RU2192689C1 - Method for producing silicon nanostructures - Google Patents

Method for producing silicon nanostructures Download PDF

Info

Publication number
RU2192689C1
RU2192689C1 RU2001107637/28A RU2001107637A RU2192689C1 RU 2192689 C1 RU2192689 C1 RU 2192689C1 RU 2001107637/28 A RU2001107637/28 A RU 2001107637/28A RU 2001107637 A RU2001107637 A RU 2001107637A RU 2192689 C1 RU2192689 C1 RU 2192689C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
ions
containing substance
irradiated
film
Prior art date
Application number
RU2001107637/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Богомолов
В.И. Соколов
Original Assignee
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН filed Critical Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Priority to RU2001107637/28A priority Critical patent/RU2192689C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2192689C1 publication Critical patent/RU2192689C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electronic engineering; production of nanostructures by means of charged-particle current. SUBSTANCE: method for producing nanostructures designed for data signal transmission, conversion, storage, or generation involves irradiation of silicon-containing material with charged-particle current. Novelty is that surface of silicon-containing material is pre-covered with metal coating and irradiated by accelerated heavy ions, ion irradiation time being found from equation J x t = Nm l/sq. cm, where j is desired density of ion current, l/sq. cm x s; t is ion irradiation time of layer, s; N is desired density of silicon nanostructures, l/sq. cm. Metal coating may be applied in the form of solid film or sections of desired geometry such as threads. EFFECT: ability of producing local silicon areas measuring a few nm irrespective of silicon-containing layer thickness. 11 cl, 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к электронике, а более конкретно к технологии получения наноэлектронных структур с помощью потока заряженных частиц. Подобные структуры используют для передачи, преобразования, хранения или генерации информационных сигналов. The invention relates to electronics, and more particularly to a technology for producing nanoelectronic structures using a stream of charged particles. Similar structures are used to transmit, transform, store or generate information signals.

Наноструктуры микронных и субмикронных размеров представляют собой пространственно упорядоченные конструкции из наноразмерных кластеров произвольной геометрической формы. В настоящее время пространственно упорядоченные ансамбли наноразмерных структур различных веществ получают либо путем внедрения соответствующих веществ в наноразмерные полости или каналы, существующие в структуре некоторых природных или искусственных материалов (применяя различные физико-химические процессы); либо путем формирования наноразмерных структур на поверхности или в объеме обрабатываемого материала. Nanostructures of micron and submicron sizes are spatially ordered structures of nanoscale clusters of arbitrary geometric shape. Currently, spatially ordered ensembles of nanoscale structures of various substances are obtained either by introducing the corresponding substances into nanoscale cavities or channels existing in the structure of some natural or artificial materials (using various physicochemical processes); or by the formation of nanoscale structures on the surface or in the volume of the processed material.

Известен способ получения наноразмерных кластеров на плоской поверхности подложки с помощью туннельного атомного силового микроскопа. По этому способу на подложку окисленного кремния наносят тонкий слой титана. На поверхности напыленного металлического слоя сорбируется тонкая пленка воды. В присутствии сильного электрического поля между подложкой и зондом микроскопа в результате электрохимических процессов производят локальное окисление титана. В результате этого процесса формируется МОМ-транзистор с толщиной базовой области в несколько десятков нм (см. Matsumoto К., Sedawa K-Application of Scanning Tunneling Microscopy Nanofabrication process to Single Electron Transistor. - Joum. Vac. tcchnol.-1996, В 14, p.p. 1331-1335). A known method for producing nanoscale clusters on a flat surface of a substrate using a tunnel atomic force microscope. In this method, a thin layer of titanium is applied to the oxidized silicon substrate. A thin film of water is adsorbed on the surface of the sprayed metal layer. In the presence of a strong electric field between the substrate and the probe of the microscope, local titanium is oxidized as a result of electrochemical processes. As a result of this process, a MOM transistor is formed with a base region thickness of several tens of nm (see Matsumoto K., Sedawa K-Application of Scanning Tunneling Microscopy Nanofabrication process to Single Electron Transistor. - Joum. Vac. Tcchnol.-1996, B 14 , pp 1331-1335).

