RU2653026C1 - Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния - Google Patents

Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния Download PDF

Info

Publication number
RU2653026C1
RU2653026C1 RU2016149251A RU2016149251A RU2653026C1 RU 2653026 C1 RU2653026 C1 RU 2653026C1 RU 2016149251 A RU2016149251 A RU 2016149251A RU 2016149251 A RU2016149251 A RU 2016149251A RU 2653026 C1 RU2653026 C1 RU 2653026C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
catalyst
gas phase
substance
point
Prior art date
Application number
RU2016149251A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Александрович Небольсин
Александр Игоревич Дунаев
Александр Федорович Татаренков
Алевтина Сергеевна Самофалова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 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 образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2016149251A priority Critical patent/RU2653026C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2653026C1 publication Critical patent/RU2653026C1/ru

Links

Images

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
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/04—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B11/08—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt every component of the crystal composition being added during the crystallisation
    • C30B11/12—Vaporous components, e.g. vapour-liquid-solid-growth
    • 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
    • B82B3/0014—Array or network of similar nanostructural elements
    • 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
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • 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
    • C30B29/605—Products containing multiple oriented crystallites, e.g. columnar crystallites
    • 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
    • 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
    • C30B29/66—Crystals of complex geometrical shape, e.g. tubes, cylinders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/10—Shape or taper
    • G01Q70/12—Nanotube tips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/16—Probe manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • 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
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • 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
    • 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
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02636—Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639—Preparation of substrate for selective deposition
    • 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
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02636—Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639—Preparation of substrate for selective deposition
    • H01L21/02645—Seed materials
    • 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
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02636—Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02653—Vapour-liquid-solid growth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • H01L29/0669—Nanowires or nanotubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для создания автоэмиссионных электронных приборов (с «холодной эмиссией электронов) для изготовления зондов и кантилеверов сканирующих зондовых микроскопов и оперативных запоминающих устройств с высокой плотностью записи информации, поверхностно-развитых электродов электрохимических ячеек источников тока, а также для использования в технологиях изготовления кремниевых солнечных элементов нового поколения для повышения эффективности антиотражающей поверхности фотопреобразователей. Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность пленки катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → жидкая капля → кристалл, при этом катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, причем молярное отношение компонентов газовой фазы

