Назвіть та поясніть методи отримання квантових структур кремнію за високими технологіями, хімічного та електрохімічного травлення

Квантові ефекти в кремнії проявляються при співрозмірності характерних довжин із довжиною де Бройля електрона в кремнії ~ 3нм. Розрізняють мікропористий (<2нм), мезопористий (2-50нм) і макропористий (>50нм) кремній які розрізняються за своїми властивостями.

Виробництво нанопористого кремнію різного діаметру пор може відбуватись за різними технологіями. В більшості випадків беруть сілан або нестехіометричний кремній відпалюючи їх. Все треба робити на підкладинці, бо нанокристали кремнію з’єднуються між собою досить слабкими зв’язками й якщо не вбудовувати в щось, то структура буде деградувати з часом.

1). Зпікання кремнієвих кульок на підкладинці з суцільного кремнію за температури >900 Цельсія.

2) При температурі 600 Цельсія пропускаємо сілан (SiH4) та оксид нітрогену (N2О) над субстратом кремнію. На ньому осаджується шар SiO2, а над ним SiO_x-2.

3) Хімічне випаровування (CVD Chemical vapor deposition). При температурі 1100 Цельсія пропускаємо водень, кисень, нітроген над підкладинкою з кремнію. На її поверхні утворюється шар діоксиду кремнію та нанопориста структура над ним. Цей метод дає повільніше зростання пористого шару, ніж попередній. Каталізаторами тут усюди, де є сілан, може слугувати золото. Нанокластери золота приєднують до себе кремній та його оксид й вся структура росте як нанодріт із золотим кластером на одному з кінців.

4) Пульверизаційна методика. В аргоновій атмосфері два електроди, на аноді (+) підкладинка, катод слугує мішенню. Іонізуємо аргон, той бомбардує мішень й атоми з неї осаджуються на підкладинці. Також атоми з мішені можна випаровувати потужним лазерним імпульсом або з мішені, що обертається, або з атмосфери сілану. В останньому випадку молекули, що осаджуються, проходять через переривач пучка, що обертається.

5) Про травлення можна почитати у питанні Поясніть вольт-амперні характеристики, які описують процес електрополіровки та отримання нанопористого кремнію. Чому формуються пори при електрохімічному травлені кремнію? Які морфологічні та структурні властивості пористого кремнію? Електрохімічне травлення найбільш зручне для масового виробництва. Кремній занурюємо у плавікову кислоту зі спиртом (для змочування). При прикладанні напруги починається травлення (насправді, тут легко перейти від утворення пор до хімічного полірування поверхні). Схема травлення наступна. При зануренні, поверхня кремнію покривається молекулами водню. При прикладанні + на поверхні будуть утворюватись дірки. Фтор чіпляє водень на поврехні й заміщає його. При заміщенні другого атома водню з поверхні йде у розчин молекула Н2, а в поверхню електрон. Атом кремнію, що зв’язаний з двома атомами втору дуже легко відривається: SiF4+2HF®H2SiF6®SiF6^2-+2H⁺. Поверхня зануреного кремнію була шорохувата. В заглибленнях знаходяться центри початкового травлення. Буде полірування чи травлення циліндричних порожнин залежить від того, яка відстань між заглибленнями була на початку й як він співвідноситься з глибиною проникнення поля. Коли стінки між порами товсті, то поле доходить до поверхні пластини, доносить туди дірки й травлення йде на поверхні. Якщо ж стінки тонкі, то навпаки, поле суттєве лише на кінці заглибини й травлення йде на її кінці.

Дата добавления: 2015-01-03