Известный способ обеспечивает получение наноструктур различной конфигурации, однако их формирование происходит лишь на поверхности подложки и требует применения сложного оборудования. The known method provides the production of nanostructures of various configurations, however, their formation occurs only on the surface of the substrate and requires the use of sophisticated equipment.

Известен способ создания элементов проводящей структуры на диэлектрических слоях, включающий разрушение оксидного слоя на поверхности алюминия под действием мощного излучения и возбужденных частиц упрочняющего материала, который переносится с подложки на поверхность алюминия. При этом при помощи отклоняющего излучение устройства на обрабатываемой поверхности создается слоистая металлизированная структура с заданной геометрией рисунка (см. заявка ФРГ 19503178, по кл. H 01 L 21/60, опубликован 1997 г.). A known method of creating elements of a conductive structure on dielectric layers, including the destruction of the oxide layer on the surface of aluminum under the action of powerful radiation and excited particles of reinforcing material, which is transferred from the substrate to the surface of aluminum. At the same time, using a radiation-deflecting device, a layered metallized structure is created on the treated surface with a given geometry of the pattern (see German application 19503178, class H 01 L 21/60, published 1997).

Недостатком известного способа является ограниченная область его применения, так как он может быть использован только для алюминиевых подложек и не позволяет получать структуры с размерами отдельных элементов в несколько нанометров. The disadvantage of this method is the limited scope of its application, since it can only be used for aluminum substrates and does not allow to obtain structures with the dimensions of individual elements of several nanometers.

Известен способ получения кремниевых наноструктур, включающий воздействие потоком электронов с энергией 5-25 кэВ и плотностью электронов в потоке 1-102 мА/см2 в течение не менее 50 с на пористую силикатную матрицу и последующее осаждение выделяющегося кремния в наноразмерных полостях силикатной матрицы (см. патент РФ 2153208 по кл. H 01 L 21/263, опубликован 21.07.1999 г.).A known method for producing silicon nanostructures, including exposure to a stream of electrons with an energy of 5-25 keV and an electron density in the stream of 1-10 2 mA / cm 2 for at least 50 s on a porous silicate matrix and subsequent deposition of released silicon in nanoscale cavities of the silicate matrix ( see RF patent 2153208 according to class H 01 L 21/263, published on July 21, 1999).

Известный способ позволяет формировать в силикатных матрицах локальные области, содержащие кремниевые нанокластеры. Толщина этих областей определяется энергией электронов, а топология - траекторией перемещения электронного луча. При этом поперечные размеры (диаметр) электронного луча определяет минимальные размеры этих локальных областей, которые составляют величину порядка 1 мкм. The known method allows the formation of local regions in silicate matrices containing silicon nanoclusters. The thickness of these regions is determined by the energy of electrons, and the topology is determined by the trajectory of the electron beam. In this case, the transverse dimensions (diameter) of the electron beam determines the minimum sizes of these local regions, which amount to about 1 μm.

Наиболее близким по технической сущности и количеству совпадающих с заявляемым способом существенных признаков является способ формирования проводящей структуры, включающий нанесение на подложку слоя материала толщиной 2-20 им (в частности, окисла кремния, нанесенного на кремниевую подложку) и преобразование материала в проводящий под действием модулированного излучения от источника заряженных частиц после нанесения материала на подложку (см. патент РФ 2129320 по кл. Н 01 L 21/263, опубликован 20.04.1999 г.). The closest in technical essence and the number of essential features that coincide with the claimed method is a method of forming a conductive structure, including applying to the substrate a layer of material with a thickness of 2-20 them (in particular, silicon oxide deposited on a silicon substrate) and converting the material into conductive under the action of modulated radiation from a source of charged particles after applying the material to the substrate (see RF patent 2129320 according to class H 01 L 21/263, published on 04/20/1999).

