Diffusion och Interdiffusion i Syntesen av Halvledaren Nanostructures

vid Professorn Federico Rosei

Fulvio Ratto, Istituto di Fisica Applicata ”Nello Carrara” och Professor Federico Rosei, Institut Medborgare de la Recherche Scientifique
Motsvarande författare: rosei@emt.inrs.ca

Halvledarenanostructures har varit utstuderade omfattande över de sist två årtiondena. Under riktigt bearbeta villkorar, fabriceringen av heterogena föreningspunkter mellan olika halvledarematerial som resultat in i tredimensionella nanostructures med lateral dimensionerar i det nm-längd 1-100 fjäll. Ett noterbart exempel är fallet av GruppDROPPhalvledare liksom silikoner (Si) och germanium (Ge).

Avlagringen av Ge på en Si-substrate några tjocka atom- lagrar framkallar precis självorganisationen av en kick - täthetnanostructure med läkarundersökningen och kemisk rekvisita som är olika till deras neighboring miljö. För anföra som exempel, ett säreget drag av deras elektriska uppförande är kapaciteten att fånga åtskilda belopp av motsatsladdning (elektroner och elektronen spela golfboll i hål), på motsvarande sätt till fallet av naturliga atoms. Som ett resultat ses dessa nanostructures ofta till, som ”quantumen pricker” (QDs) och ”konstgjorda atoms”. Jämväl kan ömsesidiga växelverkan inom funktionella arkitekturer av QDs ge löneförhöjning till konstgjorda analoger av molekylar och kristaller som leder till en gamut av nya tillfällen.

De potentiella applikationerna av QDs är jättelika. Teknologiskt sätter in var bruket av QDs kan utöva det högst får effekt inkluderar - sända ut dioden (LEDDE) och laser-teknologier, singelfotonkällor, nya transistorer, cell- robotar och quantumdatorer, avancerade katalysatorer, photovoltaic apparater, miljö- och biomedicaldiagnostik, att avbilda och terapi, biosensing, Etc. I synnerhet, utvecklingen av bearbetar kompatibelt med silikonteknologihåll som är potentiella för omgående integration av QDs i statligt - av - - konsthalvledarefabricering bearbetar lätt.

Fabriceringen av germanium-/silikonnanostructures som använder underifrånperspektivet, kunde bli ett livsdugligt alternativ som realiserar samlingar av epitaxially fullvuxna QDs. Det prototypical experiment består gäller den långsamma avlagringen av germaniumatoms på en silikonsubstrate (del e.g av monatomic lagrar per understöder), som kan realiseras av en variation av kemiska och läkarundersökningmetoder som redan är i bruk, i att bearbeta för halvledare.

På höga temperaturer reproducerar Ge-atoms geometrin för crystal galler av Si-substraten, tack vare likheter mellan dessa beståndsdelar. Anstränga ackumulation på det heterogent har kontakt, However gallerparametern av Ge är omkring 4% som är större än det av Si, som orsakar överdrivet.

Det okända en bestämd tjocklek, spontan mekanism ingriper för att utföra partisk avkoppling av denna anstränger. En av dessa mekanism är skapelsen av roughness, som leder ultimately till uppkomsten av tredimensionella nanostructures. Annan mekanism inkluderar det att bilda en kärna av misslyckadförskjutningar och blandning av Ge- och Si-atoms, som förminskar den effektiva gallermismatchen på ha kontakt. Det geometriskt, anstränger, och elementärt profilera inom, och runt om de tredimensionella nanostructuresna reglerar grundkännetecken av dessa QDs.

Fördriva det främsta begreppet på beskärningen av själven som organisationen av halvledarenanostructures är en thermodynamic ostadighet, över nya år har en ny paradigm varit föreslagen, som ser till en ledande roll av kinetic parametrar och energibarriärer mot atom- diffusion. Thermodynamic stabilitet, som är ett av de mest allestädes närvarande begreppen i fysik, förklarar inte ett nummer av läkarundersökning och kemisk rekvisita som observeras under typisk experimentellt, villkorar, däribland anstränger e.g, och elementärt profilerar. 2

Att att uppnå thermodynamic stabilitet som all är materiell inom och runt om de tredimensionella nanostructuresna, bör tåla massiva rearrangements och stor multitude av konkurrenskraftiga konfigurationer. Emellertid blockeras detta av energibarriärer mot atom- diffusion och utbyten. Under typisk experimentellt villkorar, finns det en stor unbalance mellan probabilityen av ytbehandlar diffusion och i stora partierdiffusion.2

Ytbehandla diffusion bevisar extremt foren och regleras i grunden av Brownian vinkar (slumpmässig rörelse), och endast delvist riktat av det thermodynamic landskap av ytbehandla, I praktiken.

