optycznymi, czy mechanicznymi) stanowiły główny zakres tematyczny mojej rozprawy
doktorskiej pt: „Właściwości elektrofizyczne warstw węglowych i z azotku boru
wytworzonych metodą reaktywno-impulsowo-plazmową na podłożu krzemowym”, którą
1
Rada Wydziału Elektroniki PW uznała za wyróżniającą się. Tej tematyce poświęcone były
moje publikacje z lat 1980 ÷ 1990.
W okresie tym odbyłem również staż naukowy w Instytucie Technologii Elektronowej
w Warszawie, gdzie zajmowałem się opracowywaniem technologii dyfuzji boru z warstw
azotku boru do krzemu oraz staż w Carnegie Mellon University w Pittsburgu (USA) gdzie
zajmowałem się pomiarami i charakteryzacją układów scalonych MIS w nowoczesnej
automatycznej stacji diagnostycznej firmy Hewlett Packard. Prace podstawowe uwieńczone
rozprawą doktorską, w której zresztą pojawiły się także wyniki pierwszych prób aplikacji
zostały rozwinięte w następnych latach, głównie w kierunku różnorodnych zastosowań
badanych materiałów. Prace moje posiadały charakter interdyscyplinarny łącząc w sobie
wyniki badań z zakresu fizykochemii powierzchni, mikroelektroniki oraz technologii
plazmowych i inżynierii materiałowej. Tak szeroki zakres prac umożliwił połączenie często
sprzecznych ze sobą tendencji technologicznych i właściwości otrzymanych materiałów oraz
heterostruktur półprzewodnikowych. Badania te realizowane były w ramach kilku projektów
badawczych, w tym również finansowanych przez Komitet Badań Naukowych.
W okresie do 1995 roku podstawowym badanym przeze mnie materiałem pozostały
warstwy diamentopodone, a uogólnienia wynikające z tych badań, jak również prace
technologiczne dotyczące wytwarzania i „obróbki” technologicznej (processingu) tych
warstw stały się przedmiotem mojej rozprawy habilitacyjnej „Diamentopodobne warstwy
węglowe wytwarzane metodami plazmowymi na potrzeby mikroelektroniki”, za którą w 1997
roku uzyskałem nagrodę Wydziału IV Nauk Technicznych PAN.
Tematyka materiałowo-technologiczna w dalszym ciągu dominowała w moich
pracach badawczych i dotyczyła w ostatnich latach całej grupy azotków (CN, BN, AlN,
GaN), czyli materiałów z pogranicza dielektryków i szerokopasmowych półprzewodników
oraz konstrukcji przy ich udziale heterostruktur półprzewodnikowych.
Badania tych warstw zaowocowały próbami różnych ich zastosowań w optyce
(warstwy antyodbiciowe dla lamp chirurgicznych czy baterii słonecznych, ogniwa
fotowoltaiczne), elektronice (heterozłącza półprzewodnikowe, warstwy pasywujące i
zabezpieczające dla przyrządów półprzewodnikowych, dielektryki bramkowe w strukturach
MIS, warstwy odprowadzające ciepło w tyrystorach GTO) czy biotechnologii (np.warstwy
zabezpieczające implanty medyczne w kontakcie z organizmem człowieka).
Elektronika krzemowa (zwłaszcza dla zastosowań wysokotemperaturowych) jak
również elektronika GaAs, czy ostatnio intensywnie rozwijającego się GaN potrzebują
nowych materiałów dla konstrukcji coraz bardziej złożonych przyrządów
półprzewodnikowych. Poszukuje się na przykład materiałów dielektrycznych dobrze
odprowadzających ciepło, o bardzo dużych lub bardzo małych stałych dielektrycznych w
zależności od ich zastosowań. Jeszcze inne właściwości powinny posiadać warstwy
materiałów dla zastosowań w optoelektronice czy bioelektronice. Wszystkie te materiały
powinny być wytwarzane metodami nieinwazyjnymi w stosunku do podłoża, a więc np. z
udziałem odpowiednio ukształtowanej plazmy. Tematyka technologiczno-materiałowa staje
się bardzo istotnym stymulatorem postępu w wielu dziedzinach techniki, w tym również w
elektronice.
