RU2460166C1 - Способ получения полупроводниковой наноструктуры - Google Patents
Способ получения полупроводниковой наноструктуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460166C1 RU2460166C1 RU2011117251/28A RU2011117251A RU2460166C1 RU 2460166 C1 RU2460166 C1 RU 2460166C1 RU 2011117251/28 A RU2011117251/28 A RU 2011117251/28A RU 2011117251 A RU2011117251 A RU 2011117251A RU 2460166 C1 RU2460166 C1 RU 2460166C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- semiconductor
- porous matrix
- semiconductor material
- metal
- matrix
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims abstract description 8
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 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 abstract description 5
- ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M bromocopper(1+) Chemical compound Br[Cu+] ODWXUNBKCRECNW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002290 germanium Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 7
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 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
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000005329 nanolithography Methods 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
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 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
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 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
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000002063 nanoring Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 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
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для синтеза массивов пространственно-упорядоченных наночастиц полупроводников. Сущность изобретения: способ получения полупроводниковой наноструктуры включает осаждение на пористой матрице первого полупроводникового материала, удаление пористой матрицы, осаждение второго полупроводникового материала на полученную структуру первого полупроводникового материала. Формирование пористой матрицы осуществляют путем анодного окисления до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор. Первый и второй полупроводниковые материалы осаждают термическим испарением в вакууме. Осаждают соединения, входящие в изоэлектронный ряд германия: германий, или арсенид галлия, или селенид цинка, или бромид меди. Термическое испарение полупроводникового материала осуществляют в сверхвысоком вакууме. В качестве проводящей основы используют металл. Проводящую основу наносят путем магнетронного распыления. На сформированную полупроводниковую наноструктуру, с двух сторон, наносят проводящую основу в виде пленки. В качестве пористой матрицы используют пористую матрицу из оксида металла или неметалла. Техническим результатом изобретения является создание способа формирования нанокомпозитов и наноструктур на основе полупроводниковых материалов для перспективных источников света, элементов солнечных батарей и фотодетекторов со сверхвысоким (порядка 100 нм) пространственным разрешением. 11 з.п. ф-лы, 12 ил.
Description
Изобретение относится к области низкоразмерной нанотехнологии и высокодисперсным материалам и может быть использовано для синтеза массивов пространственно-упорядоченных наночастиц полупроводников. Полученные структуры могут быть использованы для создания электролюминесцентных источников, высокоточных детекторов излучения, преобразователей потоков фотонов в электрические сигналы.
В настоящее время перспективы развития оптических материалов связаны с высокоэффективными люминесцентными источниками на основе полупроводниковых наночастиц широкозонных полупроводников. Особое внимание уделяется разработке и созданию экономичных устройств, излучающих в УФ и видимой (до ближней ИК) областях спектра, что в первую очередь определяется потребностями оптоэлектроники и нанофотоники. Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений является разработка высокоэффективных твердотельных источников белого света с малым потреблением энергии, а также новых эффективных когерентных источников излучения на основе наноразмерных структур широкозонных соединений AIIBVI. Например, в полупроводниковых квантовых точках обнаружено проявление размерных эффектов, в частности влияние квантово-размерного ограничения на энергетический спектр экситонов, оптическая бистабильность, чувствительность оптических свойств к электрическому полю и т.д. Имеются обширные данные по таким структурам AIV, AIBVII, AIIBVI, полученным в объемах, в частности, оксидных матриц.
Возможность контроля функциональных свойств наноматериалов напрямую зависит от следующих основных факторов: размер, структура, форма и дисперсность наночастиц, количество структурных дефектов, их однородность по размеру и химическому составу. Методы получения наноструктур с узким распределением по размерам можно условно разделить на физические и химические. Физические методы включают подходы нанолитографии (сфокусированным электронным или ионным пучком, зондом СЗМ), высокоэнергетические методы напыления (молекулярно-лучевая эпитаксия, термическое, ультразвуковое, лазерное, плазменное и DC распыление) и методы механического измельчения. Методы нанолитографии наиболее применимы для получения геометрически точных структур, однако они часто оказываются весьма трудоемкими и требующими значительных материальных затрат, а их реализация требует наличия сложных энергопотребляющих установок. Кроме того, существующие ныне литографические методы ограничены длинами волн существующих источников, материалами фоторезистов. Более доступной альтернативой являются химические методы, основанные на использовании пространственно-ограниченных систем (так называемых нанореакторов). К их числу относят мицеллы, пленки Лэнгмюра-Блоджетт, микроэмульсии, а также твердофазные матрицы, обладающие однородным распределением пор по размеру. Использование нанореакторов позволяет получать наночастицы различной формы и анизотропии.
Известны дешевые химические методы формирования пространственно-упорядоченных сред с характеристическим размером элементов в диапазоне 40-200 нм. При этом оказывается возможным формировать тонкопленочные пористые структуры, размер и параметры периодичности пор в 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., Не F.Y., Sun D.C., Xia X.H. 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 мкм до 200 мкм), что делает матрицу пористого оксида алюминия весьма перспективной для использования в качестве маски или шаблона для формирования пространственно-упорядоченных полупроводниковых нанокомпозитов.
Известен способ получения наноструктур полупроводника (по патенту RU 2385835), выбранный в качестве прототипа, включающий 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. Его недостатком являются ограниченные возможности по изготовлению структур для различных полупроводниковых устройств.
Технической задачей изобретения является создание способа формирования нанокомпозитов и наноструктур на основе полупроводниковых материалов (например, изоэлектронного ряда германия) для перспективных источников света, элементов солнечных батарей и фотодетекторов со сверхвысоким (порядка 100 нм) пространственным разрешением.
Технический результат достигается в способе получения полупроводниковой наноструктуры, включающем осаждение на пористой матрице первого полупроводникового материала, удаление пористой матрицы, осаждение второго полупроводникового материала на полученную структуру первого полупроводникового материала. Формирование пористой матрицы осуществляют путем анодного окисления до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор. Первый и второй полупроводниковые материалы осаждают термическим испарением в вакууме. Осаждают соединения, входящие в изоэлектронный ряд германия: германий, или арсенид галлия, или селенид цинка, или бромид меди. Термическое испарение полупроводникового материала осуществляют в сверхвысоком вакууме. В качестве проводящей основы используют металл: никель, или серебро, или оптически прозрачный оксид индия-олова. Проводящую основу наносят путем магнетронного распыления. На сформированную полупроводниковую наноструктуру, с двух сторон, наносят проводящую основу в виде пленки. В качестве пористой матрицы используют пористую матрицу из оксида металла или неметалла. В качестве пористой матрицы используют оксид алюминия. Пористую матрицу удаляют травлением. В качестве первого и второго полупроводникового материала используют полупроводники с разными значениями ширины запрещенной зоны.
Изобретение поясняется рисунками:
фиг.1 - схема формирования пористых пленок Al2O3;
фиг.2-4 - микрофотографии наноструктур, полученных в пористых матрицах оксида алюминия: фиг.2 - нанонити Ge в матрице пористого оксида алюминия (диаметр ~75 нм, пространственная периодичность ~50 нм, длина ~10 мкм), наноточки (фиг.3) и нанокольца (фиг.4) ZnSe (диаметр ~75 нм и ~100 нм, пространственная периодичность ~100 нм и ~100 нм соответственно) полученные в НОЦ «НАНОНИТИ» ФТИ УрО РАН и ФНМ МГУ.
фиг.5-12 - схема формирования нанокомпозитов типа «упорядоченные наноструктуры узкозонного полупроводника в матрице широкозонного полупроводника»:
фиг.5 - закрепление матрицы пористого оксида алюминия на подложку;
фиг.6 - напыление на матрицу полупроводника;
фиг.7 - закрепление матрицы пористого оксида алюминия на вторую подложку;
фиг.8 - удаление матрицы пористого оксида алюминия;
фиг.9 - напыление на наноструктуры полупроводника на первый полупроводник;
фиг.10 - удаление второй подложки;
фиг.11 - напыление непрозрачного проводящего слоя;
фиг.12 - нанокомпозит первого полупроводникового материала в матрице второго полупроводникового материала с проводящими слоями на их поверхностях.
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).
Способ получения полупроводниковой наноструктуры осуществляют следующим образом.
