III 질화물 반도체 Nanowires - 광전자 공학과 에너지 응용을 위한 비발한 물자

박사에 의하여 조지 왕

조지 T. 왕 의 기술적인 직원, 고체 점화 과학 에너지 국경 연구소, Sandia 국립 연구소의 주요한 일원 박사
대응 저자: gtwang@sandia.gov

반도체 nanowires에 대한 연구는 다량 주의가 마지막 십년간 내내, 그들의 종합, 기본적인 속성 및 잠재적인 응용에 집중하는 상태에서 급격하게 증가했습니다. Nanowires는 전형적으로 약간 나노미터에서 몇백개 나노미터에 구역 수색하는 직경을 가진 구조물 철사 같이 높은 종횡비, 입니다. Nanowires는 실제로 각 반도체 시스템을, Si/Ge를 포함하여, II 힘, III 대, 현재까지 종합되고 전시하고 6각형, 직사각형, 삼각형, 원통 모양을 포함하여 다양한 흥미로운 형태학을, 분기했습니다 조차 함유했습니다.

반도체 nanowires에 있는 관심사는 그들의 높은 표면 에 양 비율의 그들의 유일한 열, 기계, 광학, 화학의, 그리고 전기 속성, 결과 및 자기 영역의 여기자 퍼짐 길이와 같은 다수 신체적 특징 길이 가늠자를 및 보어 반지름 UV 눈에 보이는 파장, 음자 비열한 자유로운 경로 및 임계 크기 교차 통과하는 그들의 규모에 큰 부분에서 만기가 됩니다. 이 비발한 속성은 thermoelectrics에서, nanophotonics, 느끼고는, piezoelectrics, 에너지 가을걷이 및 저장 및 nanoelectronics 구역 수색하는 다양한 응용에 있는 개별 통합 nanoscale 성분으로 반도체 nanowires의 다수 음모를 꾸미는 데몬스트레이션으로 이끌어 냈습니다.1

III 질화물 (AlGaInN)는 과학 기술로 UV에서 눈에 보이는 적외선 파장에에 아주 넓은 매력적인 에너지 범위에 흡수하고 방출하고 중요한 직접 악대 간격 반도체이고, 눈에 보이는 발광 다이오드 같이 상업물을 위한 기초 및 (LEDs) 파란 레이저 다이오드 (예를들면 BluRay)입니다. 따라서, III 질화물 반도체에 근거를 둔 nanowires는 LEDs, 레이저, photovoltaics, 근해, 고속 나누고는/파워일렉트로닉스 및 그밖 응용에 있는 잠재적인 사용을 위해 탐구되고 있습니다.

그러나, 그 같은이 nanowire 기지를 두는 응용 실제적으로 실현될 수 있기 전에, 몇몇 도전은 통제되고는 명령되고 nanowire 종합, 향상된 nanowire 헤테로 구조체, 및 nanowire 열, 전기, 기계 적이고, 그리고 광학적 성질 이해하고는 통제하기의 제작의 지역에서 존재합니다. Sandia 국립 연구소에, 고체 점화 과학 에너지 국경 연구소 및 그밖 프로그램의 밑에, 조지 T. 왕 박사와 동료는 이 많은 도전 제시의 목표를 가진 III 질화물에 기지를 둔 nanowires의 종합 그리고 속성을 조사하고 있습니다.

반도체 nanowires는 포괄적인 석판 인쇄 접근에 수증기 액체 단단한 기계장치를 통해 1D 성장을, 지시하기 위하여 수시로 nanoscale 금속 촉매 입자를 관련시키는 상향식 접근을 포함하여 다양한 기술 (VLS)로, 날조될 수 있습니다. 이들 모두 합성 접근이 Sandia에 탐구되고 있는 동안, 1 차적인 초점은 금속 유기 화학 수증기 공술서를 사용하여 GaN와 III 질화물 코어 쉘 nanowires의 VLS 기지를 둔 성장에 있었습니다 (MOCVD). 숫자 1은 이 방법을 통해 사파이어 기질에 GaN nanowires의 템플렛 자유로운, 맞추어진 성장을 보여줍니다.