Biorąc to pod uwagę od 1985 roku moje zainteresowania naukowe zaczęły się
poszerzać, w szczególności o badania heterostruktur wytwarzanych metodami plazmowymi
na podłożach krzemowych oraz o prace związane z nowym podłożem, jakim był SiC i
wykorzystaniem plazmy w technologii struktur elektronicznych Prace rozpoczęte w tym
zakresie, a będące wynikiem z jednej strony zdecydowanego rozwoju technologii
monokrystalizacji i homoepitaksji tego materiału, z drugiej zaś ogromnego zapotrzebowania
na rozwój i badania processingu SiC na potrzeby wytwarzania w nim struktur
półprzewodnikowych, stały się jednym z głównych obszarów mojej aktywności naukowej po
2
1995r. Należy podkreślić, że węglik krzemu jest materiałem pośrednim, jeżeli chodzi o
główne jego właściwości (np.szerokość pasma energii zabronionej, przewodnictwo cieplne,
czy krytyczne pole przebicia elektrycznego) pomiędzy diamentem, który wciąż pozostał
głównym obiektem moich badań, a krzemem, klasycznym i „ulubionym” materiałem
mikroelektroniki, a ostatnio także co raz częściej fotoniki.
Jeżeli chodzi zaś o heterostruktury wytwarzane na podłożach Si metodami
plazmowymi to zespół pod moim kierownictwem i ze znaczącym moim udziałem rozpoczął
badania, znanych od lat, ale wytwarzanych metodami bez udziału plazmy (głównie
klasycznymi metodami CVD) warstw BN, Al2O3, AlN, TiOx, TaxOy, GaxNy, SixNy, SixCy, na
podłożach Si, a także SiC.
Należy podkreślić, że rozwój technik plazmowych (głównie plazmy impulsowej oraz
RF i MW) pozwolił na konstrukcję coraz lepszej aparatury i zdecydowaną poprawę stanu
„panowania” nad tymi procesami. Jest w tym także mój udział głównie w rozwoju techniki
plazmowej RF (wieloletnia współpraca z Instytutem Inżynierii Materiałowej Politechniki
Łódzkiej) i plazmy impulsowej (już 35 letnia ciągła współpraca z Instytutem, a obecnie
Wydziałem Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej).
Jednak głównym nurtem badań pozostały warstwy diamentopodone i diamentowe (w
tym nanokrystalicznego diamentu) wytwarzane głównie na podłożach Si i ich wykorzystanie
w strukturach elektronicznych, zarówno klasycznych (przyrządy mikroelektroniczne) jak i
przyrządach optoelektroniki i sensoryki .
Prowadzone w tym czasie prace stały się początkiem budowania zespołu młodych
ludzi rekrutujących się z grona studentów biorących udział w moich badaniach.
Głównymi osiągnięciami tego okresu było:
• Opanowanie dwóch technologii plazmowych (plazma RF i plazma impulsowa)
pod kątem wytwarzania warstw o unikatowych właściwościach, a także
przystosowania tych technik do processingu struktur mikroelektronicznych, w
tym obróbki powierzchni i głębokiego trawienia;
• Wytwarzanie tranzystorów MIS FET z warstwami diamentopodobnymi jako
dielektrykiem, opracowanie technologii, zaprojektowanie i wytwarzanie
przyrządów o powtarzalnych charakterystykach elektrycznych, co stało się w
przyszłości podstawą struktur sensorowych z ich udziałem;
• Opracowanie szeregu hipotez prowadzących do wyjaśnienia zjawisk
decydujących o fizykochemicznych i elektrofizycznych właściwościach
wytwarzanych heterostruktur z warstwami diamentowymi i diamentopodobnymi;
W tym bardzo burzliwym, jeśli chodzi o rozwój współpracy międzynarodowej okresie
(po przełomie polityczno-gospodarczym w 1989r.), znaczącym obszarem mojej aktywności
była także promocja osiągnięć polskiej nauki w kraju i za granicą. Dotyczyło to organizacji
kolejnych edycji Sympozjów SET (Science, Education, Technology) w Warszawie, a także
konferencji (np.International Conference on „C-BN and Diamond Crystallization under
Reduced Pressure C-BN&D'95", Jabłonna, June 27-29,1995). Zwiazane było to z
ukierunkowaniem prowadzonych przeze mnie badań na ich aspekt aplikacyjny. Znalazł to
swoje udokumentowanie, nie tylko w szeregu publikacjach naukowych, ale także w
uzyskanych na targach innowacyjnych nagrodach (Pittsburgh, Londyn), a także włączeniu się
w organizację i pierwsze lata rozwoju Parku Naukowo Technologicznego Polska – Wschód w
Suwałkach.
Moja aktywność naukowa znalazła w tym okresie wyraz w realizacji (jako głównego
wykonawcy lub kierownika) kilkunastu projektów badawczych Ministerialnych (KBN) jak i
uczelnianych, a także międzynarodowych.