Порошок первого полупроводникового материала засыпают в испаритель, который подключен к двум высокоточным контактам. На контакты подают ток до 100 А для разогрева испарителя до рабочей температуры (1500°C). Первый полупроводниковый материал испаряют и осаждают на матрицу 2 из пористого материала (пористого оксида алюминия с упорядоченным расположением пор), закрепленную на подложку 1 (фиг.5). Формирование пористой матрицы (далее - матрица) осуществляют путем анодного окисления до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор (фиг.1).
Матрицу закрепляют на расстоянии 20 см от испарителя, для минимизации влияния разогретого испарителя на температуру матрицы используют охлаждаемые экраны. При этом первый полупроводниковый материал 3 оседает на стенках пор матрицы 2, полностью их заполняя (фиг.6).
Матрицу 2 с напыленным на нее первым полупроводниковым материалом 3 удаляют (отрывают) от подложки 1. На осажденную пленку первого полупроводникового материала 3 проводят напыление прозрачно-проводящего слоя 4 (фиг.7). На него углеродным скотчем 5 приклеивают подложку 6 (фиг.8). Затем методом химического травления в смеси оксида хрома (CrO3) в фосфорной кислоте удаляют матрицу 2, при этом образуются нанонити первого полупроводникового материала 3 на прозрачно-проводящем слое 4 и подложке 6 (фиг.9).
Получившуюся структуру первого полупроводникового материала 3, закрепленную на подложке 6 вновь закрепляют на подложкодержателе испарительной камеры и осаждают (напыляют) второй полупроводниковый материал 7 (фиг.10). На слой второго полупроводникового материала 7 производят напыление непрозрачного проводящего слоя 8 (например, Ni, Ag, фиг.11).
После удаления подложки 6 и углеродного скотча 5 получается нанокомпозит первого полупроводникового материала 3, характеризующегося одним значением ширины запрещенной зоны в матрице второго полупроводникового материала 7, характеризующегося другим значением ширины запрещенной зоны с проводящими слоями 4, 8 на их поверхностях (фиг.12).
В качестве проводящей основы используют металл: никель, или серебро, или оптически прозрачный оксид индия-олова. Проводящую основу наносят путем магнетронного распыления.
В качестве первого и второго полупроводникового материала используют полупроводники с разными значениями ширины запрещенной зоны, например соединения, входящие в изоэлектронный ряд германия: германий, или арсенид галлия, или селенид цинка, или бромид меди (GaAs, ZnSe (ZnS), CuBr). Так, для их использования в качестве рабочего слоя фотодетекторов или элементов солнечных батарей, в качестве полупроводникового материала нанонитей можно использовать GaAs, а материала матрицы - ZnS. Для использования в качестве источников излучения - ZnSe и Ge соответственно.
Предлагаемый способ был успешно апробирован в лабораторных условиях Физико-технического института Уральского Отделения РАН, Московского Государственного Университета имени М.В.Ломоносова и ряде институтов Российской Академии Наук.
Способ подтверждается следующим экспериментальным примером.
Синтез пористых матриц оксида алюминия с пространственно-упорядоченной системой каналов.
Необходимое оборудование.
Муфельная печь с возможностью нагрева до 600°C. Источник постоянного тока с возможностью задавать напряжение в диапазоне от 5 до 160 B и силу тока в интервале от 10 мкА до 1 A, а также с возможностью программировать режим подачи напряжения. Термостат с регулируемой температурой в интервале от -20°C до +20°C. 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: 0,3M H2C2O4, 0,3M 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°C 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; 0,3М 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°C.
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°C 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 Ge в матрице ZnSe методом термического напыления из газовой фазы.
Осаждение наноструктур полупроводника (Ge) 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. Матрицы с однородным распределением пор по размерам и пространственным упорядочением расположения пор могут быть получены методом двустадийного анодного окисления алюминия в растворяющих электролитах (рис.1). Значительным преимуществом использования таких матриц в качестве шаблонов является возможность точно контролировать пространственное расположение и дисперсность наночастиц, а также возможность выращивать наночастицы определенного размера, соответствующие размерам полостей матрицы - то есть контролировать размер элементов за счет использования матрицы как темплата (рис.2).
