RU2385835C1 - Способ получения наноструктур полупроводника - Google Patents
Способ получения наноструктур полупроводника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2385835C1 RU2385835C1 RU2008141727/28A RU2008141727A RU2385835C1 RU 2385835 C1 RU2385835 C1 RU 2385835C1 RU 2008141727/28 A RU2008141727/28 A RU 2008141727/28A RU 2008141727 A RU2008141727 A RU 2008141727A RU 2385835 C1 RU2385835 C1 RU 2385835C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- semiconductor
- production method
- nanostructures
- ordered
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002290 germanium Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 4
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M bromocopper(1+) Chemical compound Br[Cu+] ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 abstract description 8
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 19
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 238000005329 nanolithography Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 101100269850 Caenorhabditis elegans mask-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910021589 Copper(I) bromide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области низкоразмерной нанотехнологии и высокодисперсным материалам и может быть использовано для получения упорядоченного массива наночастиц полупроводников на основе мезапористых твердофазных матриц. Сущность изобретения: в способе получения наноструктур полупроводника, включающем формирование пористой матрицы из оксидов металлов или неметаллов с последующим осаждением в матрицу полупроводниковых материалов, формирование матрицы осуществляют путем двухстадийного анодного окисления исходного материала матрицы до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор, а полупроводник осаждают в матрицу термическим испарением его в вакууме, затем на заполненную матрицу наносят проводящую основу в виде пленки с последующим удалением матрицы. Изобретение обеспечивает повышение технологичности получения упорядоченных массивов полупроводников, как элементарных, так и являющихся химическим соединением, на основе мезапористых твердофазных матриц. Кроме того, появляется возможность одновременного получения двух типов наноструктур - квантовых точек и нановолосков материала. 6 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области низкоразмерной нанотехнологии и высокодисперсным материалам и может быть использовано для получения упорядоченного массива наночастиц полупроводников на основе мезапористых твердофазных матриц.
Известен способ получения твердофазных наноструктурированных материалов с использованием образующих матрицу мезопористых молекулярных сит с упорядоченной структурой (RU 2179526). Ими могут служить, например, молекулярные сита МСМ-41, FSM-16. При получении непористых материалов вещество наносят на сита в количестве, достаточном для полного заполнения мезопор матрицы. При получении пористых материалов вещество наносят в количестве, недостаточном для полного заполнения мезопор матрицы. При получении полых или сплошных наноструктурированных материалов, например углеродных нанотрубок, образующую матрицу удаляют в кислотной или щелочной среде. При получении углеродных наноструктурированных материалов углерод после нанесения на матрицу подвергают дополнительно графитизации. Полученные материалы имеют постоянные и контролируемые размеры: внешний диаметр 3-150 нм в зависимости от размера пор образующей матрицы, внутренний диаметр 0-140 нм. Также описана возможность получения наноструктур, в частности нанотрубок, методом малоэнергоемкого процесса пиролиза углеродсодержащих предшественников при температурах 500-600°С.
Недостатком данного метода является то, что для получения материалов используются химические методы, в частности темплатирование.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения магнитных нанокомпозитных материалов с упорядоченной структурой по патенту RU 2322384. В данном способе получения магнитных нанокомпозитных материалов с упорядоченной структурой для осуществления синтеза нитевидных наночастиц металлов, сплавов металлов и металлсодержащих наночастиц в матрице мезопористого оксида кремния в водный раствор алкилтриметиламоний бромида (темплат) добавляют концентрированный водный раствор аммиака до достижения смесью уровня кислотности не более 11, к полученной смеси гомогенно приливают тетраэтоксисилан (TEOS) и перемешивают смесь до получения осадка, осадок отфильтровывают, избытки аммиака удаляют из осадка промыванием дистиллированной водой до уровня кислотности 5-8 и высушивают при температуре 80-120°С, высушенный осадок при комнатной температуре пропитывают раствором комплекса металла, пропитанный образец промывают растворителем до удаления остатков раствора комплекса металла с поверхности образца, высушивают в потоке инертного газа, облучают ультрафиолетовым излучением, а затем отжигают в восстановительной среде при температурах 250-700°С до изменения цвета.