Известный способ позволяет получать наноструктуры заданных размеров и варьировать расстояние между ними, однако наноструктуры с размером элементов в несколько нм формируются лишь при использовании слоев толщиной не более 10 нм. В связи с тем, что в известном способе воздействие осуществляют относительно низкоэнергетическим излучением (потоком электронов со средней энергией 200 кэВ или ионами водорода с энергиями 1 кэВ) при использовании слоев большей толщины размеры получаемых элементов возрастают и становятся соизмеримыми с толщиной слоя вследствие эффектов обратного рассеяния. The known method allows to obtain nanostructures of a given size and vary the distance between them, however, nanostructures with an element size of several nm are formed only when using layers with a thickness of not more than 10 nm. Due to the fact that in the known method, the effect is carried out by relatively low-energy radiation (electron flux with an average energy of 200 keV or hydrogen ions with energies of 1 keV) when using layers of a larger thickness, the sizes of the resulting elements increase and become comparable with the layer thickness due to backscattering effects.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого способа получения стабильных кремниевых наноструктур, который позволял бы формировать локальные области кремния размером в несколько нм независимо от толщины слоя кремнийсодержащего материала. The present invention was the development of such a method for producing stable silicon nanostructures, which would allow the formation of local silicon regions with a size of several nm, regardless of the thickness of the layer of silicon-containing material.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения кремниевых наноструктур, включающем воздействие на кремнийсодержащее вещество потоком заряженных частиц, предварительно на поверхность кремнийсодержащего вещества наносят металлическое покрытие и затем воздействуют ускоренными тяжелыми ионами, при этом длительность облучения кремнийсодержащего вещества ионами определяют из соотношения:
j•t=N,1/см2;
где j - заданная плотность потока ионов, 1/см2•с;
t - длительность облучения слоя ионами, с;
N - заданная плотность кремниевых наноразмерных кластеров, 1/см2.
The problem is solved in that in a method for producing silicon nanostructures, including exposure to a silicon-containing substance by a stream of charged particles, a metal coating is first applied to the surface of the silicon-containing substance and then exposed to accelerated heavy ions, while the duration of irradiation of the silicon-containing substance by ions is determined from the ratio:
j • t = N, 1 / cm 2 ;
where j is the specified ion flux density, 1 / cm 2 • s;
t is the duration of irradiation of the layer with ions, s;
N is a given density of silicon nanoscale clusters, 1 / cm 2 .

Металлическое покрытие может быть нанесено в виде сплошной пленки или в виде участков заданной геометрии, например в виде параллельных нитей, которые получают известными способами (например, Appl. Phys. Lett. 2000, т. 77, р.2743). Кремнийсодержащее вещество может быть использовано в виде плешей, в частности в виде пленки, предварительно нанесенной на подложку. При необходимости получить в пленке сквозные каналы, заполненные кремниевыми нанокластерами, облучение пленки осуществляют тяжелыми ионами с длиной свободного пробега в пленке, превышающей ее толщину. Пленку можно наносить на металлическую или полупроводниковую, например, кремниевую подложку. Пленку кремнийсодержащего вещества можно также наносить на диэлектрическую подложку с предварительно сформированными на ее поверхности проводящими участками заданной геометрии, например металлическими параллельными нитями. В частности, при формировании металлических нитей на поверхности диэлектрической подложки в направлении, перпендикулярном направлению металлических нитей на поверхности кремнийсодержащего вещества, появляется возможность использовать полученную структуру в качестве диодной матрицы. В качестве тяжелых ионов могут быть использованы ионы химических элементов с атомным весом А>20. Процесс образования кремниевых наноструктур может быть ускорен путем внешнего нагрева облученного кремнийсодержащего вещества в вакууме при температуре 250-750oС.The metal coating can be applied in the form of a continuous film or in the form of sections of a given geometry, for example in the form of parallel threads, which are obtained by known methods (for example, Appl. Phys. Lett. 2000, v. 77, p. 2743). The silicon-containing substance can be used in the form of shoulders, in particular in the form of a film pre-deposited on a substrate. If it is necessary to obtain through channels in a film filled with silicon nanoclusters, the film is irradiated with heavy ions with a mean free path in the film exceeding its thickness. The film can be applied to a metal or semiconductor, for example, silicon substrate. A film of a silicon-containing substance can also be applied to a dielectric substrate with conductive sections of a given geometry preformed on its surface, for example, metal parallel threads. In particular, when forming metal filaments on the surface of a dielectric substrate in a direction perpendicular to the direction of metal filaments on the surface of a silicon-containing substance, it becomes possible to use the resulting structure as a diode matrix. As heavy ions, ions of chemical elements with atomic weight A> 20 can be used. The process of the formation of silicon nanostructures can be accelerated by external heating of the irradiated silicon-containing substance in vacuum at a temperature of 250-750 o C.

