RU2385835C1 - Method of obtaining nanostructures of semiconductor - Google Patents
Method of obtaining nanostructures of semiconductor 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
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
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.The invention relates to the field of low-dimensional nanotechnology and highly dispersed materials and can be used to obtain an ordered array of semiconductor nanoparticles based on mesoporous solid-phase matrices.
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.A known method for producing solid-phase nanostructured materials using matrix-forming mesoporous molecular sieves with an ordered structure (RU 2179526). They can serve, for example, molecular sieves MCM-41, FSM-16. Upon receipt of non-porous materials, the substance is applied to the sieves in an amount sufficient to completely fill the matrix mesopores. Upon receipt of porous materials, the substance is applied in an amount insufficient to completely fill the matrix mesopores. Upon receipt of hollow or solid nanostructured materials, such as carbon nanotubes, the forming matrix is removed in an acidic or alkaline medium. Upon receipt of carbon nanostructured materials, carbon is additionally graphitized after being applied to the matrix. The resulting materials have constant and controlled sizes: an external diameter of 3-150 nm, depending on the pore size of the forming matrix, an internal diameter of 0-140 nm. Also described is the possibility of obtaining nanostructures, in particular nanotubes, by the low-energy-intensive pyrolysis process of carbon-containing precursors at temperatures of 500-600 ° C.
Недостатком данного метода является то, что для получения материалов используются химические методы, в частности темплатирование.The disadvantage of this method is that chemical methods are used to obtain materials, in particular templating.
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.Closest to the claimed invention is a method for producing magnetic nanocomposite materials with an ordered structure according to patent RU 2322384. In this method for producing magnetic nanocomposite materials with an ordered structure for the synthesis of filamentous metal nanoparticles, metal alloys and metal-containing nanoparticles in a matrix of mesoporous silicon oxide into an aqueous solution of alkyltrimethyl bromide (template) add a concentrated aqueous solution of ammonia until the mixture reaches acidity no more than 11, tetraethoxysilane (TEOS) is homogeneously added to the resulting mixture and the mixture is stirred until a precipitate is obtained, the precipitate is filtered off, excess ammonia is removed from the precipitate by washing with distilled water to an acid level of 5-8 and dried at a temperature of 80-120 ° С, the dried precipitate is they are impregnated with a solution of a metal complex at room temperature, the impregnated sample is washed with a solvent until the remnants of the metal complex solution are removed from the surface of the sample, dried in a stream of inert gas, and irradiated with ultraviolet radiation Niemi, and then annealed in a reducing atmosphere at temperatures of 250-700 ° C until the color changes.
Недостатком способа является низкая технологичность (использование химических методов) и необходимость использования дорогостоящих оборудования и химических реагентов. Этот способ выбран в качестве прототипа.The disadvantage of this method is the low manufacturability (use of chemical methods) and the need to use expensive equipment and chemical reagents. This method is selected as a prototype.
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.The principal difference between the proposed method and the prototype is, first of all, a wider selection of materials that can be deposited in the pores of the matrix, as well as the method of application (evaporation of a substance under ultrahigh vacuum). The resulting nanostructures do not need additional processing. It is also proposed in one experimental cycle to apply a conductive layer to the obtained nanostructures, which, after removal of the matrix, will be an electrical contact. The resulting nanostructures, as in the prototype, have constant and controlled sizes, an ordered arrangement. Also one of the differences is that the method proposed in the application allows to obtain two types of nanostructures at once - nanostructures such as quantum dots and nanowires.
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.The objective of the invention is to increase the manufacturability of the method of obtaining ordered arrays of semiconductors, both elementary and being a chemical compound, based on mesoporous solid-phase matrices. In addition, it becomes possible to simultaneously obtain two types of nanostructures - quantum dots and nanowires of the material.
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.The result is achieved by the claimed method for producing semiconductor nanostructures, according to which a porous matrix is formed from metal or non-metal oxides, the matrix is formed by two-stage anodic oxidation of the matrix starting material until an ordered structure of nanopores is formed, then a semiconductor material is deposited into the matrix, which is previously thermally evaporated in vacuum, after that, a conductive base in the form of a film is applied to the filled matrix and the matrix is removed. As the starting material of the matrix, aluminum is taken. The material of the semiconductor, which is deposited in the matrix, are compounds included in the isoelectronic series of germanium, mainly germanium, gallium arsenide, zinc selenide, copper bromide. The process of thermal evaporation of the semiconductor is carried out in ultrahigh vacuum. The conductive base is a metal, mainly nickel or silver, or an optically transparent complex indium tin oxide, the deposition of which is carried out by magnetron sputtering. The removal of the matrix is carried out by etching.
Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1 - напыление пленки германия на поверхность пористого оксида алюминия;figure 1 - deposition of a film of germanium on the surface of the porous alumina;
фиг.2 - нанесение проводящей пленки;figure 2 - deposition of a conductive film;
фиг.3 - стравливание пленки пористого оксида алюминия;figure 3 - etching of a film of porous alumina;
фиг.4 - отрыв пленки от подложки;figure 4 - the separation of the film from the substrate;
фиг.5-7 - данные сканирующей электронной микроскопии образцов пористого оксида алюминия с различным временем травления;5-7 - scanning electron microscopy data of samples of porous alumina with different etching times;
фиг.8 - данные электронно-микроскопических исследований наноструктур Ge.Fig.8 is the data of electron microscopic studies of Ge nanostructures.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
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.Reducing the size of the transistor leads to the need to create its parts, the characteristic dimensions of which (for example, the channel length) are comparable to the thickness of several atomic layers. So, for 30 nm technology, the channel length of a single transistor is only 20 nm. However, with a decrease in the size of microelectronic elements, quantum effects manifest themselves more and more, and the problem of charge transfer by electron tunneling through a “closed” channel arises. In addition, the presence of surface defects in the semiconductor channel leads to the recombination of electron-hole pairs at the semiconductor / insulator interface with the release of energy in the form of heat and, consequently, to a significant local heating of the system, which in turn only increases the channel resistance, as well as tunneling probability. Thus, the relevance of creating electronic devices based on semiconductor nanocomposites is due to the general trend of miniaturization and the limited approaches of nanolithography to the formation of chip elements <10 nm in size.
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.In this case, a special place in the development of nanoelectronics is given to nanostructures based on arrays of quantum dots isolated from each other by layers of a dielectric or semiconductor with a large band gap. Correlated arrays of quantum dots are today the most promising candidates for creating quantum logic devices and quantum computers, and due to efficient emission and high quantum output, arrays of quantum dots of wide-gap semiconductors are promising for creating visible radiation sources, solar cells, or fluorescent labels.
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.Materials included in the isoelectronic series of Germany (Ge, GaAs, ZnSe, CuBr) are traditional materials that have long been used for the manufacture of semiconductor devices. Over the past few years, techniques (primarily epitaxial) have been successfully developed that allow one to obtain various nano-objects. The best examples of such objects are quantum dots of germanium and gallium arsenide on the surface of single-crystal silicon. It should be noted that the semiconductor interface formed in this case allows the completion of the outer surface of the quantum dot, prevents the appearance of low-energy defects and avoids the recombination of excitons on the surface of the nanocrystal.
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.The problem of obtaining spatially ordered media with a uniform distribution of elements is usually solved using nanolithography approaches. In this case, special plates are usually used as a mask to “illuminate” certain areas of the film, followed by selective etching of the film and deposition of the substance on the resulting microrelief. In this case, the mask itself is made on special equipment using nanolithography using focused ion beam (plate sizes, for example, 10 cm 2 , characteristic sizes of elements ~ 200 nm). Reducing the elements of the mask and complicating the "pattern" (for example, in the case of masks used to form modern microprocessors) leads to an increase in its cost. The decrease in the characteristic elements of the mask entails the need to use sources of hard UV and X-ray radiation, which again leads to an increase in the cost of the nanolithography process and makes it available only for large-scale production. Direct spraying of a substance through a mask is usually not performed due to the rapid failure of the mask due to dusting of the holes, which leads to an unreasonable rise in the cost of the process. Thus, the use of the nanolithography process on the scale of single elements less than 100 nm is inappropriate for research work at institutes, universities and small innovative companies.
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%.At the same time, it is possible to use alternative approaches to organizing systems at the nanoscale for the formation of spatially ordered systems, namely, the application of self-organization approaches. So, today cheap chemical methods are known for the formation of spatially ordered media with a characteristic element size in the range of 40-200 nm. In this case, it is possible to form thin-film structures whose size and periodicity parameters can be controlled with an accuracy of at least 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.One such system is a film of porous alumina obtained by two-stage anodic oxidation in dissolving electrolytes [Yuan J.H., He F.Y., Sun D.C., Xia X.N. A simple method for preparation of through-hole porous anodic alumina membrane. // Chem. Mater. 2004.16, No. 10, p. 1841-1844]. The selection of oxidation conditions (current density, oxidation time, chemical composition of the electrolyte) allows one to vary the diameter and pore length over a wide range (diameter from 5 to 200 nm; film thickness from 0.2 μm to 200 μm), which makes the matrix of porous alumina very promising for use as a mask or template for the formation of spatially ordered semiconductor nanocomposites.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
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.To obtain ordered arrays of nanoparticles based on compounds of the isoelectronic series of germanium with a spatially correlated or ordered arrangement of active elements of a given size for their further use as photovoltaic elements of highly efficient solar cells and functional elements of nanoelectronics, it is proposed to use the widely used and therefore inexpensive method of thermal evaporation material in ultrahigh vacuum (~ 10 -7 Pa). Powder material is poured into the evaporator, which is connected to two high-precision contacts. A current of up to 100 A is applied to the contacts to heat the evaporator to an operating temperature (1500 ° C). The material is evaporated and deposited on a
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.A
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.Thus, in one cycle, two types of nanostructures can be obtained: nanoislands of the deposited material A II B VI on the surface of the
На фиг.8 представлены изображения нанонитей германия, полученные после стравливания матрицы 1, наночастицы повторяют форму и размеры каналов маски 1.On Fig presents images of germanium nanowires obtained after etching
Предлагаемый способ был успешно апробирован в лабораторных условиях Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова и ряде институтов Российской Академии Наук.The proposed method has been successfully tested in laboratory conditions of Moscow State University named after M.V. Lomonosov and a number of institutes of the Russian Academy of Sciences.
Способ подтверждается следующим экспериментальным примером.The method is confirmed by the following experimental example.
Необходимое оборудованиеNecessary equipment
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.Muffle furnace with the possibility of heating up to 600 ° C. A direct current source with the ability to set a voltage in the range from 5 to 160 V and a current in the range from 10 μA to 1 A, as well as with the ability to program the voltage supply mode. Thermostat with adjustable temperature in the range from -20 ° С to + 20 ° С. Peristaltic pump with adjustable flow. Two-electrode teflon electrochemical cell with a platinum cathode.
Используемые материалыMaterials used
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.Metal plates of aluminum (purity 99.99%, thickness 0.5 mm); aqueous solutions: 0.3 M H 2 C 2 O 4 , 0.3 M H 2 SO 4 , 0.1 M H 3 PO 4 ; 5 wt.% H 3 PO 4 ; 0.3 M solution of H 2 C 2 O 4 in a 4: 1 mixture of H 2 O: C 2 H 5 OH; 0.25 wt.% Solution of NH 4 F in ethylene glycol; 60 wt.% Solution of HF in C 2 H 5 OH; bromine (chemically pure); methanol (chemically pure). Sandpaper 400, 800, 1200, 2000, 4000; diamond paste with a particle diameter of 3 microns; diamond paste with a particle diameter of 1 μm; suspension for final polishing with a particle diameter of SiO 2 40 nm.
Порядок выполнения операцийOrder of operations
Отжечь алюминиевые пластинки в муфельной печи при температуре 550°С в течение 12 часов.Anneal aluminum plates in a muffle furnace at a temperature of 550 ° C for 12 hours.
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.Polish the aluminum plates to a mirror finish, first on sandpaper, and then on diamond paste and slurry for final polishing. Remove suspension particles from the surface of the metal plate by ultrasonic treatment in acetone.
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.Assemble a two-electrode electrochemical cell, then, using a peristaltic pump, apply an electrolyte solution (aqueous solutions: 0.3 M H 2 C 2 O 4 ; 0.3 M H 2 SO 4 ; 0.1 M H 3 PO 4 ; 0.3 M H 2 C solution 2 O 4 in a mixture of 4: 1 H 2 O: C 2 H 5 OH; 0.25% solution of NH 4 F in ethylene glycol) with a given temperature from a thermostat. Apply a constant voltage to the electrochemical cell (platinum serves as the cathode, aluminum metal foil serves as the anode) and anodize for a certain time (from 3 to 100 hours). After anodizing, the oxide film is separated from the metal substrate by selective dissolution of the metal in a mixture of bromine with methanol (volume fraction of bromine - 10%). After separation of the oxide film, it is necessary to remove the so-called barrier layer in order to make the porous film permeable to gases. The removal of the barrier layer is carried out by selective dissolution of the lower side of the film in a 5 wt.% H 3 PO 4 solution at a temperature of 60 ° C.