Недостатком способа является низкая технологичность (использование химических методов) и необходимость использования дорогостоящих оборудования и химических реагентов. Этот способ выбран в качестве прототипа.
Принципиальным отличием предложенного метода от прототипа является, в первую очередь, более широкий выбор материалов, которые могут быть нанесены в поры матрицы, а также метод нанесения (испарение вещества в условиях сверхвысокого вакуума). Полученные наноструктуры не нуждаются в дополнительной обработке. Также предлагается в одном экспериментальном цикле нанесение на полученные наноструктуры проводящего слоя, который после удаления матрицы будет являться электрическим контактом. Получаемые при этом наноструктуры, как и в прототипе, имеют постоянные и контролируемые размеры, упорядоченное расположение. Также одним из отличий является то, что предложенный в заявке метод позволяет получать сразу два типа наноструктур - наноструктуры типа квантовых точек и нановолоски.
Задачей изобретения является повышение технологичности способа получения упорядоченных массивов полупроводников, как элементарных, так и являющихся химическим соединением, на основе мезопористых твердофазных матриц. Кроме того, появляется возможность одновременного получения двух типов наноструктур - квантовых точек и нановолосков материала.
Результат достигается заявляемым способом получения наноструктур полупроводника, согласно которому формируют пористую матрицу из оксидов металлов или неметаллов, формирование матрицы осуществляют путем двухстадийного анодного окисления исходного материала матрицы до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор, затем в матрицу осаждают полупроводниковый материал, который предварительно термически испаряют в вакууме, после этого на заполненную матрицу наносят проводящую основу в виде пленки и удаляют матрицу. В качестве исходного материала матрицы берут алюминий. Материалом полупроводника, который осаждают в матрицу, являются соединения, входящие в изоэлектронный ряд германия, преимущественно германий, арсенид галлия, селенид цинка, бромид меди. Процесс термического испарения полупроводника ведут в сверхвысоком вакууме. Проводящей основой является металл, преимущественно никель или серебро, или оптически прозрачный сложный оксид индия-олова, нанесение которых осуществляют путем магнетронного распыления. Удаление матрицы проводят травлением.
Изобретение поясняется чертежами:
фиг.1 - напыление пленки германия на поверхность пористого оксида алюминия;
фиг.2 - нанесение проводящей пленки;
фиг.3 - стравливание пленки пористого оксида алюминия;
фиг.4 - отрыв пленки от подложки;
фиг.5-7 - данные сканирующей электронной микроскопии образцов пористого оксида алюминия с различным временем травления;
фиг.8 - данные электронно-микроскопических исследований наноструктур Ge.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Уменьшение размеров транзистора приводит к необходимости создания его частей, характерные размеры которых (например, длина канала) сравнимы с толщиной нескольких атомарных слоев. Так, для 30 нм технологии длина канала единичного транзистора составляет всего 20 нм. Однако при уменьшении размера элементов микроэлектроники все сильнее проявляются квантовые эффекты, и возникает проблема переноса заряда путем туннелирования электрона через "закрытый" канал. Кроме того, наличие поверхностных дефектов в полупроводниковом канале приводит к рекомбинации электрон-дырочных пар на границе раздела полупроводник/диэлектрик с выделением энергии в виде тепла и, следовательно, к значительному локальному разогреву системы, что в свою очередь лишь увеличивает сопротивление канала, а также и вероятность туннелирования. Таким образом, актуальность создания электронных устройств на основе полупроводниковых нанокомпозитов обусловлена всеобщей тенденцией миниатюризации и ограниченностью подходов нанолитографии для формирования элементов микросхем размером <10 нм.
При этом особое место в развитии наноэлектроники отводится наноструктурам на основе массивов квантовых точек, изолированных друг от друга слоями диэлектрика или полупроводника с большой шириной запрещенной зоны. Коррелированные массивы квантовых точек сегодня являются наиболее перспективными кандидатами для создания устройств квантовой логики и квантовых компьютеров, а благодаря эффективной эмиссии и высокому квантовому выходу массивы квантовых точек широкозонных полупроводников перспективны для создания источников излучения видимой области, солнечных батарей или флуоресцентных меток.