Авторам не известен из патентной и другой научно-технической литературы способ получения кремниевых наноструктур, содержащий заявляемую совокупность признаков, что, по их мнению, свидетельствует о соответствии заявляемого способа критерию "новизна". The authors do not know from patent and other scientific and technical literature a method for producing silicon nanostructures containing the claimed combination of features, which, in their opinion, indicates the compliance of the proposed method with the criterion of "novelty."

Известно, что бомбардировка различных материалов тяжелыми ионами сопровождается существенным изменением их свойств в локальной области вблизи трека (Fleischcr R. L. , Price P.B. Walker R.M. - Nuclear Tracks in Solids. - Univ. of California, Berkeley, 1979). В области трека происходит аморфизация кристаллической структуры и декомпозиция химических соединений с образованием наноразмерных структур, ориентированных вдоль трека (Lensen I., Dunlop A. , Della-Negra S. - Microscopic Obser-vations of Metallic Inclusions Generated along the Path of MеV Clusters in CaF2. - Nuclear Instruments, and Methods in Phys. Res., 1998, v. 146, p.339-404; Krauser J., Waiblinder M. Harneit W. и др. - Conducting Ion Tracks in Diamond-Like Carbon Films. - 1999 Annual Report Jahresbericht Hahn-Meitner-Institut (Berlin).It is known that the bombardment of various materials by heavy ions is accompanied by a significant change in their properties in the local region near the track (Fleischcr RL, Price PB Walker RM - Nuclear Tracks in Solids. - Univ. Of California, Berkeley, 1979). Amorphization of the crystal structure and decomposition of chemical compounds occurs in the region of the track with the formation of nanoscale structures oriented along the track (Lensen I., Dunlop A., Della-Negra S. - Microscopic Observations of Metallic Inclusions Generated along the Path of MeV Clusters in CaF 2. Nuclear Instruments, and Methods in Phys. Res., 1998, v. 146, p. 339-404; Krauser J., Waiblinder M. Harneit W. et al., Conducting Ion Tracks in Diamond-Like Carbon Films. - 1999 Annual Report Jahresbericht Hahn-Meitner-Institut (Berlin).

Проводя исследования с бомбардировкой кремнийсодержащих веществ тяжелыми ионами, авторы обнаружили неизвестный ранее эффект деградации образовавшихся кремниевых наноструктур, проявляющийся через несколько дней после их образования бомбардировкой тяжелыми ионами. По-видимому, причиной этой деградации является взаимодействие внешней среды с нанокластерами кремния и их окисление. Carrying out studies with the bombardment of silicon-containing substances by heavy ions, the authors found a previously unknown effect of degradation of the formed silicon nanostructures, which manifests itself several days after their formation by heavy ion bombardment. Apparently, the cause of this degradation is the interaction of the external environment with silicon nanoclusters and their oxidation.

Избавиться от деградации образующихся кремниевых наноструктур авторам удалось путем предварительного нанесения на поверхность кремнийсодержащего вещества перед бомбардировкой тяжелыми ионами металлического покрытия, которое предотвращает окисление образующихся под воздействием тяжелых ионов кремниевых нанокластеров. The authors managed to get rid of the degradation of the formed silicon nanostructures by preliminarily applying a silicon coating to the surface of the silicon-containing substance before bombarding it with heavy ions, which prevents the oxidation of silicon nanoclusters formed under the influence of heavy ions.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа в совокупности с известными из прототипа признаками обеспечивают получение нового технического эффекта, а именно получение стабильных во времени кремниевых наноструктур размером в несколько нм независимо от толщины кремнийсодержащего материала, что, по мнению авторов, свидетельствует о соответствии заявляемого способа критерию "изобретательский уровень". Thus, the distinctive features of the proposed method in combination with the known from the prototype features provide a new technical effect, namely, the production of time-stable silicon nanostructures several nanometers in size regardless of the thickness of the silicon-containing material, which, according to the authors, indicates the conformity of the proposed method to the criterion "inventive step".

