반도체 Nanostructures의 종합에 있는 유포 그리고 Interdiffusion

교수에 의하여 Federico Rosei

Fulvio Ratto, Istituto di Fisica Applicata "Nello Carrara" 및 Federico Rosei, Institut National de la Recherche Scientifique 교수
대응 저자: rosei@emt.inrs.ca

반도체 nanostructures는 마지막 이십년 내내 광대하게 공부되었습니다. 적당한 가공 조건 하에서, 다른 반도체 물자 사이의 이질적인 접속점의 제작은 1-100 길이 nm 가늠자에 있는 옆 차원을 가진 3차원 nanostructures로 유래합니다. 주목할 만한 보기는 실리콘과 게르마늄과 같은 단 IV 반도체의 (Si) 상자입니다 (Ge).

Si 기질에 Ge의 공술서는 두꺼운 다만 약간 원자 층 그들의 이웃 환경에 다른 물리 및 화학 속성을 가진 고밀도 nanostructure의 자기 조직화를 유도합니다. 예를 들면, 그들의 전기 행동의 1개의 특유한 특색은 반대 책임 분리된 양을 덫을 놓는 기능 (전자와 전자 구멍), 자연적인 원자의 상자와 유사하게입니다. 그 결과로, 이 nanostructures는 수시로 "양"가 (QDs)와 "인공적인 원자" 점을 찍다 것과 같이 참조됩니다. 마찬가지로, QDs의 기능적 건축 내의 상호적인 상호 작용은 새로운 기회의 전반으로 이끌어 내는 분자와 결정의 인공적인 아날로그를 초래할 수 있습니다.

QDs의 잠재적인 응용은 거대합니다. QDs의 사용이 고 영향도를 발휘할 수 있는 과학 기술 필드에 의하여 발광 다이오드 (LED) 및 레이저 기술, 단 하나 광양자 근원, 새로운 트랜지스터, 셀 방식 자동 장치 및 양 컴퓨터, 향상된 촉매, 광전지 장치, 환경과 생물 의학 진단, 화상 진찰 및 치료학, biosensing, 특히 등등을, 실리콘 기술과 호환이 되는 프로세스의 발달 보전됩니다 최신식 반도체 제작 프로세스에 있는 QDs의 즉시 통합을 위한 잠재력이 포함합니다.

상향식 접근을 사용하여 게르마늄/실리콘 nanostructures의 제작은 코피로 증가한 QDs의 소집을 실현하는 실행 가능 선택권이 될 수 있었습니다. 원형 실험은 관련시킵니다 반도체 가공에서 다양한 화학제품 그리고 물리적인 방법으로 이미 사용중인 실현될 수 있는 실리콘 기판에 게르마늄 원자의 느린 공술서를 (예를들면 초당 monatomic 층의 세부합니다) 이루어져 있습니다.

고열에, Ge 원자는 이 성분 사이 상사성 때문에 Si 기질의 결정 격자 기하학을 복제합니다. Ge의 격자 매개변수가 이질적인 공용영역에 과도한 긴장 축적을 일으키는 원인이 되는 Si의 그것 보다는 더 큰 대략 4%이다 그러나.

어느 정도 간격 저쪽에, 자연스러운 기계장치는 이 긴장의 부분적인 이완을 달성하기 위하여 개입합니다. 이 기계장치의 한개는 3차원 nanostructures의 출현으로 궁극적으로 이끌어 내는 소밀의 작성입니다. 그밖 기계장치는 부적격자 탈구의 핵형성 및 공용영역에 효과적인 격자 미스매치를 감소시키는 Si 원자의 섞을 포함합니다, 와 Ge. 3차원 nanostructures 내의 그리고의 주위에 기하학, 긴장 및 원소 단면도는 이의 기본적인 특성을 QDs 제어합니다.

반도체 nanostructures의 자기 조직화의 기점에 주요한 개념이 열역학 불안정성의 동안, 최근 몇년 동안 원자 유포에 대하여 활동적인 매개변수 및 에너지 장벽의 주연을 나타나는 비발한 패러다임은 제시되었습니다. 물리학에 있는 편재하는 개념의 한개인, 열역학 안정성은 전형적인 실험 상태 하에서 관찰된 다수 물리 및 화학 속성을 설명해, 예를들면 긴장과 원소 단면도를 포함하. 2

열역학 안정성을 달성하기 위하여는 3차원 nanostructures 내의 그리고의 주위에 모든 물자는 경쟁적인 윤곽의 다량 재배열 그리고 훌륭한 군중을 지탱해야 합니다. 그러나 이것은 원자 유포 및 교환에 대하여 에너지 장벽에 의해 저지됩니다. 전형적인 실험 상태 하에서, 지상 유포 및 부피 유포의 확율 사이 큰 불균형이 있습니다.2

실제로, 지상 유포는 극단적으로 급속한 증명하고 브라운 운동 (무작위 운동)에 의해 필수적으로 제어되고 표면의 열역학 조경에 의해서만 부분적으로 지시됩니다.

대조적으로 대량 유포는 사소합니다, 최상 원자 층의 밑에 i.e 새로우 원자에 의해 입혀 원자는 업니다. 더욱 온도가 공술서, 예를들면 규모와 모양 통계 구성하고 있을 견본의 전반적인 윤곽 후에 빨리 냉각될 때, QDs의 긴장 그리고 원소 단면도와 상호 별거 성장 도중 실현된 동적 과정에 가장 높은 중요성을 주는 중요한 기동전개를 겪을 수 없습니다.