Description

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и предназначено для выращивания на кремниевых подложках по схеме пар → жидкая капля → кристалл (ПЖК) острийных нитевидных кристаллов (НК) Si, т.е. кристаллов с малым радиусом кривизны поверхности вблизи вершины по отношению к радиусу кривизны у основания.
В настоящее время известен способ выращивания нитевидных нанокристаллов полупроводников постоянного диаметра [Патент РФ №2456230, МПК6 В82В 3/00, С30В 29/62 / В.А. Небольсин, А.И. Дунаев, М.А. Завалишин, Г.А. Сладких, А.Ф. Татаренков], позволяющий выращивать ННК постоянного диаметра. Недостатком способа является невозможность получения острийных нитевидных кристаллов.
Известен способ изготовления острийных структур [Патент РФ №2240623, МПК6 H0L 21/20 / Е.И. Гиваргизов, М.Е. Гиваргизов], использующий в своей основе принцип превращения выращенных с участием частиц золота НК (вискеров) в кремниевые острия травлением в растворе до тех пор, пока затвердевшая капля на вершине не "отвалится". В одном из предпочтительных вариантов выполнения данного изобретения изготовление острийных структур осуществляется в процессе выращивания вискеров изменением температуры и/или концентрации соединений газовой смеси и/или добавлением по меньшей мере одного металла-растворителя и его испарением. Недостатком данного способа является наличие сложных, ступенчатых форм поверхности или грубых форм рельефа поверхности острийных структур. При этом получаемые формы острий конических кристаллов с большими углами при вершине 40-50° обеспечивают радиус кривизны поверхности острия 50-100 нм, что не является оптимальным для обеспечения высоких разрешений (менее 50 нм) и чувствительности вискерных зондов сканирующих микроскопов на основе НК или для обеспечения высокой плотности электронной эмиссии катодов автоэмиссионных приборов на базе кремниевых острийных структур.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления конусностью НК в процессе роста, предложенный в [Патент РФ №2526066, МПК6 С30В 29/62 В82В 3/00 / В.А. Небольсин, А.А. Долгачев, А.И. Дунаев, С.С. Шмакова]. В данном способе одновременно с подачей в реакционную зону питающего материала по определенной программе повышают или понижают температуру процесса в течение всего времени выращивания. Способ позволяет контролировать конусность по длине НК, выращивать НК с положительной, нулевой и отрицательной конусностью и создавать кристаллы с различными профилями. Недостатками его являются, во-первых, невысокая величина как положительной, так и отрицательной конусности (~10-2), поскольку в качестве катализатора роста НК используется химически стойкое золото, во-вторых, формирование плоской вершины НК под каплей катализатора, не позволяющей получать острийные структуры, что не дает возможности использовать данные структуры в качестве эффективных катодов эмиссионных приборов.
Изобретение направлено на выращивание на кремниевых подложках по схеме ПЖК острийных НК Si, радиус кривизны поверхности которых вблизи вершины составляет менее 50 нм. Это достигается тем, что процесс выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность пленки катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → жидкая капля → кристалл, причем молярное отношение компонентов газовой фазы
Figure 00000001
устанавливают в интервале 0,01≤n≤0,025, отличающийся тем, что катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, затем на подложку наносят пленку катализатора не более 2 мкм, а осаждение кристаллизуемого вещества ведут до полного израсходования катализатора и ведут осаждение кристаллизуемого вещества до полного израсходования катализатора. На Фиг. 1. представлена подложка с системой острийных НК.
Способ выращивания острийных НК Si осуществляют следующим образом. Перед нанесением на поверхность ростовой подложки пленки катализатора с последующим помещением ее в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой. Металлами, которые образуют с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, являются олово, цинк, висмут, индий, галлий и др. Затем подложка с пленкой катализатора помещается в продуваемый водородом кварцевый реактор ростовой печи, нагревается до заданной температуры и производится осаждение кристаллизуемого вещества. При этом молярное отношение компонентов газовой фазы
Figure 00000002
устанавливают в интервале 0,01≤n≤0,025, а осаждение кристаллизуемого вещества ведут до полного израсходования катализатора. Выбор катализатора из металлов, образующих с кремнием вырожденную эвтектику, определяется тем, что на фазовых диаграммах металл-кремний с вырожденной эвтектикой эвтектическая точка близка к чистому компоненту, растворимость кремния в таких металлах мала, а капля катализатора имеет невысокое поверхностное натяжение, что обеспечивает интенсивное химическое травление металла в процессе роста НК. Интенсивное химическое травление металла в процессе роста НК приводит к непрерывному уменьшению объема капли, вплоть до ее полного исчезновения и, как следствие, формированию острийного НК конусовидной формы.
Интервал 0,01≤n≤0,025 молярного отношения компонентов газовой фазы
Figure 00000003
определяется тем, что при n≥0,1 состав газовой фазы сильно обогащен хлористым водородом, поскольку при увеличении концентрации SiCl4 равновесие обратимой химической реакции SiCl4+2H2↔Si+4HCl смещается вправо. Высокая концентрация НС1 обеспечивает интенсивное травление металла капли и, как следствие, уменьшение объема каталитической частицы на вершине НК в процессе роста. При n<0,01 интенсивного травления капли не наблюдается. При n>0,025 рост НК прекращается и идет интенсивное травление кремния (равновесие химической реакции смещается влево).
Полное израсходование катализатора в процессе выращивания определяется тем, что является необходимым условием формирования острийных НК с радиусом кривизны поверхности при вершине, существенно меньшим 50 нм. Ультратонкая вершина обеспечивает высокую функциональную способность острийных НК, а относительно толстое основание - хорошую механическую прочность при больших циклических нагрузках и вибрации.
Использование предлагаемого способа позволяет создавать широкий класс автоэмиссионных электронных приборов (с "холодной" эмиссией электронов), изготавливать зонды и кантилеверы сканирующих зондовых микроскопов и оперативные запоминающие устройства с высокой плотностью записи информации, поверхностно-развитые электроды электрохимических ячеек источников тока и другие устройства на основе ННК. Способ может быть использован в технологиях изготовления кремниевых солнечных элементов нового поколения для повышения эффективности антиотражающей поверхности фотопреобразователей и др.
Примеры осуществления способа.
Пример 1.
В качестве металла, образующего с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, использовалось олово. Для этого на исходные пластины Si КДБ (111) электронно-лучевым напылением на установке ВАК 501 наносилась пленка Sn толщиной 2 мкм. Подготовленные подложки разрезались и помещались в ростовую печь. В течение 2-10 мин при температуре 1100°С осуществлялось разбиение пленки Sn на отдельные мелкодисперсные частицы. Затем в результате сплавления Sn с Si формировались капли раствора Si в расплавленном Sn. Затем при той же температуре в газовую фазу подавали SiCl4 при молярном отношении [MSiCl4]/[MH2]=0,015 и выращивали острийные НК Si. Время выращивания составляло 5 мин. Кристаллы Si имели начальный диаметр у подложки (18±5) мкм и длину ~(65÷85) мкм. На вершинах острийных НК частицы Sn отсутствовали. Радиус кривизны поверхности НК вблизи вершины составил (25±5) нм. Углы при вершинах НК находились в интервале (20÷30)°.
Пример 2.
Выращивание НК Si проводилось аналогично примеру 1, но в качестве металла-катализатора ПЖК-роста использовался Zn. Выращенные НК имели диаметр, уменьшающийся от основания к вершине от (10÷20) до (10÷20) нм, и длину (30÷40) мкм.
Пример 3.
Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но в качестве металла-катализатора ПЖК-роста использовался Ga. Полученные результаты соответствовали результатам примера 2.
Пример 4.
Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но мольное отношение [MSiCl4]/[MH2] составляло 0,025. Полученные результаты соответствовали результатам примера 1, но длина выращенных острийных НК составила (30÷40) мкм.
Пример 5.
Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но температура ПЖК-роста НК составляла 1000°С. Полученные результаты соответствовали результатам примера 1.