I kontrasti stora partierdiffusion är försumbart, dvs. frysas nedanföra atoms det översta atom- lagrar, så snart som överdrat av nya atoms. , när Dessutom temperaturen släckas snart efter avlagring, storleksanpassar formar den total- konfigurationen av ta prov som e.g består av, och statistik, anstränger, och elementärt profilerar, och ömsesidiga avskiljanden av QDsen kan inte genomgå viktig evolution, som ger den högsta betydelsen till det dynamiskt bearbetar realiserat under tillväxt.

Ett viktigt särdrag, som är den definierade tidig sort i den processaa avlagringen, är det ömsesidigt placerar av de resulterande tredimensionella nanostructuresna. Probabilityen av det att bilda en kärna av förhöjningar för en individnanostructure med lokalkoncentrationen av tillgängliga atoms, vars diffusion och att samla i en klunga kan frambringa stabila nuclei.

Denna probability tappar plötsligt, så snart som en nucleus verkar och börjar att förstora vid tillfångatagandet av närliggande atoms som i grunden är drivande vid Brownian, vinkar.3 Detta förklarar därför nuclei ansar uppehället som ett bestämt distanserar ifrån varandra, som korrelerar med det atom- ytbehandlar diffusionslängd.4 Ytbehandla diffusion medlar nanostructuretillväxt, storleksanpassar och formar också vid tillfångatagandet av mobila atoms.3

Under det enklaste antagandet av Brownian vinka, detta är ett intuitivt konkurrenskraftigt bearbetar mellan finnasende till samtidigt nanostructures, whereby det mer nära deras ömsesidiga närhet som, deras släkting storleksanpassar mindre.4 Korrelationen between storleksanpassar och formar är ett fast begrepp.1 Ytbehandla diffusion bestämmer det elementärt profilerar inom nanostructuresna, vars främsta särdrag kan förklaras in benämner av Brownian vinkar ytterligare en gång, den olika rörligheten av germanium och silikoner och dess beroende på temperatur, Slutligen.2

På dämpa temperaturer, for example (något att säga ungefärligt Celsiusa 500) som rörligheten av germanium är mycket högre än det av silikon, som orsakar Si-atoms för att ackumulera på nanostructuren kantar och omkretsar, 5,6 eftersom skulle thermodynamic stabilitet kräver motsatsen, dvs. Si-rich kärnar ur och Ge-richperipheries.

Den oversimplified Stunden, föreställa som över beskrivas, är en rimlig start som förstår individ- och kollektivrekvisita av halvledarenanostructures som observerad i experimentella data. En variation av extra thermodynamic delar, däribland anstränger e.g växelverkan mellan nanostructures och substraten, mellan finnasende till samtidigt nanostructures och inom individnanostructures, kan framkalla effektiva perturbations i definitionen av preferens- det att bilda en kärnaplatser, samlas överföringen av, och modulering av storleksanpassar och formar (se e.g. Ostwald ripening som främjar tillväxten av stort över lilla nanostructures), och utbytet av germanium- och silikonatoms.

Både diffusive dynamik och extra thermodynamic delar kan bli modulerade av integration av passande bästa-besegrar ingripanden, som kan planläggas och genomföras, i att hålla med det spontana uppförandet som över beskrivas, som inte kan dämpas. Detta är ett hybrid- att närma sig för att uppnå halvledarenanostructures med förhöjt kontrollerar över deras placerar, storleksanpassar, formar och elementär sammansättning.

I detta sammanhang som aningen av ”ytbehandlar stickrepliker, är ett kraftigt begrepp, 7 whereby en förberedande åtgärdändring av substraten förändrar det kinetic, och thermodynamic landskap på ytbehandla, vägleda således adsorption och diffusion av atoms och molekylar. Exempel av ”ytbehandlar stickrepliker kan vara samlingar av kliver, 8 förskjutningar och kemiska inhomogeneities som introduceras på silikonsubstraten före germaniumavlagring.

Avslutningsvis över nya år har det finnas viktigt framsteg i grundöverenskommelsen, och fabriceringen av QDs baserade på halvledarenanostructures. Stunder där är stilla många kritiska utfärdar framåt, det potentiellt för radikal innovation bak dessa begrepp ger den starka motivationen för framtida utredningar av halvledarenanostructures.


Hänvisar till

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

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Federico Rosei (Université du Québec)

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit