RU2617166C1 - Method of growing alloyed silicon nanocrystal whiskers - Google Patents

Method of growing alloyed silicon nanocrystal whiskers Download PDF

Info

Publication number
RU2617166C1
RU2617166C1 RU2015149069A RU2015149069A RU2617166C1 RU 2617166 C1 RU2617166 C1 RU 2617166C1 RU 2015149069 A RU2015149069 A RU 2015149069A RU 2015149069 A RU2015149069 A RU 2015149069A RU 2617166 C1 RU2617166 C1 RU 2617166C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
growth
sicl
pcl
initial
growing
Prior art date
Application number
RU2015149069A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Александрович Небольсин
Александр Игоревич Дунаев
Александр Юрьевич Воробьев
Екатерина Витальевна Богданович
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2015149069A priority Critical patent/RU2617166C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2617166C1 publication Critical patent/RU2617166C1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/62—Whiskers or needles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02603—Nanowires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of producing semiconductor nanomaterials by growing alloyed silicon nanocrystal whiskers on silicon substrates by the scheme vapour→liquid drop→crystal (VLC). The method includes preparing a semiconductor plate by applying catalyst particles to its surface with the subsequent placement in a growth furnace, heating, deposition of crystallizable material from a gas phase containing a precursor SiCl4 and alloying compounds PCl3coming from the fluid source, and growing crystals at the initial, main, and final stages of growth. Growing the crystals is performed successively from two fluid sources. The quantitative value of the molar ratio of [PCl3]/[SiCl4], equal to m in the first source used at the initial and final stages of growth, is selected from the interval m, larger or equal to 0.01; the molar quantitative ratio of [PCl3]/[SiCl4] in the second source used at the initial stage of growth is set as m equal to 0.
EFFECT: invention provides the possibility of obtaining alloyed nanocrystal whiskers of Si, having an increased level of alloying in the initial and final sections of the crystal (structure n - n-n-), and allows to create mesoscopic electrical connections conductors with linear volt-ampere characteristics.
5 ex

Description

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, предназначено для выращивания на кремниевых подложках по схеме пар→жидкая капля→кристалл (ПЖК) легированных нитевидных нанокристаллов (ННК) кремния, имеющих повышенный уровень легирования на начальном и конечном участках кристалла (структуры n--n-n-) и позволяющих создавать мезоскопические электрические соединения проводников с линейными вольт-амперными характеристиками.The invention relates to the field of obtaining semiconductor materials, is intended for growing on silicon substrates according to the scheme of pairs → liquid drop → crystal (PLC) of doped silicon filament nanocrystals (NWCs) having an increased level of doping at the initial and final sections of the crystal (structures n - -nn - ) and allowing to create mesoscopic electrical connections of conductors with linear volt-ampere characteristics.

В настоящее время известен способ выращивания ННК Si, легированных в процессе ПЖК-роста атомами металла-катализатора, находящегося в виде жидкофазной капли на вершине кристалла [Wagner R S, Ellis WC Vapour-Liquid-Solid Mechanism of Single Crystal Growth // Appl. Phys. Lett., 1964. V. 4. N. 5. P. 89-90]. Поскольку катализаторами роста ННК Si являются металлы (Au, Cu, Ni, Pt, Pd и др.), создающие глубокие донорные уровни в энергетическом спектре запрещенной зоны Si, то выращенные данным способом кристаллы обладают низкой электрической проводимостью n-типа, а изготавливаемые к ним выводные электрические контакты металл-кремний обладают высоким переходным сопротивлением и нелинейными вольт-амперными характеристиками, что не позволяет использовать такие ННК для практических применений. Другим недостатком способа является невозможность создания областей ННК с разным уровнем легирования, так как примеси с глубокими энергетическими уровнями обладают высокими коэффициентами диффузии в Si и созданные области легирования легко размываются в течение небольшого времени.Currently, there is a method of growing Si NWs doped in the process of FFA growth with metal atoms of a catalyst located in the form of a liquid phase drop on top of a crystal [Wagner RS, Ellis WC Vapor-Solid-Solid Mechanism of Single Crystal Growth // Appl. Phys. Lett., 1964. V. 4. N. 5. P. 89-90]. Since the catalysts for the growth of Si NWs are metals (Au, Cu, Ni, Pt, Pd, etc.) that create deep donor levels in the energy spectrum of the Si band gap, the crystals grown in this way have low n-type electrical conductivity, and the crystals produced for them metal-silicon output electrical contacts have a high transition resistance and non-linear current-voltage characteristics, which does not allow the use of such NWs for practical applications. Another disadvantage of this method is the impossibility of creating NW regions with different doping levels, since impurities with deep energy levels have high diffusion coefficients in Si and the created doping regions are easily washed out for a short time.