Материалы, входящие в изоэлектронный ряд германия (Ge, GaAs, ZnSe, CuBr), являются традиционными материалами, давно используемыми для производства полупроводниковых приборов. В течение последних нескольких лет успешно развиваются методики (прежде всего, эпитаксиальные), позволяющие получать различные нанообъекты. Наилучшим примером таких объектов являются квантовые точки германия и арсенида галлия на поверхности монокристаллического кремния. Следует отметить, что формирующаяся при этом граница раздела полупроводников позволяет достроить внешнюю поверхность квантовой точки, предотвращает появление низкоэнергетических дефектов и позволяет избежать рекомбинации экситонов на поверхности нанокристалла.
Проблема получения пространственно-упорядоченных сред с однородным распределением элементов обычно решается с использованием подходов нанолитографии. В этом случае в качестве маски обычно используют специальные пластины для "засветки" определенных областей пленки с последующим селективным травлением пленки и осаждением вещества на образовавшийся микрорельеф. При этом саму маску изготавливают на специальном оборудовании с помощью нанолитографии фокусированным ионным пучком (размеры пластины, например, 10 см2, характеристические размеры элементов ~200 нм). Уменьшение элементов маски и усложнение «рисунка» (например, в случае масок, используемых для формирования современных микропроцессоров) приводит к увеличению ее стоимости. Уменьшение характеристических элементов маски влечет за собой необходимость использования источников жесткого УФ и рентгеновского излучения, что опять же приводит к увеличению затрат на осуществление процесса нанолитографии и делает его доступным лишь для крупномасштабного производства. Прямое напыление вещества сквозь маску обычно не производится в связи быстрым выходом маски из строя вследствие запыления отверстий, что приводит к необоснованному удорожанию технологического процесса. Таким образом, использование процесса нанолитографии на масштабах единичных элементов менее 100 нм оказывается нецелесообразным для производства научно-исследовательских работ в институтах, университетах и малых инновационных компаниях.
В то же время для формирования пространственно-упорядоченных систем возможно использование альтернативных подходов организации систем на наноуровне, а именно применение подходов самоорганизации. Так, на сегодняшний день известны дешевые химические методы формирования пространственно-упорядоченных сред с характеристическим размером элементов в диапазоне 40-200 нм. При этом оказывается возможным формировать тонкопленочные структуры, размер и параметры периодичности которых можно контролировать с точностью не менее 5%.
Одной из таких систем являются пленки пористого оксида алюминия, получаемого методом двустадийного анодного окисления в растворяющих электролитах [Yuan J.H., He F.Y., Sun D.С., Xia X.Н. A simple method for preparation of through-hole porous anodic alumina membrane. // Chem. Mater. 2004. 16, №10, с.1841-1844]. Подбор условий окисления (плотности тока, времени окисления, химического состава электролита) позволяет варьировать диаметр и длину пор в широких пределах (диаметр от 5 до 200 нм; толщина пленки от 0,2 µм до 200 µм), что делает матрицу пористого оксида алюминия весьма перспективной для использования в качестве маски или шаблона для формирования пространственно-упорядоченных полупроводниковых нанокомпозитов.
Способ осуществляют следующим образом.
Для получения упорядоченных массивов наночастиц на основе соединений изоэлектронного ряда германия с пространственно-коррелированным или упорядоченным расположением активных элементов заданного размера для их дальнейшего использования в качестве фотовольтаических элементов высокоэффективных солнечных батарей и функциональных элементов наноэлектроники предлагается использовать широко распространенный и в связи с этим недорогой метод термического испарения материала в условиях сверхвысокого вакуума (~10-7 Па). Порошок материала засыпают в испаритель, который подключен к двум высокоточным контактам. На контакты подают ток до 100 А для разогрева испарителя до рабочей температуры (1500°С). Материал испаряют и осаждают на матрицу 1 из пористого материала (пористого оксида алюминия с упорядоченным расположением пор) (фиг.1-4). Матрицу закрепляют на расстоянии 20 см от испарителя, для минимизации влияния разогретого испарителя на температуру матрицы используют охлаждаемые экраны. При этом часть материала полупроводника заполняет поры матрицы 1 и оседает на стенках пор.