Był to okres bardzo pracowity i trudny, ale stwarzający możliwości rozwojowe jako
samodzielnego pracownika nauki.
3
Okres 1996÷2005 to główny czas budowania przeze mnie zespołu naukowego,
związanego z materiałami i technologiami elektronicznymi , niekrzemowymi, w tym głównie
plazmowymi na potrzeby współczesnej mikro i nanoelektroniki oraz fotoniki pod kątem
aplikacji sensorycznych, mikrosystemowych, a także przyrządów pracujących w
ekstremalnych warunkach (temperatura, moc, agresywne środowisko).
W okresie tym pojawiające się mozliwości badawcze w obszarze nowoczesnych
niekrzemowych technologii umożliwiły nie tylko rozwinięcie nowych obszarów dydaktyki,
ale przede wszystkim nawiązanie współpracy z szeregiem młodych ludzi (głównie ze
studentami I i II stopnia), z których najbardziej uzdolnieni, rozpoczęli następnie studia III
stopnia (doktoranckie) i zrealizowali swoje prace doktorskie, a w następnym okresie (lata
2005÷2010) zaawansowali swoje rozprawy habilitacyjne.
W roku 2005 na bazie Zakładu Układów Optoelektronicznych i Hybrydowych został
przeze mnie utworzony Zakład Technologii Mikrosystemów i Materiałów Elektronicznych,
który znacząco się rozwinął wykorzystując doświadczenia części starszej kadry z
poprzedniego Zakładu i możliwości rozwojowe nowej generacji kilku wypromowanych
przeze mnie doktorów, a także kilku kolejnych słuchaczy studiów doktoranckich (kolejne
przewody otwarte).
Należy zwrócić uwagę, że złożone zostały w tym okresie 2-wie rozprawy
habilitacyjne, a dwie następne są zaawansowane.
Aktywność naukowa Zespołu pracujacego pod moim kierownictwem i opieką
naukową w latach 1996÷2005, przejawiła się m.in.zrealizowaniem lub rozpoczęciem
realizacji ok.20 projektów badawczych.
Systematyczna praca naukowa i dydaktyczna połączona z działalnością organizacyjną
zarówno w Politechnice Warszawskiej jak i w Komitecie Elektroniki i Telekomunikacji PAN
i Zespołach Specjalistycznych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, aktywność w
promocji badań naukowych (organizacja konferencji naukowych) pozwoliły mi na
zbudowanie w tym okresie pozycji naukowej i organizacyjnej, a także bardzo rozwojowego
Zespołu, co można uznać za podstawę szkoły naukowej.
W latach 2005 – 2012 tj. po uzyskaniu tytułu profesora to lata rozwoju powstałego
Zakładu i ugruntowanie się Zespołu młodych naukowców pracujacych pod moim kierunkiem
– obecnie jest to grupa kilkunastu osób w tym wypromowanych przeze mnie doktorów,
doktorantów, a także bardzo dobrze rozwijajacych się studentów II stopnia. Moje
zainteresowania naukowe zawsze dotyczyły półprzewodników o specyficznych
właściwościach, dielektryków, a w szczególności materiałów z szerokim pasmem energii
zabronionych, w tym „króla” tych materaiałów – diamentu i innych warstw węglowych. Tak
więc naturalnym było zintensyfikowanie prac nad technologią, charakteryzacją i aplikacjami
grafenu. Prace te są prowadzone w Zakładzie od 2008 r. Obecnie jest to jeden z głównych
obszarów badawczych, rozwijanym pod moim kierunkiem i z moim udziałem.
Poza tym, wszyscy ci młodzi naukowucy brali lub biorą aktualnie udział w
realizowanych w Zakładzie w tym czasie 15-tu projektach badawczych na kwotę ok. 15 mln
PLN (pomijając udział w projektach inwestycyjnych finansowanych z Funduszy
Strukturalnych). W tych latach 2006÷2012 byłem m.in. kierownikiem znaczącego o wartości
20 mln PLN Projektu Badawczego Zamawianego.
Dotychczas wypromowałem 9-ciu doktorów, a 8-miu słuchaczy studiów
doktoranckich pozostaje obecnie pod moją opieką. Byłem ponad to recenzentem 18-stu prac
doktorskich, 5-ciu rozpraw habilitacyjnych, 3 wniosków o stanowisko profesora nzw. i 8
wniosków o tytuł profesora, a także 10-ciu recenzji wydawniczych.
Ważnym elementem mojej działalności był udział w opracowaniu dwóch ekspertyz
dla Komitetu Elektroniki i Telekomunikacji PAN.