Известен способ выращивания легированных ННК Si с использованием газообразного примесного соединения РН3 (гидрида фосфора) [Wang Y., Lew K. - K., Но Т. - Т. et al. Use of Phosphine as an n-Type Dopant Sourse for Vapor-Liquid-Solid Growth of Silicon Nanowires // Nano Lett, 2005. V. 5. No. 11. PP. 2139-2143], в основе которого лежит процесс введения в ННК легирующей мелкой донорной примеси из газовой фазы во время ПЖК-роста за счет применения отдельного потока с газообразным примесным соединением, который перед зоной роста кристалла смешивается с основным потоком реагирующих газов (SiH4 и H2) и создает постоянное отношение компонентов PH3/SiH4 в газовой фазе. Недостатками данного способа являются необходимость снижения концентрации легирующего компонента в парогазовой смеси до очень малых количеств и применения в этой связи систем дополнительного двух-трехступенчатого разбавления РН3 водородом, необходимость точного измерения сверхмалых количеств газообразных веществ, невозможность обеспечить различные уровни легирования ННК на различных стадиях роста, а также высокая токсичность РН3, разложение его при хранении и повышенные требования к герметичности газовых магистралей и реакционной камеры, что затрудняет управление процессом легирования кристаллов.A known method of growing doped Si NWs using a gaseous impurity compound PH 3 (phosphorus hydride) [Wang Y., Lew K. - K., But T. - T. et al. Use of Phosphine as an n-Type Dopant Sourse for Vapor-Liquid-Solid Growth of Silicon Nanowires // Nano Lett, 2005. V. 5. No. 11. PP. 2139-2143], which is based on the process of introducing an alloying shallow donor impurity into the NW from the gas phase during TLC growth by using a separate stream with a gaseous impurity compound, which is mixed with the main stream of reacting gases (SiH 4 and H 2 ) and creates a constant ratio of the components of PH 3 / SiH 4 in the gas phase. The disadvantages of this method are the need to reduce the concentration of the alloying component in the vapor-gas mixture to very small quantities and the use of additional two-three-stage dilution of pH 3 with hydrogen in this regard, the need to accurately measure ultra-small amounts of gaseous substances, the inability to provide different levels of NW doping at different stages of growth, as well as the high toxicity of PH 3, its decomposition during storage and increased demands on the tightness of the gas lines and the reaction second chamber, which complicates the management of crystals doping process.

Наиболее близким техническим решением является способ получения легированных ННК Si химическим осаждением из паров SiCl4 во время ПЖК-роста с применением жидкостного источника легирующей примеси [Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М.: Наука, 1977, 304 с.]. В основе способа лежит легирование кристаллов фосфором путем введения в определенной пропорции в чистый жидкий SiCl4 галогенида фосфора РСl3, который в рабочем состоянии также является жидкостью. Недостатком данного способа является невозможность обеспечить различный уровень легирования ННК на разных стадиях роста (начальной (стадии образования пьедестала), основной (стадии цилиндрического роста) и конечной (стадии образования зоны рекристаллизации)), поскольку в нем фиксируется заданное отношение концентрации примеси и основы как в жидкой, так и в газовой фазах независимо от расхода газа-носителя через испаритель, что не дает возможности формирования высокоомных и электрически вырожденных областей ННК на основном, начальном и конечном участках кристалла.The closest technical solution is a method for producing doped Si NWs by chemical vapor deposition of SiCl 4 during TLC growth using a liquid source of dopant [Givargizov E.I. The growth of whiskers and lamellar crystals of steam. M .: Nauka, 1977, 304 p.]. The method is based on doping crystals with phosphorus by introducing a certain proportion of pure phosphorus halide PCl 3 into pure liquid SiCl 4 , which is also a liquid in working condition. The disadvantage of this method is the inability to provide a different level of NW doping at different stages of growth (initial (stage of formation of a pedestal), main (stage of cylindrical growth) and final (stage of formation of a recrystallization zone), since it fixes a given ratio of impurity concentration and base as in liquid and gas phases, regardless of the flow rate of the carrier gas through the evaporator, which does not allow the formation of high-resistance and electrically degenerate regions of the NWC on the main, initial and final sections of the crystal.