Выключить напряжение, выкачать электролит из ячейки, разобрать ячейку.Turn off the voltage, pump out the electrolyte from the cell, disassemble the cell.
Растворить металлическую подложку в растворе 10 об.% Br2 в метаноле.Dissolve the metal substrate in a solution of 10 vol.% Br 2 in methanol.
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.Remove the barrier layer by etching the lower side of the film, for alumina in a 5% solution of H 3 PO 4 at a temperature of 60 ° C for 5-15 minutes; for titanium oxide for 10-30 minutes at a distance of 5 cm from the surface of a 60% solution of HF in C 2 H 5 OH.
Синтез наноструктур AIIBVI в матрице пористого Al2O3 методом термического напыления из газовой фазы.The synthesis of nanostructures A II B VI in a matrix of porous Al 2 O 3 by thermal spraying from the gas phase.
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.The deposition of a semiconductor film (ZnO, ZnSe) from the gas phase on a porous Al 2 O 3 substrate is carried out by thermal evaporation. At the same time, part of the material settles on the pore walls, upon filling of which nanowires of the material are formed even after the matrix is etched. Before etching onto a film formed on the matrix, (by magnetron sputtering), a conductive layer was deposited from a metal (nickel or silver) or optically transparent ITO oxide. It should be noted that the unique porous structure of the matrix of porous alumina (direct pores of controlled diameter) allows you to use it as a mask through which the material is sprayed onto the substrate. Thus, in one cycle, two types of nanostructures can be obtained: nanoislands of the deposited material A II B VI on the surface of the substrate and nanowires of the same material in the pores of the matrix. Semiconductor materials were sprayed at a substrate temperature (23 ° C). Subsequent matrix removal by chemical etching allows one to obtain matrix-free nanostructures.
В рамках работы была получена серия образцов, данные о которых представлены в таблице.As part of the work, a series of samples was obtained, the data on which are presented in the table.
Стехиометрия состава наноостровков и нанонитей контролировалась методом рентгеноэлектронной спектроскопии. Отклонения составили не более 10%. Размер образуемых нанонитей ZnSe точно соответствует диаметру пор использованных темплатов.The stoichiometry of the composition of nanoislands and nanowires was monitored by X-ray spectroscopy. Deviations were not more than 10%. The size of the formed ZnSe nanowires exactly corresponds to the pore diameter of the templates used.
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.Thus, the proposed method allows the formation of arrays of nanowires and nanoislands of semiconductor materials of the isoelectronic series of germanium, which is an extremely promising approach for creating positioning devices, and in the case of photovoltaic elements with a gradient in the composition of the semiconductor within the array, it will be possible to create unique position-sensitive touch panels that are sensitive visible or infrared, as the excitation of certain particles in the array will lead to a strictly defined potential difference at the electrodes, which will accurately determine the location of the exciting beam at the detector.
