Приборы на эффектах пониженной размерности.ppt
- Количество слайдов: 32
Приборы на эффектах пониженной размерности Квантовые нити, проволоки …
Полупроводниковые монокристальные нанопроволочки можно синтезировать в по механизму пар-жидкость-кристалл (ПЖК), который был открыт более 40 лет тому назад и описан в статье Вагнера и Эллиса [Appl. Phys. Lett. 1964, 4, 89 ].
Схема роста кристаллов по ПЖКмеханизму [Nano. Letters 2004, 4, 433 ]
Монодисперсное коллоидное золото наносят на поверхность Si-пластины. Если средний размер частички золота составляет 2 нм [фирма «Ted Pella» ], то в этой частице содержится ~ 335 атомов. Диаметр золотой крупинки-катализатора и определяет диаметр вырастающей из неё нанопроволоки.
Первые электрические измерения на отдельных Si-НП (диаметром от 50 до 150 нм), легированных бором и фосфором, были сделаны в [J. Phys. Chem. B. 2000, 104, 5213 ] Проблемой было изготовление омических контактов.
Работы [Nano. Letters 2003, 3, 149; Nano. Letters 2005, 5, 1143 ] показали, что сейчас эта проблема в некоторых случаях хорошо решается.
Нанопроволочный “малодырочный” транзистор из p++-Si-НП Общий вид полевого транзистора из кремниевой нанопроволоки изображён на рисунке. Контакты сток –исток представляют собой двухслойную систему из Ti (50 нм) и Au (50 нм).
Влияние термообработки контактов на сопротивление Si- нанопроволок: а) ВАХ; в) гистограмма сопротивлений (справа – до, слева – после вжигания ) Контакты вжигают при T=300 -600ºC, в атмосфере – форминггаза, т. е. 10% H 2+90%>He. Из рисунка видно, что в результате этой процедуры сопротивление нанопроволоки снижается на порядок
Легко подсчитать, что в Si-НП, Si, легированной бором до концентрации ованн ый 20 см-3 с Ø=4 нм и длиной 0. 5 мкм, бором 10 , С= 10 с содержится всего 60 дырок, так что м картинка на рис. 3 изображает собой шестидесятидырочный транзистор (может, и десятидырочный, поскольку 4 нм количество атомов бора, встроившихся в НП, известно не очень точно). 20 -3 500 нм
ВАХ Si-НП транзистора при температуре жидкого гелия осцилляции тока, зависящие от напряжения на затворе, период– регулярный, амплитуда – нет Зависимость Vsd(тянущее напряжение) от Vg(напряжение на затворе) Ёмкость затвора, оцененная по периоду кулоновских осцилляций, в зависимости от длины Si-НП
Когерентный дырочный транспорт в Si-НП наблюдается вплоть до длины 400 нм. Этот результат значительно превосходит аналогичные для одноэлектронных транзисторов, в которых Si-нанопроволоки изготавливают методом «top-down» , т. е. «выпиливают» их из КНИ структур с помощью электронной литографии.
Нанопровода? Существует проблема: как организовать электрическое соединение между двумя или более нано объектами. Одно из решений предлагается в работе [B. Yang, M. S. Marcus, D. G. Keppel, P. P. Zhang, Z. W. Li, B. J. Larson, D. E. Savage, J. M. Simmons, O. M. Castellini, M. A. Eriksson, M. G. Lagally Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 263107 ] ученых из Univ. Wisconsin-Madison (США)
Суть работы заключается в том, что висячие углеродные нанотрубки прямо по воздуху соединяют кремниевые наноопоры из нанокристаллов
1. Нк-Si получали отжигом структуры кремний-на-изоляторе (толщина слоя кремния 10 нм) в сверхвысоком вакууме при 950°С в течение 1 мин. 2. Сплошная плёнка распадалась на совокупность нк-Si высотой 100150 нм, диаметром основания 90 нм и средним расстоянием между ними ~200 нм.
