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, Al 2 O 3, AlN, TiO x, Ta x O y, Ga x N y, Si x N y, Si x C y, 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