공술서 프로세스에서 일찌기 정의되는 중요한 특징은 유래 3차원 nanostructures의 상호적인 위치입니다. 개별적인 nanostructure의 핵형성의 확율은 그의 유포 및 클러스터가 안정되어 있는 핵을 생성할 수 있는 유효한 원자의 현지 사격량으로 증가합니다.

이 확율은 갑자기 1개 핵이 필수적으로 브라운 운동에 의해 몰자마자 가까운 원자의 붙잡음에 의하여 확대하자마자 것처럼 보이고 시작되자마자 투하합니다.3 이것은 왜 핵이 원자 지상 퍼짐 길이와 상관하는 특정 거리를 격세하 유지해 경향이 있는지 설명합니다.4 지상 유포는 또한 이동할 수 있는 원자의 붙잡음에 의하여 nanostructure 성장, 규모 및 모양을 중재합니다.3

브라운 운동의 가장 간단한 가정의 밑에, 이것은 병존 nanostructures 사이 직관적인 경쟁적인 프로세스, 그것에 의하여 더 가까운 것 그들의 상호적인 근접 더 작은 것 그들의 상대적인 규모입니다.4 규모와 모양 사이 상호 관계는 단단한 개념입니다.1 마지막으로, 지상 유포는 그의 주요한 특징이 내의 원소 단면도를 브라운 운동 식으로 다시 한번 설명될 수 있는 nanostructures, 게르마늄과 실리콘의 다른 기동성과 온도에 대한 그것의 미결 결정합니다.2

온건한 온도에 게르마늄의 예를 들면 (대략 500 섭씨를 말하십시오) 기동성은 열역학 안정성이 반대, i.e Si 부유한 코어 및 Ge 부자를 주변 요구했더라도 반면, Si 원자가5,6 nanostructure 가장자리와 돌출부에 누적되는 원인이 되는 실리콘의 그것 보다는 매우 더 높습니다.

지나치게 간소화하고 있는 동안 위에 기술된 그림은 실험적인 데이터에서 관찰되는 것과 같이 반도체 nanostructures의 개별 및 공동 속성을 이해하는 적당한 시작 입니다. nanostructures와 기질, 병존 nanostructures 및 개별적인 nanostructures 내의 예를들면 긴장 상호 작용을 포함하는 다양한 추가 열역학 분대는, 우선적인 핵형성 사이트의 정의, 규모와 모양의 질량 그리고 변조의 이동 (작은 nanostructures에 큰의 성장을 승진시키는 예를들면 Ostwald를 익는 보십시오), 그리고 게르마늄과 실리콘 원자의 교환에 있는 효과적인 섭동을 유도할 수 있습니다.

잘 퍼지는 역동성 및 추가 열역학 분대는 둘 다 위에 기술된 억압될 수 없는, 자연스러운 행동과 일치되어 디자인되고 실행될 수 있는 적당한 포괄적인 내정간섭의 통합에 의해 조절해 될 수 있습니다. 이것은 그들의 위치, 규모, 모양 및 원소 구성에 강화한 통제를 가진 반도체 nanostructures를 달성하는 잡종 접근 입니다.

이 문맥에서는 "지상 큐"의 관념은 기질의 예비적인7 수정이 원자와 분자의 표면, 따라서 인도 흡착 및 유포에 활동 및 열역학 조경을 바꾸다 그것에 의하여, 강력한 개념입니다. "지상 큐"의 보기는 단계, 탈구 및 게르마늄 공술서8 이전에 실리콘 기판에 소개된 화학제품 이질성의 소집일지도 모릅니다.

끝으로, 최근 몇년 동안 기본적인 이해에 있는 중요한 진도가 있고 QDs의 제작은 반도체 nanostructures에 기지를 두었습니다. 지금도 전방 많은 중요한 문제점이 동안, 이 개념의 뒤에 과격한 혁신을 위한 잠재력은 반도체 nanostructures의 미래 수사를 강한 동기부여를 제공합니다.


참고

1. F. Rosei, J. Phys.: Cond. 매트. 16, S1373 (2004년).
2. F. Ratto, G. Costantini, A. Rastelli, O.G. Schmidt, K. Kern, F. Rosei, J. Exp. Nanosci. 1, 279 (2006년).
3. M. Fanfoni, M. Tomellini, J. Phys.: Cond. 매트. 17, 571 (2005년).
4. F. Ratto, A. Locatelli, S. Fontana, S. Kharrazi, S. Ashtaputre, S.K. Kulkarni, S. Heun, F. Rosei, Phys. Lett 목사. 96, 096103 (2006년).
5. G. Katsaros, G. Costantini, M. Stoffel, R. Esteban, A.M. Bittner, A. Rastelli, U. Denker, O.G. Schmidt, K. Kern, Phys. 목사 B 72, 195320 (2005년).
6. F. Ratto, A. Locatelli, S. Fontana, S. Kharrazi, S. Ashtaputre, S.K. Kulkarni, S. Heun, F. Rosei, 작은 2, 401 (2006년).
7. F. Cicoira, F. Rosei 의 파도. Sci. 600, 1 (2006년).
8. A. Sgarlata, P.D. Szkutnik, A. Balzarotti, N. Motta, F. Rosei, Appl. Phys. Lett. 83, 4002 (2003년).

, 저작권 AZoNano.com Federico Rosei (Universite? du Quebecc) 교수

Date Added: May 10, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:35

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