На осажденную пленку 2 полупроводника методом магнетронного распыления наносят проводящую пленку 3 из металла (никеля или серебра) или оптически прозрачного оксида индия-олова (ITO). Методом химического травления удаляют матрицу 1 из пористого материала. При заполнении пор матрицы 1 полупроводниковым материалом и после стравливания матрицы 1 образуются нанонити материала, а после удаления матрицы 1 с подложки 4 на ней остаются наноостровки материала.
Таким образом, за один цикл возможно получение двух типов наноструктур: наноостровков напыляемого материала AIIBVI на поверхности подложки 4 и нанонитей того же материала в порах матрицы 1. Напыление полупроводниковых материалов производили при температуре подложки 4 (23°С). Последующее удаление матрицы 1 методом химического травления позволяет получать свободные от матрицы 1 наноструктуры.
На фиг.8 представлены изображения нанонитей германия, полученные после стравливания матрицы 1, наночастицы повторяют форму и размеры каналов маски 1.
Предлагаемый способ был успешно апробирован в лабораторных условиях Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова и ряде институтов Российской Академии Наук.
Способ подтверждается следующим экспериментальным примером.
Необходимое оборудование
Муфельная печь с возможностью нагрева до 600°С. Источник постоянного тока с возможностью задавать напряжение в диапазоне от 5 до 160 В и силу тока в интервале от 10 мкА до 1 А, а также с возможностью программировать режим подачи напряжения. Термостат с регулируемой температурой в интервале от -20°С до +20°С. Перистальтический насос с возможностью регулирования потоков. Двухэлектродная тефлоновая электрохимическая ячейка с платиновым катодом.
Используемые материалы
Металлические пластины алюминия (чистота 99,99%, толщина 0,5 мм); водные растворы: 0,3М H2C2O4, 0,3М H2SO4, 0,1М H3PO4; 5 мас.% H3PO4; 0,3М раствор H2C2O4 в смеси 4:1 H2O:C2H5OH; 0,25 мас.% раствор NH4F в этиленгликоле; 60 мас.% раствор HF в C2H5OH; бром (х.ч.); метанол (х.ч.). Наждачная бумага 400, 800, 1200, 2000, 4000; алмазная паста с диаметром частиц 3 мкм; алмазная паста с диаметром частиц 1 мкм; суспензия для финальной полировки с диаметром частиц SiO2 40 нм.
Порядок выполнения операций
Отжечь алюминиевые пластинки в муфельной печи при температуре 550°С в течение 12 часов.
Отполировать пластинки алюминия до зеркального блеска сначала на наждачной бумаге, а затем на алмазной пасте и суспензии для финальной полировки. Удалить частицы суспензии с поверхности пластинки металла методом ультразвуковой обработки в ацетоне.
Собрать двухэлектродную электрохимическую ячейку, затем при помощи перистальтического насоса подать раствор электролита (водные растворы: 0,3М H2C2O4; 0,3M H2SO4; 0,1М H3PO4; 0,3М раствор H2C2O4 в смеси 4:1 H2O:C2H5OH; 0,25% раствор NH4F в этиленгликоле) с заданной температурой из термостата. На электрохимическую ячейку подать постоянное напряжение (в качестве катода служит платина, в качестве анода - металлическая фольга алюминия) и производить анодирование в течение определенного времени (от 3 до 100 часов). После проведения анодирования оксидную пленку отделить от металлической подложки путем селективного растворения металла в смеси брома с метанолом (объемная доля брома - 10%). После отделения оксидной пленки необходимо удалить так называемый барьерный слой, для того чтобы сделать пористую пленку проницаемой для газов. Удаление барьерного слоя производится путем селективного растворения нижней стороны пленки в 5 мас.% растворе H3PO4 при температуре 60°С.
Выключить напряжение, выкачать электролит из ячейки, разобрать ячейку.
Растворить металлическую подложку в растворе 10 об.% Br2 в метаноле.
Удалить барьерный слой травлением нижней стороны пленки, для оксида алюминия в 5% растворе H3PO4 при температуре 60°С в течение 5-15 минут; для оксида титана в течение 10-30 минут на расстоянии 5 см от поверхности 60% раствора HF в C2H5OH.