4
Byłem w tym czasie wyróżniony nagrodami JM Rektora PW, a także dyplomami na
krajowych i międzynarodowych sympozjach naukowych i technologiczno – innowacyjnych.
Chciałbym tutaj wymienić także Indywidulaną Nagrodę Naukową Wydziału IV Nauk
Technicznych PAN (1997 r.)
Liczba cytowań 50-ciu wybranych publikacji, których byłem autorem lub
współautorem wg.JRC wynosi ponad 350.
2. Działalność dydaktyczna
Prowadzenie zajęć dydaktycznych rozpocząłem w semestrze zimowym r.ak.
1977/1978.
W latach 1977 ÷ 1997 prowadziłem zajęcia we wszystkich formach dydatycznych: wykłady
ćwiczenia rachunkowe i laboratoratoryjne, projekty, ale także lekcje (połączone zajęcia
wykładowe z ćwiczeniami rachunkowymi realizowane w małych 20 – 30 osobowych grupach
studentów) i zajęcia seminaryjne. Skupiały się one w dwóch obszarach.
Pierwszy z nich, główny na tym etapie pracy jako nauczyciela akademickiego to:
fizyka i elektronika ciała stałego oraz elementy i przyrządy elektroniczne (głównie
półprzewodnikowe).
W tym obszarze wymienić można takie przedmioty jak:
• Fizyka Półprzewodników
• Elektronika Ciała Stałego
• Podstawy Elektroniki Półprzewodnikowej
• Elementy Półprzewodnikowe
• Elementy Elektronowe
• Przyrządy Półprzewodnikowe
• Elementy i Układy Elektroniczne
Drugi obszar to wykłady z zakresu technologii półprzewodników tj.:
• Technologia Struktur GaAs
• Technologie krzemowe
• Technologie Wytwarzania Monolitycznych Układów Scalonych
• Kierunki Rozwoju Mikroelektroniki
Brałem udział zarówno w prowadzeniu tych przedmiotów jak i w opracowaniu ich
programów (wykłady, ćwiczenia) oraz realizacji kompletnych ćwiczeń laboratoryjnych
(technologia, pomiary, charakterystyka).
Od 1997 prowadziłem wciąż modernizowane i unowocześniane wykłady i projekty,
głównie z zakresu nowoczesnych, zaawansowanych technologii półprzewodnikowych i
podstaw fizycznych procesów technologicznych jak i zjawisk istotnych z punktu widzenia
nowoczesnych przyrządów mikro i optoelektronicznych (fotoniki i nanoelektroniki).
Należy tu wymienić takie przedmioty jak:
• Fizyka Ciała Stałego
• Fizyczne Podstawy Przetwarzania Informacji
• Elektronika Ciała Stałego
• Zaawansowane Technologie Mikro i Optoelektroniki
• Nanotechnologie
• Nanoprzyrządy i Nanostruktury
Należy zwrócić uwagę na podjęcie (głównie od strony technologiczno-pomiarowej) tematyki
szeroko rozumianych nanotechnologii. Przedmioty te jako cykl wykładów, projektów i
ćwiczeń laboratoryjnych wprowadziły w znacznym stopniu tą tematykę do Oferty
Programowej Wydziału, a realizowane są jako cykle wykładowe (różne w różnych
semestrach) również przez najwybitniejszych profesorów z tej dziedziny z kraju i z zagranicy.
5
Poza działalnością bezpośrednio dydaktyczną, uczestniczyłem w pracach
programowych i organizacyjnych procesu dydaktycznego pełniąc różne funkcje, z których
wymienić należy:
• Kierownik Zespołu Dydaktycznego Zakładu Mikroelektroniki i Nanoelektroniki
(1985 – 2005)
• Kierownik Zespołu Laboratoriów „Przyrządy Półprzewodnikowe” (1997 – 2005)
• Kontraktor i kierownik merytoryczny części międzynarodowego projektu
edukacyjnego „Education of Microtechnology” Tempus Phare S - JEP – 11298/96
(1996 – 1999).
• Współorganizator i wykładowca „Summer School of Technology” (2000 – 2002)
• Kierownik projektu „Modernizacja Zespołu Laboratoriów – Przyrządy
Półprzewodnikowe” finansowanego z Funduszu Rozwoju Uczelni i przez
Dziekana Wydziału (1999 – 2001).
Byłem także inicjatorem i opiekunem naukowym (do dzisiaj) Studenckiego Koła Naukowego
Mikroelektroniki i Nanoelektroniki, działającego aktywnie od 2000 roku.
6