Перед стравливанием на пленку полупроводника, образовавшуюся на матрице, производится (методом магнетронного распыления) напыление проводящего слоя оптически прозрачного оксида ITO. Стравливание пористой матрицы производят в водном растворе CrO3 (20 мг/л) в H3PO4 (35 мл/л). После промывки в дистиллированной воде и сушке на воздухе при температуре 60°C на наноструктуры напыляют селенид цинка, который отличается от германия большей величиной ширины запрещенной зоны. Затем методом магнетронного распыления наносят второй проводящий слой из металла (никеля или серебра). Таким образом получаются нанокомпозиты типа «наноструктры Ge в матрице ZnSe» с проводящими контактами.
Полученные описанным способом материалы удовлетворяют следующим требованиям:
- Матрицы на основе оксида алюминия могут (в зависимости от режимов синтеза) контролируемо изменять периодичность расположения пор в интервале 40-250 нм, иметь размер отверстий - 15-150 нм с точностью 10%;
- Нанокомпозиты обладают геометрическими характеристиками паттернированной структуры;
- Нанокомпозиты характеризуются высокой однородностью (отклонение по размеру не более 15%) и степенью пространственного упорядочения элементов (параметр разориентации не превышает 10% на площади 1 см2);
- Нанокомпозиты обладают высокой стабильностью на воздухе и сохраняют заданные свойства в течение длительного времени (не менее 10 месяцев) без необходимости создания для этого специальных условий;
- Нанокомпозиты характеризуются контролируемым характерным размером наноструктур в диапазоне диаметров от 15 нм до 150 нм.
Claims (12)
1. Способ получения полупроводниковой наноструктуры, включающий осаждение на пористой матрице первого полупроводникового материала, удаление пористой матрицы, осаждение второго полупроводникового материала на полученную структуру первого полупроводникового материала.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что формирование пористой матрицы осуществляют путем анодного окисления до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что первый и второй полупроводниковые материалы осаждают термическим испарением в вакууме.
4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что на сформированную полупроводниковую наноструктуру с двух сторон наносят проводящую основу в виде пленки.
5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве пористой матрицы используют пористую матрицу из оксида металла или неметалла.
6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве пористой матрицы используют оксид алюминия.
7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что осаждают соединения, входящие в изоэлектронный ряд германия: германий, или арсенид галлия, или селенид цинка, или бромид меди.
8. Способ по п.3, характеризующийся тем, что термическое испарение полупроводникового материала осуществляют в сверхвысоком вакууме.
9. Способ по п.4, характеризующийся тем, что в качестве проводящей основы используют металл: никель, или серебро, или оптически прозрачный оксид индия-олова.
10. Способ по п.4, характеризующийся тем, что проводящую основу наносят путем магнетронного распыления.
11. Способ по п.1, характеризующийся тем, что пористую матрицу удаляют травлением.
12. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве первого и второго полупроводниковых материалов используют полупроводники с разными значениями ширины запрещенной зоны.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011117251/28A RU2460166C1 (ru) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | Способ получения полупроводниковой наноструктуры |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011117251/28A RU2460166C1 (ru) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | Способ получения полупроводниковой наноструктуры |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2460166C1 true RU2460166C1 (ru) | 2012-08-27 |
Family
ID=46937949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011117251/28A RU2460166C1 (ru) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | Способ получения полупроводниковой наноструктуры |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2460166C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517802C1 (ru) * | 2012-11-23 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Детектор излучения |
| RU2529458C1 (ru) * | 2013-04-26 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СНОТРА" | Способ формирования наноразмерных структур |
| RU177746U1 (ru) * | 2015-07-23 | 2018-03-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук" (УдмФИЦ УрО РАН) | Электролюминесцентное светоизлучающее устройство |
