Современное материаловедение уделяет значительное внимание исследованию новых материалов для различных областей технологии и инженерии. Современные тенденции миниатюризации элементов электронных микросхем, проявляются и в оптоэлектронике – все чаще для обмена информацией между отдельными элементами схем применяются оптические волноводы, а, следовательно, возникает необходимость в уменьшении размеров как самих волноводов, так и устройств приема-передачи информации.
В августе Роспатент опубликовал патент на изобретение №2460166 "СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ НАНОСТРУКТУРЫ". Патентообладатель(и): Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН (г.Ижевск)
Перед авторами стояла задача создания способа формирования нанокомпозитов и наноструктур на основе полупроводниковых материалов (например, изоэлектронного ряда германия) для перспективных источников света, элементов солнечных батарей и фотодетекторов со сверхвысоким (порядка 100 нм) пространственным разрешением.
В настоящее время перспективы развития оптических материалов связаны с высокоэффективными люминесцентными источниками на основе полупроводниковых наночастиц широкозонных полупроводников. Особое внимание уделяется разработке и созданию экономичных устройств, излучающих в УФ и видимой (до ближней ИК) областях спектра, что в первую очередь определяется потребностями оптоэлектроники и нанофотоники. Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений является разработка высокоэффективных твердотельных источников белого света с малым потреблением энергии, а также новых эффективных когерентных источников излучения на основе наноразмерных структур широкозонных соединений AII BVI. Например, в полупроводниковых квантовых точках обнаружено проявление размерных эффектов, в частности влияние квантово-размерного ограничения на энергетический спектр экситонов, оптическая бистабильность, чувствительность оптических свойств к электрическому полю и т.д. Имеются обширные данные по таким структурам AIV, AIBVII, A IIBVI, полученным в объемах, в частности, оксидных матриц.
Возможность контроля функциональных свойств наноматериалов напрямую зависит от следующих основных факторов: размер, структура, форма и дисперсность наночастиц, количество структурных дефектов, их однородность по размеру и химическому составу. Методы получения наноструктур с узким распределением по размерам можно условно разделить на физические и химические. Физические методы включают подходы нанолитографии (сфокусированным электронным или ионным пучком, зондом СЗМ), высокоэнергетические методы напыления (молекулярно-лучевая эпитаксия, термическое, ультразвуковое, лазерное, плазменное и DC распыление) и методы механического измельчения. Методы нанолитографии наиболее применимы для получения геометрически точных структур, однако они часто оказываются весьма трудоемкими и требующими значительных материальных затрат, а их реализация требует наличия сложных энергопотребляющих установок. Кроме того, существующие ныне литографические методы ограничены длинами волн существующих источников, материалами фоторезистов. Более доступной альтернативой являются химические методы, основанные на использовании пространственно-ограниченных систем (так называемых нанореакторов). К их числу относят мицеллы, пленки Лэнгмюра-Блоджетт, микроэмульсии, а также твердофазные матрицы, обладающие однородным распределением пор по размеру. Использование нанореакторов позволяет получать наночастицы различной формы и анизотропииВ настоящее время перспективы развития оптических материалов связаны с высокоэффективными люминесцентными источниками на основе полупроводниковых наночастиц широкозонных полупроводников. Особое внимание уделяется разработке и созданию экономичных устройств, излучающих в УФ и видимой (до ближней ИК) областях спектра, что в первую очередь определяется потребностями оптоэлектроники и нанофотоники. Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений является разработка высокоэффективных твердотельных источников белого света с малым потреблением энергии, а также новых эффективных когерентных источников излучения на основе наноразмерных структур широкозонных соединений AII BVI. Например, в полупроводниковых квантовых точках обнаружено проявление размерных эффектов, в частности влияние квантово-размерного ограничения на энергетический спектр экситонов, оптическая бистабильность, чувствительность оптических свойств к электрическому полю и т.д. Имеются обширные данные по таким структурам AIV, AIBVII, A IIBVI, полученным в объемах, в частности, оксидных матриц.
Для получения геометрически точных структур используют методы нанолитографии, однако они часто оказываются весьма трудоемкими и требующими значительных материальных затрат, а их реализация требует наличия сложных энергопотребляющих установок. Кроме того, существующие ныне литографические методы ограничены длинами волн существующих источников, материалами фоторезистов.
Способ получения полупроводниковой наноструктуры, предложенный нашими учеными, включает послойное осаждение на пористой матрице оксида алюминия полупроводниковых материалов. Полупроводниковые материалы осаждают термическим испарением в сверхвысоком вакууме.
Полученные материалы удовлетворяют следующим требованиям:
- Матрицы на основе оксида алюминия могут (в зависимости от режимов синтеза) контролируемо изменять периодичность расположения пор в интервале 40-250 нм, иметь размер отверстий - 15-150 нм с точностью 10%;
- Нанокомпозиты характеризуются высокой однородностью (отклонение по размеру не более 15%) и степенью пространственного упорядочения элементов (параметр разориентации не превышает 10% на площади 1 см2);
- Нанокомпозиты обладают высокой стабильностью на воздухе и сохраняют заданные свойства в течение длительного времени (не менее 10 месяцев) без необходимости создания для этого специальных условий;
- Нанокомпозиты характеризуются контролируемым характерным размером наноструктур в диапазоне диаметров от 15 нм до 150 нм.
Все новости раздела →