Изобретение направлено на управляемое получение легированных ННК кремния, имеющих повышенный уровень легирования донорной примесью на начальном и конечном участках кристалла (структуры n--n-n-).The invention is directed to the controlled production of doped silicon NWs having an increased level of doping with a donor impurity in the initial and final sections of the crystal (n - -nn - structures).

Это достигается тем, что при осаждении кристаллизуемого вещества из газовой фазы, содержащей прекурсор SiCl4 и легирующее соединение РСl3, поступающие из жидкостного источника, выращивание кристаллов на начальной, основной и конечной стадиях роста ведут последовательно из двух жидкостных источников, причем количественное значение молярного отношения [PCl3]/[SiCl4]=m в первом источнике, используемом на начальной и конечной стадиях роста, выбирают из интервала m≥0,01, количественное значение молярного отношения [PCl3]/[SiCl4] во втором источнике, используемом на основной стадии роста, устанавливают как m=0. В результате центральная часть ННК легируется до n-типа проводимости, а периферийные участки ННК (начальный и конечный) приобретают состояние вырождения и n--тип проводимости. Получается структура с тремя областями проводимости n--n-n-, причем n-область ННК может использоваться как резисторный функциональный элемент, а n--области как площадки для создания омических контактов к данному элементу.This is achieved by the fact that during the deposition of the crystallizable substance from the gas phase containing the SiCl 4 precursor and the PCl 3 doping compound coming from the liquid source, the crystals are grown in the initial, main and final stages of growth sequentially from two liquid sources, the molar ratio being quantitative [PCl 3] / [SiCl 4] = m in the first source used for the initial and final stages of growth, selected from m≥0,01 interval, the quantitative value of the molar ratio [PCl 3] / [SiCl 4] in the second source, and polzuemom to the primary stage of growth is set as m = 0. As a result, the central part of the NWC is doped to the n-type conductivity, and the peripheral parts of the NWC (initial and final) acquire a state of degeneracy and n - type conductivity. The result is a structure with three conduction regions n - -nn - , and the n-region of the NWC can be used as a resistor functional element, and n - regions as sites for creating ohmic contacts to this element.

Способ выращивания легированных ННК кремния, имеющих повышенный уровень легирования на начальной и конечной участках кристалла, осуществляется следующим образом. На поверхность ростовой подложки наносят частицы катализатора с последующим помещением ее в ростовую печь, нагревом, осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы, содержащей прекурсор SiCl4 и газофазное легирующее соединение РСl3, поступающие из жидкостного источника. Затем осуществляют выращивание кристаллов на начальной (стадии образования пьедестала), основной (стадии цилиндрического роста) и конечной (стадии образования зоны рекристаллизации) стадиях. Выращивание ведут последовательно из двух жидкостных источников. Количественное значение молярного отношения [PCl3]/[SiCl4]=m в первом источнике, используемом на начальной и конечной стадиях роста, выбирают из интервала m≥0,01, количественное значение молярного отношения [PCl3]/[SiCl4] во втором источнике, используемом на основной стадии роста, устанавливают как m=0.A method of growing doped silicon NWs having an increased level of doping at the initial and final sections of the crystal is as follows. The particles of the catalyst are deposited on the surface of the growth substrate, followed by placing it in a growth furnace, heating, and precipitating a crystallizable substance from the gas phase containing the SiCl 4 precursor and the PCl 3 gas-phase dopant coming from a liquid source. Then crystals are grown at the initial (stage of formation of the pedestal), main (stage of cylindrical growth) and final (stage of formation of the recrystallization zone) stages. Cultivation lead sequentially from two liquid sources. The quantitative value of the molar ratio [PCl 3 ] / [SiCl 4 ] = m in the first source used at the initial and final stages of growth is selected from the interval m≥0.01, the quantitative value of the molar ratio [PCl 3 ] / [SiCl 4 ] in the second source used in the main growth stage is set as m = 0.