Синтез наноструктур AIIBVI в матрице пористого Al2O3 методом термического напыления из газовой фазы.
Осаждение пленки полупроводника (ZnO, ZnSe) из газовой фазы на пористую подложку Al2O3 осуществляется методом термического испарения. При этом часть материала оседает на стенках пор, при заполнении которых и после стравливания матрицы образуются нанонити материала. Перед стравливанием на пленку, образовавшуюся на матрице, производили (методом магнетронного распыления) напыление проводящего слоя из металла (никеля или серебра) или оптически прозрачного оксида ITO. Следует отметить, что уникальная пористая структура матрицы пористого оксида алюминия (прямые поры контролируемого диаметра) позволяет использовать её в качестве маски, через которую производится напыление материала на подложку. Таким образом, за один цикл возможно получение двух типов наноструктур: наноостровков напыляемого материала AIIBVI на поверхности подложки и нанонитей того же материала в порах матрицы. Напыление полупроводниковых материалов производили при температуре подложки (23°С). Последующее удаление матрицы методом химического травления позволяет получать свободные от матрицы наноструктуры.
В рамках работы была получена серия образцов, данные о которых представлены в таблице.
| Обозначение | Материал пленки | Материал подложки | Диаметр пор, нм |
| ZnSe_Si_50_isl | ZnSe | Si | 50 |
| ZnSe_Si_100_isl | ZnSe | Si | 100 |
| ZnSe_Si_150_isl | ZnSe | Si | 150 |
| ZnSe_Ag_50_wire | ZnSe | Ag | 50 |
| ZnSe_Ag_100_wire | ZnSe | Ag | 100 |
| ZnSe_Ag_150_wire | ZnSe | Ag | 150 |
Стехиометрия состава наноостровков и нанонитей контролировалась методом рентгеноэлектронной спектроскопии. Отклонения составили не более 10%. Размер образуемых нанонитей ZnSe точно соответствует диаметру пор использованных темплатов.
Таким образом, предложенный метод позволяет формировать массивы нанонитей и наноостровков полупроводниковых материалов изоэлектронного ряда германия, что является чрезвычайно перспективным подходом для создания устройств позиционирования, а в случае получения фотовольтаических элементов с градиентом состава полупроводника в пределах массива позволит создать уникальные позиционно-чувствительные сенсорные панели, чувствительные к видимому или ИК-диапазону, так как возбуждение определенных частиц в массиве приведет к возникновению строго определенной разности потенциалов на электродах, что позволит точно определить местоположение возбуждающего луча на детекторе.
Преимуществами патентуемого метода по сравнению как с прототипом, так и с другими известными методами являются повышение технологичности за счет исключения многостадийных «мокрых» химических процессов, а также возможность получения наноточек и нанонитей в одном технологическом цикле.
Claims (7)
1. Способ получения наноструктур полупроводника, включающий формирование пористой матрицы из оксидов металлов или неметаллов с последующим осаждением в матрицу полупроводниковых материалов, отличающийся тем, что формирование матрицы осуществляют путем двухстадийного анодного окисления исходного материала матрицы до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор, а полупроводник осаждают в матрицу термическим испарением его в вакууме, затем на заполненную матрицу наносят проводящую основу в виде пленки с последующим удалением матрицы.
2. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного материала матрицы берут алюминий.
3. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в матрицу осаждают соединения, входящие в изоэлектронный ряд германия, преимущественно германий, арсенид галлия, селенид цинка, бромид меди.
4. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что процесс термического испарения полупроводника ведут в сверхвысоком вакууме.
5. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что в качестве проводящей основы берут металл, преимущественно никель, или серебро, или оптически прозрачный сложный оксид индия-олова.
6. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что проводящую основу наносят путем магнетронного распыления.
7. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что матрицу удаляют травлением.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141727/28A RU2385835C1 (ru) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Способ получения наноструктур полупроводника |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141727/28A RU2385835C1 (ru) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Способ получения наноструктур полупроводника |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2385835C1 true RU2385835C1 (ru) | 2010-04-10 |
Family
ID=42671119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008141727/28A RU2385835C1 (ru) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Способ получения наноструктур полупроводника |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2385835C1 (ru) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460166C1 (ru) * | 2011-04-28 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН | Способ получения полупроводниковой наноструктуры |
| RU2475445C2 (ru) * | 2010-12-20 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ получения объемного наноструктурированного материала |
| RU2494037C1 (ru) * | 2012-04-27 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "Натотехнология МДТ" | Способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок |
| RU2525865C2 (ru) * | 2012-06-21 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Способ изготовления мдм-катода |
| RU2539757C1 (ru) * | 2013-07-04 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ формирования наноточек на поверхности кристалла |
| RU2543696C2 (ru) * | 2013-07-12 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Солар Дотс" | Способ формирования массивов квантовых точек повышенной плотности |
| RU2555366C2 (ru) * | 2010-08-16 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Способ получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой и способ формирования массивов анизотропных наноструктур на его основе |
| RU2593021C1 (ru) * | 2014-12-25 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Способ получения наноматериалов модификацией поверхности металлсодержащего каркасного соединения (варианты) |
| US9904431B2 (en) | 2012-11-27 | 2018-02-27 | Guardian Glass, LLC | Capacitance touch panel with silver-inclusive transparent conductive layer(s) and dielectric layer(s) |
| US9965127B2 (en) | 2012-11-27 | 2018-05-08 | Guardian Glass, LLC | Projected capacitive touch panel with a silver-inclusive transparent conducting layer(s) |
| US11340742B2 (en) | 2012-11-27 | 2022-05-24 | Guardian Glass, LLC | Transparent conductive coating for capacitive touch panel with silver having increased resistivity |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2179526C2 (ru) * | 1999-11-29 | 2002-02-20 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Способ получения твердофазных наноструктурированных материалов |
| WO2004054924A1 (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Columnar structured material, electrode having columnar structured material, and production method therefor |
| RU2233791C2 (ru) * | 2002-03-26 | 2004-08-10 | Закрытое акционерное общество "ТЕТРА" | Способ получения наночастиц и изготовления материалов и устройств, содержащих наночастицы |
| JP2005255439A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Japan Fine Ceramics Center | ナノ・ミクロおよびマクロ多重構造多孔体およびその製法 |
| RU2322384C1 (ru) * | 2006-10-16 | 2008-04-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ) | Способ получения магнитных нанокомпозитных материалов с упорядоченной структурой |
-
2008
- 2008-10-23 RU RU2008141727/28A patent/RU2385835C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2179526C2 (ru) * | 1999-11-29 | 2002-02-20 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Способ получения твердофазных наноструктурированных материалов |
| RU2233791C2 (ru) * | 2002-03-26 | 2004-08-10 | Закрытое акционерное общество "ТЕТРА" | Способ получения наночастиц и изготовления материалов и устройств, содержащих наночастицы |
| WO2004054924A1 (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Columnar structured material, electrode having columnar structured material, and production method therefor |
| JP2005255439A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Japan Fine Ceramics Center | ナノ・ミクロおよびマクロ多重構造多孔体およびその製法 |
| RU2322384C1 (ru) * | 2006-10-16 | 2008-04-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ) | Способ получения магнитных нанокомпозитных материалов с упорядоченной структурой |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555366C2 (ru) * | 2010-08-16 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Способ получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой и способ формирования массивов анизотропных наноструктур на его основе |