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.The advantages of the patented method in comparison with both the prototype and other known methods are to increase manufacturability by eliminating multi-stage "wet" chemical processes, as well as the possibility of obtaining nanodots and nanowires in one technological cycle.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141727/28A RU2385835C1 (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Method of obtaining nanostructures of semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008141727/28A RU2385835C1 (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Method of obtaining nanostructures of semiconductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2385835C1 true RU2385835C1 (en) | 2010-04-10 |
Family
ID=42671119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008141727/28A RU2385835C1 (en) | 2008-10-23 | 2008-10-23 | Method of obtaining nanostructures of semiconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2385835C1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460166C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН | Method of producing semiconductor nanostructure |
| RU2475445C2 (en) * | 2010-12-20 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Method for obtaining volume nanostructured material |
| RU2494037C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "Натотехнология МДТ" | Method of production of atomic-thin single-crystalline films |
| RU2525865C2 (en) * | 2012-06-21 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of making mim-cathode |
| RU2539757C1 (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of forming nanodots on crystal surface |
| RU2543696C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Солар Дотс" | Method of formation of array of quantum points of increased density |
| RU2555366C2 (en) * | 2010-08-16 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Method of obtaining anode aluminium oxide with highly ordered porous structure and method of forming arrays of anisotropic nanostructures on its base |
| RU2593021C1 (en) * | 2014-12-25 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Method for production of nanomaterials by modification of surface of metal-containing frame compound (versions) |
| 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 |
-
2008
- 2008-10-23 RU RU2008141727/28A patent/RU2385835C1/en active IP Right Revival
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555366C2 (en) * | 2010-08-16 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Method of obtaining anode aluminium oxide with highly ordered porous structure and method of forming arrays of anisotropic nanostructures on its base |
| RU2475445C2 (en) * | 2010-12-20 | 2013-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Method for obtaining volume nanostructured material |
| RU2460166C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-08-27 | Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН | Method of producing semiconductor nanostructure |
| RU2494037C1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-09-27 | Закрытое акционерное общество "Натотехнология МДТ" | Method of production of atomic-thin single-crystalline films |
| RU2525865C2 (en) * | 2012-06-21 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of making mim-cathode |
| 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 (en) * | 2012-11-27 | 2018-09-04 | Гардиан Индастриз Корп. | Projection-capacitive touch panel with silver-containing transparent conductive layer(s) |
| 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 (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of forming nanodots on crystal surface |
| RU2543696C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Солар Дотс" | Method of formation of array of quantum points of increased density |
| RU2593021C1 (en) * | 2014-12-25 | 2016-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" (ИГХТУ) | Method for production of nanomaterials by modification of surface of metal-containing frame compound (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2385835C1 (en) | Method of obtaining nanostructures of semiconductor | |
| JP3610293B2 (en) | Structure having pores and device using the structure having pores | |
| Xu et al. | Preparation and characterization of CdS nanowire arrays by dc electrodeposit in porous anodic aluminum oxide templates | |
| Xu et al. | Preparation of II-VI group semiconductor nanowire arrays by dc electrochemical deposition in porous aluminum oxide templates | |
| Xu et al. | Preparation of CdS single‐crystal nanowires by electrochemically induced deposition | |
| Ren et al. | Photoelectrochemical water splitting strongly enhanced in fast-grown ZnO nanotree and nanocluster structures | |
| Yang et al. | Anodic alumina template on Au/Si substrate and preparation of CdS nanowires | |
| Wang et al. | Preparation and characterization of ordered semiconductor CdO nanowire arrays | |
| Liu et al. | CuSbS 2: a promising semiconductor photo-absorber material for quantum dot sensitized solar cells | |
| Khosrow-pour et al. | Large-scale synthesis of uniform lanthanum oxide nanowires via template-free deposition followed by heat-treatment | |
| KR101382911B1 (en) | The production method of the self-assembled foam-like graphine networks using nucleate boiling and the self-assembled foam-like graphine networks of using this | |
| Taşaltın et al. | Simple fabrication of hexagonally well-ordered AAO template on silicon substrate in two dimensions | |
| Su et al. | Engineered WO 3 nanorods for conformal growth of WO 3/BiVO 4 core–shell heterojunction towards efficient photoelectrochemical water oxidation | |
| Djenizian et al. | Electrochemical fabrication of tin nanowires: a short review | |
| RU2460166C1 (en) | Method of producing semiconductor nanostructure | |
| Gupta et al. | Enhanced field emission from copper nanowires synthesized using ion track-etch membranes as scaffolds | |
| KR20110065971A (en) | Method of fabricating graphene oxide | |
| Nasori et al. | Comparative study of p-type CuBi2O4 films and CuBi2O4 nanopillars photocathode for high performance photoelectrochemical water splitting | |
| CN100582325C (en) | Process for producing cadmium sulfide quantum wire | |
| Pal et al. | Spontaneous hyper-branching in ZnO nanostructures: morphology dependent electron emission and light detection | |
| Inguanta et al. | Electrodeposition and photo-electrochemical behaviour of CIGS thin films and nanowire arrays for solar cell | |
| Bakranov et al. | The study of photoelectrochemical water splitting by ZnO nanostructures and ZnO/Ag nanocomposites | |
| CN109811313B (en) | Preparation method of porous alumina template on high-resistivity substrate | |
| JP2006054421A (en) | Semiconductor film | |
| 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 |