Легирование ННК в процессе роста из жидкостного источника определяется тем, что позволяет в широких пределах изменять их удельную проводимость. Количественное значение величины m≥0,01 определяется тем, что при данном уровне легирования на начальной и конечной стадиях роста ННК достигается состояние вырождения (n--проводимость) с концентрацией примеси более 1019 см-3. Количественное значение молярного отношения m=0 на основной стадии роста определяется тем, что при подаче чистого SiCl4, ([РCl3]=0) легирование ННК осуществляется за счет растворения металла катализатора роста кристаллов и обеспечивается наиболее высокое электрическое сопротивление основной области материала ННК (10-3 Ом⋅см и более), являющейся рабочей в различных функциональных устройствах на основе ННК. Использование легирующего соединения PCl3 определяется тем, что фосфор, входящий в состав PCl3, имеет малую подвижность в кремнии (коэффициент диффузии не превышает 10-7 см2/с), что позволяет создавать участки ННК с различным уровнем легирования (n--n-n-), и является мелкой донорной примесью в кремнии, обеспечивающей электронный тип (n--тип) проводимости, поскольку тип проводимости ННК, формирующихся в отсутствие легирующего соединения РСl3 на основной стадии роста, также электронный.Doping of NWs in the process of growth from a liquid source is determined by the fact that it allows their conductivity to be widely varied. The quantitative value of m≥0.01 is determined by the fact that at a given doping level at the initial and final stages of NW growth, a degeneracy state (n - conductivity) with an impurity concentration of more than 10 19 cm -3 is achieved. The quantitative value of the molar ratio m = 0 at the main stage of growth is determined by the fact that, upon supplying pure SiCl 4 , ([РCl 3 ] = 0), NW doping is carried out by dissolving the metal of the crystal growth catalyst and the highest electrical resistance of the main region of the NW material is ensured ( 10 -3 Ohm⋅cm and more), which is working in various functional devices based on the NOC. The use of the PCl 3 doping compound is determined by the fact that the phosphorus contained in PCl 3 has low mobility in silicon (diffusion coefficient does not exceed 10 -7 cm 2 / s), which allows the creation of NW sections with different doping levels (n - -nn - ), and it is a small donor impurity in silicon, which provides the electronic type of (n - type) conductivity, since the conductivity type of NWs formed in the absence of the PCl 3 doping compound at the main growth stage is also electronic.

Использование предлагаемого способа позволяет снизить переходные электрические сопротивления при создании электрических контактов к ННК до 0,01 величины от сопротивления основной части кристалла и тем самым существенно облегчить решение проблемы создания омических (с линейными вольт-амперными характеристиками) контактов к ННК и создания наноэлектронных устройств на их базе (чувствительных элементов многофункциональных датчиков, термоэлектрических наноустройств, многоканальных полевых транзисторов с оболочковым затвором, оперативных запоминающих устройств компьютеров высокой плотности информации и др.). При этом в процессе выращивания легированием фиксируются размеры основной рабочей области кристалла, что важно для повторяемости характеристик наноустройств при их серийном изготовлении, а контактные выводы ННК по механической прочности приближаются к прочности используемого для вывода металлического проводника.Using the proposed method allows to reduce the transient electrical resistance when creating electrical contacts to the NW to 0.01 magnitude of the resistance of the main part of the crystal and thereby significantly facilitate the solution of the problem of creating ohmic (with linear volt-ampere characteristics) contacts to the NW and creating nanoelectronic devices on them base (sensitive elements of multifunction sensors, thermoelectric nanodevices, multichannel field effect transistors with a shell shutter, operative storage devices of computers with a high density of information, etc.). At the same time, during the growing process by doping, the dimensions of the main working region of the crystal are fixed, which is important for the repeatability of the characteristics of nanodevices in their serial production, and the contact leads of the NWC in mechanical strength approach the strength of the metal conductor used to output.

