Нано мир
1 subscriber

Создания неисследованных полупроводниковых наноструктур

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2019/5da995bef32cc.jpg
https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2019/5da995bef32cc.jpg

Исследовательская группа университета Эхиме проложила путь к созданию неисследованных наноструктур III-V полупроводников.

Они выращивали разветвленные нанопроволоки GaAs с нетоксичным элементом Bi, используя характерные структурные изменения, коррелирующие с металлическими каплями, а также дефекты и ориентации кристаллов.

Полученный результат дает рациональную концепцию проектирования для создания полупроводниковых наноструктур с концентрацией компонентов выше фундаментального предела, что делает его потенциально применимым для новых эффективных приборов ближней инфракрасной и квантовой электроники.

Нанопроволока представляет собой стержневую конструкцию диаметром, как правило, менее нескольких сотен нанометров.

Благодаря своим размерам и структуре он обладает характерными свойствами, которые не присущи крупным сыпучим материалам.

Исследование полупроводниковых нанопроволок III-V вызвало большой интерес в последние десятилетия в связи с их потенциальным применением в наноразмерных квантовых, фотонных, электронных и энергетических преобразователях, а также в биологических устройствах, исходя из их одномерности и большого отношения поверхности к объему.

Внедрение эпитаксиальной гетероструктуры облегчает контроль транспортных и электронных свойств таких устройств, демонстрируя потенциал для реализации интегрированных систем на основе соединений III-V и Si с превосходными электронными и оптическими функциями.

Комбинированные полупроводники III-V являются одними из самых высоких в мире по мобильности и эффективности фотон-электронного преобразования. Среди них GaAs - представительный полупроводниковый компаунд III-V, который используется для высокоскоростных транзисторов, а также высокоэффективных ближне-инфракрасных светодиодов, лазеров и солнечных элементов.

Оптические устройства на основе III-V GaAs имеют собственные потери, связанные с выработкой тепла. Чтобы обойти это, использование разбавленного висмида GaAsBi сплава с нетоксичным элементом Bi недавно привлекло внимание, поскольку внедрение Bi подавляет производство тепла, повышая эффективность преобразования электронов в свет.

Поэтому включение в нанопроволоку разбавленного висмидного сплава GaAsBi является рациональным подходом к разработке высокопроизводительных оптоэлектронных наноустройств.

Между тем, разветвленные или древовидные нанопроволоки предлагают подход для повышения структурной сложности и улучшения результирующих функций, что, в свою очередь, позволяет реализовать более крупные размерные структуры, боковое соединение и взаимосвязь между нанопроволоками.

https://zetsila.ru/wp-content/uploads/2018/05/polimernie-poluprovodniki.jpg
https://zetsila.ru/wp-content/uploads/2018/05/polimernie-poluprovodniki.jpg

Используя атомально точную технику выращивания кристаллов, называемую молекулярно-лучевой эпитаксией, группа Университета Эхиме контролировала формирование би-индуцированных наноструктур при выращивании разветвленных GaAs/GaAsBi нанопроволок с сердечником и оболочкой.

Таким образом, они проложили путь к созданию неисследованных наноструктур III-V полупроводников, использующих характерное пересыщение капель катализатора, структурные изменения, вызванные деформацией, и включение в матрицу GaAs носителя, коррелирующую с дефектами и ориентацией кристаллов.

Ранее группа получала GaAs/GaAsBi гетероструктурные нанопроволоки на Si с концентрацией Bi на 2 процента меньше, чем в предыдущем отчете. Нанопроволока обладала специфическими структурными особенностями, имея шероховатую поверхность с волнистостью, которая, вероятно, была вызвана большим рассогласованием решеток и накоплением деформаций между GaAs и сплавом GaAsBi.

Кроме того, Bi действует как поверхностно-активное вещество в контроле поверхностной энергии, провоцируя тем самым синтез наноструктур.

Однако влияние внедрения Bi на рост сплавов GaAsBi еще далеко не полностью изучено. В докладе исследованы особенности и механизмы роста GaAs/GaAsBi многослойных СЗ на Si (111) подложках с акцентом на структурную деформацию, вызванную Bi.

Для синтеза разветвленных нанопроволок III-V обычно используются наночастицы металлических катализаторов, чаще всего Au, в качестве ядер для роста ветвей.

С другой стороны, группа использовала самокатализаторы капель Ga и Bi, которые могут подавлять нечистоту введения неконституционных элементов.

При дефиците Ga в процессе роста Bi накапливается на вершине нанопроволоки ядра GaAs и служит катализатором роста нанопроволоки для разветвленных структур до специфического кристаллического азимута.

Существует сильная корреляция между накоплением Bi и дефектами штабелирования.

Кроме того, Bi преимущественно используется при ограниченной поверхностной ориентации GaAs, что приводит к пространственно селективному включению Bi в ограниченную область, концентрация Bi которой превышает фундаментальный предел на 7 процентов.

Полученная гетероструктура GaAs/GaAsBi/GaAs с границей раздела, определяемой дефектами кристаллических близнецов одного атомного слоя, которые потенциально могут быть применены к квантово-замкнутой структуре.

Полученный результат обеспечивает рациональную концепцию проектирования для создания наноструктур на основе GaAsBi и контроля инкорпорации Bi за пределами фундаментального предела.

Эти результаты свидетельствуют о потенциале новой полупроводниковой наноструктуры для создания эффективных приборов ближнего инфракрасного излучения и квантовой электроники.