На фиг.1 приведена вольт-фарадная характеристика системы Al-SiО2-Si: 1 - до бомбардировки тяжелыми ионами; 2 - после бомбардировки тяжелыми ионами; на фиг.2 - представлена вольт-амперная характеристика системы Al-SiО2-Si после облучения тяжелыми ионами.Figure 1 shows the capacitance-voltage characteristic of the system Al-SiO 2 -Si: 1 - before the bombardment by heavy ions; 2 - after bombardment with heavy ions; figure 2 - presents the current-voltage characteristic of the Al-SiO 2 -Si system after irradiation with heavy ions.

Заявляемый способ получения кремниевых наноструктур осуществляют следующим образом. На поверхность кремнийсодержащего вещества (например, пластинку опала; кварцевую пластинку; пленку двуокиси кремния, нанесенную на кремниевую подложку) наносят металлическое покрытие(например, из алюминия) - сплошное или в виде участков заданной геометрии. Подготовленное таким образом кремнийсодержащее вещество помещают в устройство, которое содержит последовательно расположенные источник тяжелых ионов, систему формирования потока тяжелых ионов, ионопровод. В качестве такого устройства может быть использован циклотрон. Кремнийсодержащее вещество бомбардируют тяжелыми ионами, например хлором, аргоном, ксеноном. Тип ионов и их энергию выбирают расчетным путем, в зависимости от потерь энергии частиц при их прохождении через кремнийсодержащее вещество. The inventive method for producing silicon nanostructures is as follows. On the surface of a silicon-containing substance (for example, an opal wafer; a quartz wafer; a silicon dioxide film deposited on a silicon substrate), a metal coating is applied (for example, from aluminum) - solid or in the form of sections of a given geometry. Thus prepared silicon-containing substance is placed in a device that contains a sequentially located source of heavy ions, a system for forming a stream of heavy ions, an ion guide. As such a device, a cyclotron can be used. The silicon-containing substance is bombarded with heavy ions, for example, chlorine, argon, xenon. The type of ions and their energy are chosen by calculation, depending on the energy loss of the particles as they pass through the silicon-containing substance.

Время облучения выбирают из соотношения:
j•t=N,1/cм2;
где j - заданная плотность потока ионов, 1/см2•с;
t - длительность облучения слоя ионами, с;
N - заданная плотность кремниевых наноструктур, 1/см2.
The exposure time is selected from the ratio:
j • t = N, 1 / cm 2 ;
where j is the specified ion flux density, 1 / cm 2 • s;
t is the duration of irradiation of the layer with ions, s;
N is a given density of silicon nanostructures, 1 / cm 2 .