3. На поверхность наносили катализатор (осаждением слоя Fe. Pt из сильно разбавленного раствора Fe. Pt соли испарением 1 -2 нм слоя Fe). 4. Подложку загружали в реактор, нагревали до 900°С и над ней пропускали поток смеси метана (400 см 3/мин. ) с водородом (20 см 3/мин. ) при почти атмосферном давлении.
Подавляющее большинство нанотрубок росли с вершин нк-Si Вид нк-Si в растровом электронном микроскопе
Установлено, что подавляющее большинство нанотрубок росли с вершин нк-Si и перекидывались с одного нанокристалла на другой, не касаясь подложки!? Почему рост нанотрубок начинается с вершин, хотя частички катализатора распределены равномерно?
Объяснение Моделирование газодинамической обстановки в CVD-реакторе показало, что ансамбль нк-Si с вышеуказанными параметрами организует области застоя между островками, где скорость потока стремится к нулю, так что молекулы метана просто не доходят до катализатора, лежащего на подложке.
Авторы работы не дают ответа на этот вопрос, но сообщают статистику своих наблюдений: из 177 нанотрубок только 4% стартовали с подложки и не стали перемычкой между нк-Si, тогда как 87% соединяют кремниевые островки
Наносветодиоды В работе [Small 2005, 1, No 1, 142 ] речь созданы наносветодиодах, которые получаются, если поперёк нанопроволоки из p-Si положить нанопроволоку (НП) из прямозонного полупроводника с электронным типом проводимости.
Пример прямозонного полупроводника : n-Ga. N (Eg=3. 36 э. В), или n-Cd. S (Eg=2. 42 э. В), или n-Cd. Se (Eg=1. 70 э. В), или n-In. P (Eg=1. 35 э. В) и т. д.
Проблемы: 1. Получение однородных матриц из пересекающихся нанопроволок 2. Сложность подключения к ним омических контактов
Первый биполярный Si-НП транзистор из НП трёх типов (p, n, и n+) создавали вручную [Science 2001, 291, 851 ]: нужную нанопроволочку привали в растровом электронном микроскопе к заточенным металлическим макронаконечникам, а потом уже с использованием оптического микроскопа, держась микроманипуляторами за эти наконечники, почти вслепую, организовывали крест.
Метод микроструи [Science 2001, 291, 630 ]. Если к поверхности окисленной кремниевой пластины прижать пластиковую форму с изготовленными на прижимаемой стороне микроканалами (Ø=5 -500 мкм и длиной от 6 до 20 мм), а затем заставить протекать по этим каналам взвесь нанопроволок в этаноле, то проволоки выстроятся по течению как водоросли в ручье.
Микроструйное выстраивание нанопроволок Разброс по углу отклонения нанопроволоки от оси канала может быть доведён до 6 -7º при скорости потока 8 -10 мм/с.
Для надёжного крепления нанопроволок к подложке поверхность Si. O 2 предварительно покрывают самоорганизованным монослоем из 3 аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС), для чего окунают подложку в миллимолярный раствор АПТЭС в хлороформе на полчаса, а затем нагревают до 110ºС в течение 10 минут.
Для упорядоченного расположения нанопроволок на подложке методом электронной литографии делают сначала канавки в резисте и АПТЭС клей наносят только в эти канавки.
После прокачки этанольной НП-суспензии, НП выстраиваются в заранее обработанных местах подложки
Второй набор нанопроволок можно наложить на первый под любым заданным углом путем поворота формы на заранее выбранный угол. Таким образом можно сформировать и третий, и четвертый слои НП и т. д.
Наносветодиоды
Спектры излучения нанодидов
Ga. N-In. Ga. N- нанопроволочные гетероструктуры [Nano. Letters 2004, 4, 1975 ] Bottom-up технология, позволяет иметь безграничное количество разных полупроводниковых «нанокирпичиков» и строить из них нано устройства без дорогого процесса эпитаксии!
Приборы на эффектах пониженной размерности.ppt