Примеры осуществления способаExamples of the method

Пример 1Example 1

На поверхность исходной пластины кремния КЭФ (111) на электронно-лучевой установке ВАК-501 напылялась тонкая пленка Ni толщиной 2 нм. Подготовленные подложки разрезались и помещались в ростовую печь. В течение 2-10 минут при температуре 900-1100°С в потоке водорода осуществлялось сплавление Ni с Si и формировались нанокапли расплава Ni-Si. Затем в газовую фазу подавали тетрахлорид кремния SiCl4 и треххлористый фосфор PCl3 из первого источника при молярном соотношении [РСl3]/[SiCl4]=0,01 и выращивали легированные фосфором ННК Si. Время выращивания ННК на начальной стадии составляло 2 минуты. Затем прекращали подачу питающего материала из первого источника и осуществляли подачу SiCl4 из второго источника при m=0 и молярном соотношении [SiCl4]/[H2]=0,008 и выращивали ННК Si на основной стадии в течение 10 минут. Затем прекращали подачу питающего материала из второго источника и возобновляли подачу парогазовой смеси из первого источника при молярном соотношении [PCl3]/[SiCl4]=0,01. Время выращивания ННК на конечной стадии составляло 2 минуты. В результате были получены кристаллы с тремя областями легирования (структура n--n-n-), причем n-область соответствует основной стадии роста кристалла и имеет электрическое сопротивление ρ=5,5⋅10-2 Ом⋅м, а n--области - начальной и конечной стадиям роста и частям кристалла, которые имеют сопротивление ρ=6,8⋅10-4 Ом⋅м, что соответствует концентрации фосфора в кремнии ~1017 см-3 и ~1019 см-3 соответственно.A thin Ni film 2 nm thick was deposited on the surface of the initial KEF (111) silicon wafer on a VAK-501 electron-beam installation. Prepared substrates were cut and placed in a growth furnace. Within 2-10 minutes, at a temperature of 900-1100 ° С, Ni and Si were fused in a hydrogen stream and nanodroplets of Ni-Si melt were formed. Then, silicon tetrachloride SiCl 4 and phosphorus trichloride PCl 3 were fed into the gas phase from the first source with a molar ratio [PCl 3 ] / [SiCl 4 ] = 0.01, and phosphorus-doped Si NWs were grown. The time of NW growth at the initial stage was 2 minutes. Then, the supply of the feeding material from the first source was stopped and SiCl 4 was supplied from the second source at m = 0 and the molar ratio [SiCl 4 ] / [H 2 ] = 0.008, and Si NWs were grown in the main stage for 10 minutes. Then, the supply of the feed material from the second source was stopped and the supply of the vapor-gas mixture from the first source was resumed with the molar ratio [PCl 3 ] / [SiCl 4 ] = 0.01. The time of NW growth at the final stage was 2 minutes. As a result, crystals with three doping regions were obtained (structure n - -nn - ), the n-region corresponding to the main stage of crystal growth and has an electrical resistance ρ = 5.5 510 -2 Ohm⋅m, and n - -regions the initial and final stages of growth and parts of the crystal, which have a resistance of ρ = 6.8⋅10 -4 Ohm⋅m, which corresponds to a phosphorus concentration in silicon of ~ 10 17 cm -3 and ~ 10 19 cm -3, respectively.

Пример 2Example 2

Выращивание ННК проводилось аналогично примеру 1, но в качестве металла-катализатора ПЖК-роста использовалась электролитическая медь. Толщина тонкой пленки меди составляла 2 нм. Выращенные НК имели три области легирования (структура n--n-n-), причем n-область соответствует основной стадии роста кристалла и имеет электрическое сопротивление ρ=1,8⋅10-2 Ом⋅м, а n--области - начальной и конечной стадиям роста и частям кристалла, которые имеют сопротивление ρ=3,2⋅10-4 Ом⋅м.NW growth was carried out analogously to example 1, but electrolytic copper was used as a metal catalyst for pancreatic growth. The thickness of the thin film of copper was 2 nm. The grown nanocrystals had three doping regions (structure n - -nn - ), and the n-region corresponds to the main stage of crystal growth and has an electrical resistance ρ = 1.8⋅10 -2 Ohm⋅m, and n - -regions - initial and final stages of growth and parts of the crystal, which have a resistance of ρ = 3.2⋅10 -4 Ohm⋅m.