Облучение кремнийсодержащего вещества ускоренными тяжелыми ионами приводит к формированию в веществе вдоль трека иона сильно разупорядоченной области диаметром от единиц до десятков нм (в зависимости от свойств вещества и массы иона), представляющей собой канал, заполненный нанокластерами кремния. О наличии нанокластеров кремния свидетельствует появление интенсивной зеленой полосы в спектре катодолюминисценции облученных ускоренными ионами образцов. Катодолюминисценция в зеленой области (~550 им) свидетельствует о возникновении нанокластеров кремния размером 20-50 ангстрем (см. "Микроэлектроника". - 1998, т. 27, 1, с.46-48). Возникновение нанокластеров кремния, маркирующих трек прошедшего через кремнийсодержащее вещество иона, по-видимому, обусловлено частичным восстановлением кремния при разрыве межатомных связей. При облучения пленки кремнийсодержащего вещества, нанесенной на кремниевую подложку, тяжелыми ионами с длиной пробега, превышающей толщину пленки, формирующийся в конце трека иона тепловой клин (с практически мгновенной передачей энергии атомам кремния) может привести к локальному плавлению кремния и выплескиванию вдоль трека кремниевой иглы. В любом случае вдоль трека ускоренного иона формируется наноразмерный канал проводимости. Irradiation of a silicon-containing substance by accelerated heavy ions leads to the formation in the substance along the ion track of a highly disordered region with a diameter from units to tens of nm (depending on the properties of the substance and the mass of the ion), which is a channel filled with silicon nanoclusters. The presence of silicon nanoclusters is indicated by the appearance of an intense green band in the cathodoluminescence spectrum of samples irradiated with accelerated ions. Cathodoluminescence in the green region (~ 550 im) indicates the emergence of silicon nanoclusters with a size of 20-50 angstroms (see Microelectronics. - 1998, v. 27, 1, p. 46-48). The appearance of silicon nanoclusters, marking the track of an ion passing through a silicon-containing substance, is apparently due to a partial reduction of silicon during the breaking of interatomic bonds. When a film of a silicon-containing substance deposited on a silicon substrate is irradiated with heavy ions with a mean free path exceeding the film thickness, a thermal wedge formed at the end of the ion track (with practically instantaneous energy transfer to silicon atoms) can lead to local melting of silicon and splashing along the silicon needle track. In any case, a nanoscale conduction channel is formed along the track of the accelerated ion.

Заявляемым способом были изготовлены кремниевые наноструктуры, характеристики которых приведены на фиг.1 (кривая 2) и на фиг.2. Изготавливали эти структуры следующим образом. На поверхности окисленной пластины n-Si (толщина пленки двуокиси кремния, выращенной в сухом кислороде при температуре 1050oС составляла 0,45 мкм) с помощью фотолитографии формировались локальные области алюминиевого покрытия толщиной 1,5 мкм. Затем производили облучение структуры ионами Аr+7 с энергией 40 МэВ при плотности тока 5•109 1/см2•с в течение 102•с, что обеспечило формирование 5•1011 треков на 1 см2. После окончания облучения ионами производили измерение вольт-амперной характеристики в области облученной структуры, покрытой алюминием, и в области, не закрытой алюминиевым покрытием, при импульсной подаче напряжения (длительность импульса - 1 мкс, частота повторения - 500 Гц). Вольт-амперная характеристика в обеих областях структуры была нелинейна и имела один и тот же вид, приведенной на фиг.2, который свидетельствует о том, что в двуокиси кремния возникли каналы с нелинейной проводимостью. Однако после выдержки структуры в течение 1 недели нелинейная вольт-амперная характеристика в области, не покрытой алюминием, не наблюдалась. По-видимому, причиной этого являлось взаимодействие внешней среды с нанокластерами кремния и их окисление. Вольт-фарадная характеристика окисла, измеренная до облучения тяжелыми ионами (фиг.1, кривая 1), и вольт-фарадная характеристика структуры после облучения ионами (фиг.1, кривая 2) резко отличаются. Вольт-фарадная характеристика окисла после облучения свидетельствует о том, что на поверхности пластины n-Si появляется тонкий слоя инверсной проводимости, нарушается однородность ее легирования и при этом резко возрастает плотность поверхностных состояний. Эти изменения обусловлены процессами, которые сопровождают пролет быстрого тяжелого иона через кремнийсодержащее вещество (пленку двуокиси кремния), а именно;
- разрыв межатомных Si-О связей вдоль трека иона;
- уход кислорода из области трека во внешнюю среду (стимулированный нагревом структуры при облучении);
- формированием проводящего канала вдоль трека в результате объединения свободных атомов кремния в нанокластеры или оседания их в области трека;
- выращивание кремниевых усов вдоль трека в результате релаксации термического пика.
The inventive method were made of silicon nanostructures, the characteristics of which are shown in figure 1 (curve 2) and figure 2. These structures were prepared as follows. On the surface of the n-Si oxidized wafer (the film thickness of silicon dioxide grown in dry oxygen at a temperature of 1050 ° C was 0.45 μm), local regions of an aluminum coating 1.5 μm thick were formed using photolithography. Then the structure was irradiated with Ar +7 ions with an energy of 40 MeV at a current density of 5 • 10 9 1 / cm 2 • s for 10 2 • s, which ensured the formation of 5 • 10 11 tracks per 1 cm 2 . After ion irradiation was completed, the current – voltage characteristic was measured in the region of the irradiated structure coated with aluminum and in the region not covered by the aluminum coating under pulsed voltage supply (pulse duration - 1 μs, repetition frequency - 500 Hz). The current – voltage characteristic in both regions of the structure was nonlinear and had the same form shown in Fig. 2, which indicates that channels with nonlinear conductivity appeared in silicon dioxide. However, after the structure was exposed for 1 week, a nonlinear current – voltage characteristic was not observed in the region not coated with aluminum. Apparently, the reason for this was the interaction of the external environment with silicon nanoclusters and their oxidation. The capacitance – voltage characteristics of the oxide measured before irradiation with heavy ions (Fig. 1, curve 1) and the capacitance – voltage characteristics of the structure after irradiation with ions (Fig. 1, curve 2) differ sharply. The capacitance – voltage characteristic of the oxide after irradiation indicates that a thin layer of inverse conductivity appears on the surface of the n-Si plate, the uniformity of its doping is violated, and the density of surface states sharply increases. These changes are due to the processes that accompany the passage of a fast heavy ion through a silicon-containing substance (silicon dioxide film), namely;
- rupture of interatomic Si – O bonds along the ion track;
- oxygen escape from the track region to the external environment (stimulated by heating of the structure upon irradiation);
- the formation of a conducting channel along the track as a result of combining free silicon atoms into nanoclusters or their deposition in the region of the track;
- growing silicon whiskers along the track as a result of thermal peak relaxation.