Claims (1)

  1. Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния, включающий подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность пленки катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → жидкая капля → кристалл, причем молярное отношение компонентов газовой фазы
    Figure 00000004
    устанавливают в интервале 0,01≤n≤0,025, отличающийся тем, что катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, затем на подложку наносят пленку катализатора не более 2 мкм и ведут осаждение кристаллизуемого вещества до полного израсходования катализатора.
RU2016149251A 2016-12-14 2016-12-14 Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния RU2653026C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149251A RU2653026C1 (ru) 2016-12-14 2016-12-14 Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149251A RU2653026C1 (ru) 2016-12-14 2016-12-14 Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2653026C1 true RU2653026C1 (ru) 2018-05-04

Family

ID=62105583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016149251A RU2653026C1 (ru) 2016-12-14 2016-12-14 Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653026C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2240623C2 (ru) * 1999-05-31 2004-11-20 Гиваргизов Евгений Инвиевич Острийные структуры, приборы на их основе и методы их изготовления
WO2008054467A2 (en) * 2006-03-23 2008-05-08 International Business Machines Corporation Monolithic high aspect ratio nano-size scanning probe microscope (spm) tip formed by nanowire growth
US20090266411A1 (en) * 2005-06-17 2009-10-29 Illuminex Corporation Photovoltaic wire

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2240623C2 (ru) * 1999-05-31 2004-11-20 Гиваргизов Евгений Инвиевич Острийные структуры, приборы на их основе и методы их изготовления
US20090266411A1 (en) * 2005-06-17 2009-10-29 Illuminex Corporation Photovoltaic wire
WO2008054467A2 (en) * 2006-03-23 2008-05-08 International Business Machines Corporation Monolithic high aspect ratio nano-size scanning probe microscope (spm) tip formed by nanowire growth

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГИВАРГИЗОВ Е.И. Кристаллические вискеры и наноострия, "Природа", 2003, N11, с.20-25. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lew et al. Template-directed vapor–liquid–solid growth of silicon nanowires
Dubrovskii et al. Shape modification of III-V nanowires: The role of nucleation on sidewalls
O'Regan et al. Recent advances in the growth of germanium nanowires: synthesis, growth dynamics and morphology control
JP2003246700A (ja) シリコンナノニードルの製法
Kar et al. Investigation of nucleation mechanism and tapering observed in ZnO nanowire growth by carbothermal reduction technique
Bicer et al. Electrochemical synthesis of CdS nanowires by underpotential deposition in anodic alumina membrane templates
KR20070048943A (ko) 가지형 나노 와이어의 제조방법
Xing et al. Silicon nanowires grown from Au-coated Si substrate
RU2653026C1 (ru) Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
US7914850B2 (en) Method for producing nanostructures on a substrate
Rothman et al. Real-time study of surface-guided nanowire growth by in situ scanning electron microscopy
RU2526066C1 (ru) Способ получения нитевидных нанокристаллов полупроводников
RU2336224C1 (ru) Способ получения регулярных систем наноразмерных нитевидных кристаллов кремния
KR101386901B1 (ko) 용액합성법을 이용한 테이퍼 모양의 황화주석 나노라드의 제조방법
Sangpour et al. ZnO nanowires from nanopillars: Influence of growth time
RU2681037C2 (ru) Способ выращивания нитевидных нанокристаллов диоксида кремния
Nishizawa Silicon vapor phase epitaxy
Belyaev et al. Vertical growth of cadmium sulfide crystals on a silicon substrate
CN1944267A (zh) 一种采用自催化模式制备带尖氮化镓锥形棒的方法
Givargizov Controlled growth of filamentary crystals and fabrication of single-crystal whisker probes
KR100447167B1 (ko) 탄소나노튜브의 수직합성 방법
Okajima et al. Precise control of growth site of silicon vapor-liquid-solid crystals
EP3988689A1 (en) Method of etching crystalline material
Kodambaka et al. Growth kinetics of Si and Ge nanowires
Mizutani et al. Site-selective low-temperature growth of Au nanowires on Si substrates irradiated with low-energy Ar ions