| RU2475445C2 (ru) * | 2010-12-20 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ получения объемного наноструктурированного материала |
| RU2460166C1 (ru) * | 2011-04-28 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН | Способ получения полупроводниковой наноструктуры |
| RU2494037C1 (ru) * | 2012-04-27 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "Натотехнология МДТ" | Способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок |
| RU2525865C2 (ru) * | 2012-06-21 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Способ изготовления мдм-катода |
| US10088967B2 (en) | 2012-11-27 | 2018-10-02 | Guardian Glass, LLC | Projected capacitive touch panel with a silver-inclusive transparent conducting layer(s) |
| US9904431B2 (en) | 2012-11-27 | 2018-02-27 | Guardian Glass, LLC | Capacitance touch panel with silver-inclusive transparent conductive layer(s) and dielectric layer(s) |
| US9965127B2 (en) | 2012-11-27 | 2018-05-08 | Guardian Glass, LLC | Projected capacitive touch panel with a silver-inclusive transparent conducting layer(s) |
| RU2665878C2 (ru) * | 2012-11-27 | 2018-09-04 | Гардиан Индастриз Корп. | Проекционно-емкостная сенсорная панель с серебросодержащим прозрачным проводящим слоем(ями) |
| US10078409B2 (en) | 2012-11-27 | 2018-09-18 | Guardian Glass, LLC | Projected capacitive touch panel with silver-inclusive transparent conducting layer(s), and/or method of making the same |
| US10222923B2 (en) | 2012-11-27 | 2019-03-05 | Guardian Glass, LLC | Projected capacitive touch panel with silver-inclusive transparent conducting layer(s), and/or methods of making the same |
| US10394405B2 (en) | 2012-11-27 | 2019-08-27 | Guardian Glass, LLC | Capacitive touch panel with multi-layer transparent conductive film |
| US11340742B2 (en) | 2012-11-27 | 2022-05-24 | Guardian Glass, LLC | Transparent conductive coating for capacitive touch panel with silver having increased resistivity |
| RU2539757C1 (ru) * | 2013-07-04 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ формирования наноточек на поверхности кристалла |
| RU2543696C2 (ru) * | 2013-07-12 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Солар Дотс" | Способ формирования массивов квантовых точек повышенной плотности |
| RU2593021C1 (ru) * | 2014-12-25 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Способ получения наноматериалов модификацией поверхности металлсодержащего каркасного соединения (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2385835C1 (ru) | Способ получения наноструктур полупроводника | |
| JP3610293B2 (ja) | 細孔を有する構造体及び前記細孔を有する構造体を用いたデバイス | |
| Xu et al. | Preparation of CdS single‐crystal nanowires by electrochemically induced deposition | |
| Yang et al. | Anodic alumina template on Au/Si substrate and preparation of CdS nanowires | |
| Hu et al. | Large-scale and rapid synthesis of ultralong ZnO nanowire films via anodization | |
| KR20090022956A (ko) | 산화티타늄 나노튜브를 이용한 염료감응형 태양전지와 그제조방법 | |
| Wang et al. | Preparation and characterization of ordered semiconductor CdO nanowire arrays | |
| CN102881462B (zh) | 一种ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚微球复合膜的制备方法 | |
| Taşaltın et al. | Simple fabrication of hexagonally well-ordered AAO template on silicon substrate in two dimensions | |
| CN107464881B (zh) | 一种面向光解水制氢的集成器件及其制作方法 | |
| CN101499417A (zh) | 用阳极氧化铝模板实现半导体材料上图形转移的方法 | |
| CN106011969B (zh) | 镍基上金纳米颗粒阵列及其制备方法 | |
| Djenizian et al. | Electrochemical fabrication of tin nanowires: a short review | |
| CN101135659A (zh) | β－Ga2O3纳米线及其气体传感器的制备和实现快速响应的气体传感方法 | |
| CN103824898A (zh) | 基于溶液法实现的自组装无电沉积制备铜铟镓硒三维纳米结构阵列 | |
| Gabski et al. | Stability and performance of nanostructured perovskites for light‐harvesting applications | |
| RU2460166C1 (ru) | Способ получения полупроводниковой наноструктуры | |
| CN101255603A (zh) | 模板电沉积法制备ⅱ-ⅵ族半导体纳米线的方法 | |
| CN104152851B (zh) | 一种结构可控碲单质纳米材料的制备方法 | |
| CN107130219A (zh) | 一种超薄通孔阳极氧化铝薄膜的制备方法 | |
| Inguanta et al. | Electrodeposition and photo-electrochemical behaviour of CIGS thin films and nanowire arrays for solar cell | |
| CN114232010B (zh) | 一种晶圆级贵金属单原子层催化剂及其制备和应用 | |
| Pal et al. | Spontaneous hyper-branching in ZnO nanostructures: morphology dependent electron emission and light detection | |
| CN105220221B (zh) | 一种介孔单晶氧化铁的制备方法及其光电化学分解水装置 | |
| Spitsina et al. | ZnO crystalline nanowires array for application in gas ionization sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121024 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150210 |