Claims (11)

1. Способ получения кремниевых наноструктур, включающий нанесение на поверхность кремнийсодержащего вещества покрытия и облучение кремнийсодержащего вещества потоком ускоренных ионов, отличающийся тем, что покрытие выполняют из металла, облучение проводят тяжелыми ионами, а длительность облучения кремнийсодержащего вещества определяют из соотношения
j•t= N, 1/см2;
где j - заданная плотность потока ионов, 1/см2•с;
t - длительность облучения слоя ионами, с;
N - заданная плотность кремниевых наноструктур, 1/см2.
1. A method of producing silicon nanostructures, including applying a coating of a silicon-containing substance to the surface and irradiating the silicon-containing substance with a stream of accelerated ions, characterized in that the coating is made of metal, the irradiation is carried out by heavy ions, and the duration of irradiation of the silicon-containing substance is determined from the ratio
j • t = N, 1 / cm 2 ;
where j is the specified ion flux density, 1 / cm 2 • s;
t is the duration of irradiation of the layer with ions, s;
N is a given density of silicon nanostructures, 1 / cm 2 .
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическое покрытие наносят в виде сплошной пленки. 2. The method according to p. 1, characterized in that the metal coating is applied in the form of a continuous film. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическое покрытие наносят в виде участков заданной геометрии. 3. The method according to p. 1, characterized in that the metal coating is applied in the form of sections of a given geometry. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическое покрытие наносят в виде нитей. 4. The method according to p. 1, characterized in that the metal coating is applied in the form of threads. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучают упомянутыми ионами кремнийсодержащее вещество в виде пленки. 5. The method according to p. 1, characterized in that the said ions are irradiated with a silicon-containing substance in the form of a film. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что облучают упомянутыми ионами кремнийсодержащее вещество в виде пленки, предварительно нанесенной на подложку. 6. The method according to p. 5, characterized in that the said ions are irradiated with a silicon-containing substance in the form of a film previously deposited on a substrate. 7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что пленку из кремнийсодержащего вещества облучают упомянутыми ионами с длиной свободного пробега в кремнийсодержащем веществе, превышающей толщину пленки. 7. The method according to p. 5 or 6, characterized in that the film of a silicon-containing substance is irradiated with said ions with a mean free path in the silicon-containing substance exceeding the film thickness. 8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что облучают упомянутыми ионами кремнийсодержащее вещество в виде пленки, нанесенной на металлическую подложку. 8. The method according to p. 6, characterized in that the said ions are irradiated with a silicon-containing substance in the form of a film deposited on a metal substrate. 9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что облучают упомянутыми ионами кремнийсодержащего вещества в виде пленки, нанесенной на кремниевую подложку. 9. The method according to p. 6, characterized in that the said ions are irradiated with a silicon-containing substance in the form of a film deposited on a silicon substrate. 10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что облучают упомянутыми ионами кремнийсодержащее вещество в виде пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку с предварительно сформированными на ее поверхности проводящими участками заданной геометрии. 10. The method according to p. 6, characterized in that the said ions are irradiated with a silicon-containing substance in the form of a film deposited on a dielectric substrate with conductive sections of a given geometry preformed on its surface. 11. Способ по п. 6, отличающийся тем, что облучают упомянутыми ионами кремнийсодержащее вещество в виде пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку с предварительно сформированными на ее поверхности металлическими нитями. 11. The method according to p. 6, characterized in that the said ions are irradiated with a silicon-containing substance in the form of a film deposited on a dielectric substrate with metal threads preformed on its surface.
RU2001107637/28A 2001-03-21 2001-03-21 Method for producing silicon nanostructures RU2192689C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001107637/28A RU2192689C1 (en) 2001-03-21 2001-03-21 Method for producing silicon nanostructures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001107637/28A RU2192689C1 (en) 2001-03-21 2001-03-21 Method for producing silicon nanostructures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2192689C1 true RU2192689C1 (en) 2002-11-10