Пример 3Example 3

Выращивание ННК проводилось аналогично примеру 1, но толщина тонкой пленки никеля составляла 20 нм. Выращенные НК имели три области легирования (структура n--n-n-), причем n-область соответствует основной стадии роста кристалла и имеет электрическое сопротивление ρ=3,28⋅10-2 Ом⋅м, а n--области - начальной и конечной стадиям роста и частям кристалла, которые имеют сопротивление ρ=2,81⋅10-4 Ом⋅м.NWs were grown analogously to Example 1, but the thickness of the thin nickel film was 20 nm. The grown nanocrystals had three doping regions (structure n - -nn - ), the n-region corresponding to the main stage of crystal growth and has an electrical resistance ρ = 3.28⋅10 -2 Ohm⋅m, and the n - regions were the initial and final stages of growth and parts of the crystal, which have a resistance ρ = 2,81⋅10 -4 Ohm⋅m.

Пример 4Example 4

Выполнение изобретения осуществляли аналогично примеру 1, но в газовую фазу подавали SiCl4 и PCl3 из первого источника при молярном соотношении [PCl3]/[SiCl4]=0,02. Удельное электрическое сопротивление n-области ННК составило ρ=8,3⋅10-3 Ом⋅м, а n--области - ρ=9,1⋅10-5 Ом⋅м.The implementation of the invention was carried out analogously to example 1, but SiCl 4 and PCl 3 were supplied to the gas phase from the first source at a molar ratio of [PCl 3 ] / [SiCl 4 ] = 0.02. The electrical resistivity n-region NNK was ρ = 8,3⋅10 -3 ohm-m, and n - type region - ρ = 9,1⋅10 -5 ohm-m.

Пример 5Example 5

Выращивание ННК проводилось аналогично примеру 1, но время выращивания на основной стадии роста составляло 20 минут. Полученные результаты соответствовали результатам примера 1.NW growth was carried out analogously to example 1, but the growing time at the main stage of growth was 20 minutes. The results obtained were consistent with the results of example 1.

Claims (1)

Способ выращивания легированных нитевидных нанокристаллов кремния, включающий подготовку полупроводниковой пластины путем нанесения на ее поверхность частиц катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом, осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы, содержащей прекурсор SiCl4 и легирующее соединение РСl3, поступающих из жидкостного источника, и выращиванием кристаллов на начальной, основной и конечной стадиях роста, отличающийся тем, что выращивание кристаллов ведут последовательно из двух жидкостных источников, при этом в первом источнике на начальной стадии роста количественное значение молярного отношения [PCl3]/[SiCl4]=m выбирают из интервала m≥0,01, а во втором источнике на основной стадии роста количественное значение молярного отношения [PCl3]/[SiCl4]=m устанавливают как m=0.A method of growing doped silicon filamentous silicon nanocrystals, comprising preparing a semiconductor wafer by depositing catalyst particles on its surface, followed by placement in a growth furnace, heating, precipitating a crystallizable substance from a gas phase containing a SiCl 4 precursor and a doping compound PCl 3 coming from a liquid source, and crystal growth at the initial, main and final stages of growth, characterized in that the crystal growth is carried out sequentially from two liquid sources ny, in the first source at the initial stage of growth, the quantitative value of the molar ratio [PCl 3 ] / [SiCl 4 ] = m is selected from the interval m≥0.01, and in the second source at the main stage of growth, the quantitative value of the molar ratio [PCl 3 ] / [SiCl 4 ] = m is set as m = 0.
RU2015149069A 2015-11-16 2015-11-16 Method of growing alloyed silicon nanocrystal whiskers RU2617166C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149069A RU2617166C1 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Method of growing alloyed silicon nanocrystal whiskers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015149069A RU2617166C1 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Method of growing alloyed silicon nanocrystal whiskers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2617166C1 true RU2617166C1 (en) 2017-04-21