수직 장치 통합을 위해 바람직한, 수직 줄맞춤의 높은 nanowire 조밀도 그리고 정도는 기질 수정같은 오리엔테이션의 적당한 선택 및 금속 촉매 뿐 아니라 성장 조건의 주의깊은 통제에 의해 달성됩니다.2-4 nanowires는 단결정, 삼각형 단면 (숫자 1b)와 더불어이고, III 질화물 필름에서 일반적인 탈구로 알려져 있는 장치 유해한 결점 와 더불어 면제되. 에너지 효과 장치를 위한 매력적인 후보자가 만드는 기능과 더불어 nanowires의 이 높은 크리스탈 질에 의하여, 넓고, 조정 가능한 bandgap 범위에 진한 액체로 처리한과 합금 헤테로 구조체, 그(것)들에게 합니다.

사파이어에 숫자 1. (a) 맞추어진 (SEM) GaN nanowire 성장의 스캐닝 전자 현미경 심상; (b) 그것의 삼각형 단면을 (TEM) 보여주는 AlGaN 쉘 층을 가진 GaN nanowire의 전송 전자 현미경 심상.

다양한 nanocharacterization 기술은 또한 박사 왕과 그의 동료에 의해 nanowire 속성을 이해하고 궁극적으로 향상하기 위하여 채택되고 있습니다. 예를 들면, 공간 단호한 음극선 발광 실험은 숫자 2.에서 보이는 것처럼 nanoscale 해결책을 가진 이 nanowires에서 빛 내쏘기의 주파수 그리고 강렬을5, 지도로 나타내기 위하여 이용되고 있습니다.

이 nanostructures, 가깝 필드 스캐닝 현미경 검사법과 초고속과 깊 수준 광학적인 분광학을 포함하여 공부에6 적응시킨 그밖7 광학적인 기술과 이것 은8, nanowire 기지를 둔 장치에 대한 그(것)들 그리고 그들의 충격을 감소시키기의 목표와 더불어 nanowires에 있는 불순 그리고 그밖 점 결점의 기점 그리고 사격량과 같은 세부사항을 제시했습니다. 강력한 3D9 및 제자리 전자 현미경 검사법 기술은10 예를 들면, 가능하게 해, nanowire 장치의 물리적인 고장을 원자 가늠자 해결책에 즉시에 있는 높은 전력의 밑에 관찰하.11

GaN/InGaN 코어 쉘 nanowires에서 (CL) 파란 빛 내쏘기를 보여주는 숫자 2. (a) 음극선 발광 심상; (b) GaN nanowire의 지상 지구에서 결점 관련된 노란 냉광을 보여주는 CL 심상.

단 하나 nanowire 장치 이외에, nanowires의 종합적 효과는 또한 흥미롭고 유리한 방법으로 레버리지를 도입할 수 있습니다. Sandia에서, 왕 박사와 동료는 숫자 3.에서 보이는 것처럼 싼 사용하는 기술을, 격자 불일치한 기질에 GaN 고품질 필름의 성장을 위해 고품질 템플렛으로 수직으로 맞추어진 GaN nanowire 소집을, 개발했습니다.12 nanowires는 GaN 합체한 필름과 밑에 있기 의 GaN 필름에 있는 결점 대형을 극소화하고 그러므로 장치 성과를 향상하는 도움 격자 불일치한 사파이어 기질 사이 긴장 호환된 "브리지로" 봉사합니다.

GaN 필름의 nanowire-templated 성장의 숫자 3. (a) 예술가 연출; (b) GaN nanowire-templated 성장의 데몬스트레이션을 보여주는 횡단면적인 SEM 심상.

요약하자면 능률 것과 같이 중대한 약속을 보여주는 새로운 구조물, 고체 점화에서 및 photovoltaics에 전시가 III 질화물 반도체 nanowires에 의하여 구역 수색하는 응용을 위한 nanoscale 빌딩 블록 음모를 꾸미고 있습니다. 전세계 많은 노력은 현재 진행중입니다 잘 그들의 종합 및 그들의 풍부한 잠재력을 실현하기 위하여 속성을 이해하도록.