| RU2661166C2 (ru) * | 2016-12-20 | 2018-07-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ создания прозрачных проводящих композитных нанопокрытий (варианты) |
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 |
| US7294248B2 (en) * | 2002-07-03 | 2007-11-13 | Xintek, Inc. | Fabrication and activation processes for nanostructure composite field emission cathodes |
| US7562433B2 (en) * | 2004-09-29 | 2009-07-21 | Oxford Superconducting Technology | Method for producing metal nanofibers, yarns and textiles |
| RU2008134322A (ru) * | 2006-03-10 | 2010-02-27 | эСТиСи.ЮэНэМ (US) | Способ изготовления нанопроволок, матрица нанопроволок из нитридов элементов iii группы периодической таблицы (варианты) и подложка (варианты) |
| RU2385835C1 (ru) * | 2008-10-23 | 2010-04-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Химической Физики Ран (Ипхф Ран) | Способ получения наноструктур полупроводника |
-
2011
- 2011-04-28 RU RU2011117251/28A patent/RU2460166C1/ru not_active IP Right Cessation
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 |
| US7294248B2 (en) * | 2002-07-03 | 2007-11-13 | Xintek, Inc. | Fabrication and activation processes for nanostructure composite field emission cathodes |
| US7562433B2 (en) * | 2004-09-29 | 2009-07-21 | Oxford Superconducting Technology | Method for producing metal nanofibers, yarns and textiles |
| RU2008134322A (ru) * | 2006-03-10 | 2010-02-27 | эСТиСи.ЮэНэМ (US) | Способ изготовления нанопроволок, матрица нанопроволок из нитридов элементов iii группы периодической таблицы (варианты) и подложка (варианты) |
| RU2385835C1 (ru) * | 2008-10-23 | 2010-04-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Химической Физики Ран (Ипхф Ран) | Способ получения наноструктур полупроводника |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517802C1 (ru) * | 2012-11-23 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Детектор излучения |
| RU2529458C1 (ru) * | 2013-04-26 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СНОТРА" | Способ формирования наноразмерных структур |
| RU177746U1 (ru) * | 2015-07-23 | 2018-03-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук" (УдмФИЦ УрО РАН) | Электролюминесцентное светоизлучающее устройство |
| RU2661166C2 (ru) * | 2016-12-20 | 2018-07-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ создания прозрачных проводящих композитных нанопокрытий (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ashley et al. | Templated synthesis of uniform perovskite nanowire arrays | |
| Waleed et al. | All inorganic cesium lead iodide perovskite nanowires with stabilized cubic phase at room temperature and nanowire array-based photodetectors | |
| RU2385835C1 (ru) | Способ получения наноструктур полупроводника | |
| Yoon et al. | Electrostatic spray deposition of transparent tungsten oxide thin-film photoanodes for solar water splitting | |
| Oener et al. | Perovskite nanowire extrusion | |
| Dai et al. | Capillary-bridge mediated assembly of aligned perovskite quantum dots for high-performance photodetectors | |
| JP5743039B2 (ja) | 光半導体電極、およびそれを具備する光電気化学セルを用いて水を光分解する方法 | |
| Zhang et al. | Solution-processed epitaxial growth of arbitrary surface nanopatterns on hybrid perovskite monocrystalline thin films | |
| CN103628106B (zh) | 一种制备铟/碲多孔纳米线阵列的方法 | |
| RU2460166C1 (ru) | Способ получения полупроводниковой наноструктуры | |
| JPH0227812B2 (ru) | ||
| Tarish et al. | Synchronous formation of ZnO/ZnS core/shell nanotube arrays with removal of template for meliorating photoelectronic performance | |
| Mukherjee et al. | Band gap tuning and room-temperature photoluminescence of a physically self-assembled Cu2O nanocolumn array | |
| CN101775586A (zh) | 在非铝基底上电化学定向生长多孔Al2O3膜的制备方法 | |
| Harb et al. | Gas sensing characteristics of WO3NPs sensors fabricated by pulsed laser deposition on PS n-type | |
| CN101870453A (zh) | 半导体纳米柱阵列结构的制作方法 | |
| Lai et al. | Preparation of tin dioxide nanotubes via electrosynthesis in a template | |
| CN106409975A (zh) | 一种可定制的高增益ZnO纳米线阵列紫外探测器及其制备方法 | |
| Tian et al. | ZnO pyramidal arrays: novel functionality in antireflection | |
| Djenizian et al. | Electrochemical fabrication of tin nanowires: a short review | |
| Dikhanbayev et al. | Influence of nanocrystalline silicon conductivity on the structural and optical properties of porous silicon | |
| CN105132981B (zh) | 等离子体纳米金嵌入无序光子氧化锌纳米线光阳极材料的制备方法 | |
| CN108821326A (zh) | 一种新型ZnO纳米材料、及其制备方法 | |
| CN101255603A (zh) | 模板电沉积法制备ⅱ-ⅵ族半导体纳米线的方法 | |
| CN112072319A (zh) | 一种金属等离激元纳米光学天线的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160429 |