Family

ID=58643304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015149069A RU2617166C1 (en) 2015-11-16 2015-11-16 Method of growing alloyed silicon nanocrystal whiskers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2617166C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750732C1 (en) * 2020-06-29 2021-07-01 Федеральное государственное бюджетное образования учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Method for growing silicon whisker crystals

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526066C1 (en) * 2013-01-09 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of obtaining thread-like nanocrystals of semiconductors
EP1966847B1 (en) * 2005-12-29 2015-03-04 Oned Material LLC Methods for oriented growth of nanowires on patterned substrates

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1966847B1 (en) * 2005-12-29 2015-03-04 Oned Material LLC Methods for oriented growth of nanowires on patterned substrates
RU2526066C1 (en) * 2013-01-09 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Method of obtaining thread-like nanocrystals of semiconductors

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BILLEL SALHI et al, Controlled growth of silicon nanowires on silicon surface, "Journal of Electroceramics", 2006, vol.16, no.1, p.p.15-21. SCHMIDT V. et al, Growth, Thermodynamics, and Electrical Properties of Silicon Nanowires, "Chem. Rev.", 2010, 110, 361-388. *
YANFENG WANG et al, Use of Phosphine as an n-Type Dopant Source for Vapor-Liquid-Growth of Silicon Nanowire, "Nano Lett., 2005, 5(11), p.p.2139-2143. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750732C1 (en) * 2020-06-29 2021-07-01 Федеральное государственное бюджетное образования учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Method for growing silicon whisker crystals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dayeh et al. Direct observation of nanoscale size effects in Ge semiconductor nanowire growth
Schmidt et al. Growth, thermodynamics, and electrical properties of silicon nanowires
Tian et al. Single-crystalline kinked semiconductor nanowire superstructures
JP3650727B2 (en) Silicon carbide manufacturing method
Dayeh et al. Progress in doping semiconductor nanowires during growth
Onicha et al. Controlled synthesis of compositionally tunable ternary PbSe x S1–x as well as binary PbSe and PbS nanowires
CN101297397A (en) Semi-insulating GaN and method of making the same
KR100785347B1 (en) Alignment of semiconducting nanowires on metal electrodes
Hoye et al. Synthesis and modeling of uniform complex metal oxides by close-proximity atmospheric pressure chemical vapor deposition
Han et al. GaAs nanowires: from manipulation of defect formation to controllable electronic transport properties
Zhao et al. A low cost, green method to synthesize GaN nanowires
Hijazi et al. Si doping of vapor–liquid–solid GaAs nanowires: n-Type or p-Type?
Wang et al. Free-standing undoped ZnO microtubes with rich and stable shallow acceptors
US20170051400A1 (en) Method for manufacturing a doped metal chalcogenide thin film, and same thin film
Redwing et al. Vapor-liquid-solid growth of semiconductor nanowires
US7875480B2 (en) Sensor and method for making the same
Wang et al. Characterization and photoluminescence of Sn-doped β-Ga2O3 nanowires formed by thermal evaporation
Hibst et al. The mechanisms of platinum-catalyzed silicon nanowire growth
US3261726A (en) Production of epitaxial films
Wu et al. Controlling bottom-up rapid growth of single crystalline gallium nitride nanowires on silicon
Hasenöhrl et al. Zinc-doped gallium phosphide nanowires for photovoltaic structures
WO2008017320A1 (en) Method for producing a doped iii-n solid crystal and a free-standing doped iii-n substrate, and doped iii-n solid crystal and free-standing doped iii-n substrate
RU2617166C1 (en) Method of growing alloyed silicon nanocrystal whiskers
Waseem et al. GaN nanowire growth promoted by In–Ga–Au alloy catalyst with emphasis on agglomeration temperature and in composition
JPH02217397A (en) Vapor-phase synthesis of thin film of n-type semiconductor diamond

Legal Events

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

Effective date: 20181117