수신 확인

암컷 기본적인 에너지 과학 DMSE, (BES) 암컷 EERE 국제적인 에너지 기술 실험실, Sandia의 LDRD 프로그램 및 Sandia의 고체 점화 과학 에너지 국경 연구소 (암컷 BES)에서 자금 조달. Sandia 국립 연구소는 계약체결 DE-AC04-94AL85000의 밑에 Sandia Corporation 의 국제적인 핵 안전 행정 미국 에너지성을 위한 Lockheed Martin 회사의 전체적으로 소유한 자회사에 의해, 작전된 다중 프로그램 실험실입니다.


참고

1. A.I. Hochbaum, P.D. 양, "에너지 전환을 위한 반도체 Nanowires", 화학 검토, 110, 527 2010년.
2. Q. Li, G.T. 왕, "수직 Nanowires의 맞추어진 성장에 있는 충돌의 역할", J. Cryst. 성장 (네덜란드), 310, 3706 2008년.
3. Q. Li, G.T. 왕, "Submonolayer Ni 촉매 필름을 사용하는 GaN 맞추어진 Nanowire 성장에 있는 개선", Appl. Phys. Lett., 93, 043119 2008년.
4. G.T. 왕, A.A. Talin, D.J. Werder, J.R. Creighton, E. Lai, R.J. 앤더슨, 금속 유기 화학 수증기 공술서에 의하여 사파이어에 GaN 수직 nanowires의 I. Arslan, "높게 맞춰, 템플렛 자유로운 성장 및 특성", 나노 과학, 17, 5773 2006년.
5. Q.M. Li, G.T. 왕, "GaN Nanowires에 있는 결점 냉광의 공간 배급", Nano Lett., 10, 1554 2010년.
6. L. Baird, G.H. Ang, C.H. Low, N.M. Haegel, A.A. Talin, Q.M. Li, G.T. 왕, "가까운 필드 광학적인 현미경 검사법을 사용하는 GaN nanowires에 있는 화상 진찰 소수 운반체 유포", Physica B, 404, 4933 2009년.
7. P.C. Upadhya, Q.M. Li, G.T. 왕, A.J. Fischer, A.J. 테일러, R.P. Prasankumar, "GaN nanowires", 반도체 과학 및 기술, 25 2010년에 있는 비평형 운반대 역동성에 결점 국가의 영향.
8. A. 암스트롱, Q. Li, Y. 린, A.A. Talin, G.T. 왕 관찰되는, "깊은 수평 광학적인 분광학을 사용하는" GaN nanowire 표면 상태, Appl. Phys. Lett., 96 2010년.
9. I. Arslan, A.A. Talin, G.T. 왕, "코어 쉘 Nanowires에 있는 지상 결점의 3차원 구상", 물리 화학 C, 112, 11093 2008년의 전표.
10. Y. 린, Q. Li, A. 암스트롱, G.T. 왕, "텅스텐과 텅스텐/갈륨 nanoprobes를 사용하는 GaN nanowire nanodiodes의 제자리 스캐닝 전자 현미경 전기 특성", 고체 Commun. (미국), 149, 1608 2009년.
11. T. Westover, R. 죤스, J.Y. Huang, G. 왕, E. Lai, A.A. Talin, "줄 격렬한 GaN Nanowires에 있는 Photoluminescence, 열 수송 및 고장", Nano Lett., 9, 257 2009년.
12. Q. Li, Y. 린, J.R. Creighton, J.J. Figiel, G.T. 왕, "r 비행기 사파이어에 낮 탈구 조밀도 비극성 비행기 GaN의 Nanowire-templated 옆 켜쌓기 자람", 전진. Mater., 21, 2416 2009년.

, 저작권 AZoNano.com 조지 T. 왕 (Sandia 국립 연구소) 박사

Date Added: Aug 11, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:23

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