Family

ID=20247421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001107637/28A RU2192689C1 (en) 2001-03-21 2001-03-21 Method for producing silicon nanostructures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2192689C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8273525B2 (en) Systems and methods for forming defects on graphitic materials and curing radiation-damaged graphitic materials
JP3967791B2 (en) Amorphous multilayer structure and manufacturing method thereof
US8173095B2 (en) Method and apparatus for producing graphene oxide layers on an insulating substrate
JP2010537923A (en) Graphite layer
JP4636476B2 (en) Deposition method of electron emission carbon film by electron cyclotron resonance plasma
JP2000064028A (en) FORMATION OF Cu FILM
RU2192689C1 (en) Method for producing silicon nanostructures
US6355574B1 (en) Method and device for treating a semiconductor surface
RU2228900C1 (en) Method for producing carbon nanostructures
JP3475358B2 (en) Carbon fine particle manufacturing equipment
Avasthi Nanostructuring by energetic ion beams
Knyazev et al. Direct growth of graphene-like film microstructure on charge pre-patterned SiO 2/Si substrate
Collins et al. Effects produced by ion bombardment and implantation into thin films and surfaces
JP6371712B2 (en) Plasma generation method and endohedral fullerene generation method
Gaevski et al. Two-dimensional photonic crystal fabrication using fullerene films
Borziak et al. Current stimulated electron and photon emission from adlayer-covered nanomaterials
Hori et al. Sub-5 nm gold dot formation using retarding-field single ion deposition
Krauser et al. Graphitic nanowires embedded in diamond-like carbon films
JPH0628256B2 (en) Semiconductor fine processing method and semiconductor fine embedded structure forming method
JP4304330B2 (en) Manufacturing method of single electron tunneling device using carbon nanotube
Matsui et al. Nanolithography developed through electron beam induced surface reaction
Koshida Electronic and Acoustic Applications of Anodized Nano-Crystalline Silicon
South et al. Photon-and Hot-Electron-Induced Surface Reactions
Xie et al. Selective tungsten deposition into ordered nanohole arrays of anodic porous alumina by electron-beam-induced deposition
Matsuda Large Scale Ion Beam Equipment and Processing-Review of AMMTRA Project

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060322