Управление свойствами нанопровода на стадии роста – не научная фантастика, а реальность
 Подпись к картинке: Процесс роста нанопровода: (a) - наночастица золота размещается на подложке; (b) - в результате взаимодействия с веществом, в составе которого имеется элемент III группы периодической системы, образуется жидкий или твердый сплав; (c) - смешивание элементов III и V групп происходит на границе наночастицы и подложки; (d) - рост нанопровода. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В последние годы нанопровода (структуры, имеющие длину до 100 микрон при толщине порядка 1 микрона) и их возможные приложения пользуются все большим интересом исследователей со всего мира. Наибольшие перспективы у данного направления есть в области оптоэлектроники, но на этом не ограничивается сфера возможного применения наноструктур.
Преимущество нанопроводов по сравнению с электронными компонентами макромасштаба не только в миниатюризации устройств, но и в особом характере свойств нанопроводов. Благодаря своим малым размерам они ведут себя не как трехмерные, а как одномерные структуры, за счет чего проявляются эффекты, невозможные в макро-масштабах. Таким образом, нанопровода могут использоваться не только для соединения, но и в качестве отдельных функциональных блоков, формирующих более сложные устройства.
Весьма перспективным является создание «сложных» нанопроводов из смеси элементов, расположенных в III – V группах таблицы Менделеева. Эти вещества широко применяются в макроэлектронике, но в нанотехнологиях высокая подвижность зарядов у элементов этих групп в значительной степени облегчают разработку наноустройств. В особенности это относится к соотношению 1:1 веществ из III и V группы (к примеру, алюминий, галлий или индий в смеси с азотом, фосфором, мышьяком или сурьмой). На сегодняшний день подобные соотношения используются для проектирования лазеров и ячеек для солнечных батарей. В будущем они могут интегрироваться с микроэлектронными устройствами на базе кремния или формировать более сложные осевые или радиальные гетероструктуры.
Развитие наноустройств из смесей веществ требует в первую очередь отработки методики создания нанопроводов с заданными характеристиками. В список свойств, которыми нужно научиться управлять, входят: форма, состав, чистота, кристаллическая структура и оптические характеристики.
Как показывают последние исследования ученых из Австралии, в выполнении этой задачи нет ничего невозможного. Предложенная ими методика осаждения металло-органики из газовой фазы (Metalorganic chemical-vapor deposition, MOCVD) в присутствии золотых наночастиц в качестве катализатора является масштабируемым, гибким и хорошо управляемым способом производства нанопроводов .
Суть метода заключается в следующем: наночастицы золота размещаются на подложке. Для начала роста нанопровода в экспериментальную камеру помещаются соответствующие газообразные вещества (имеющие в своем составе нужные элементы из III и V групп таблицы Менделеева). К примеру, чтобы вырастить нанопровод из арсенида галлия (GaAs), необходимы газообразные формы триметилгаллиума (TMG) и арсина (AsH3). Наночастицы золота взаимодействуют с элементами III группы, образуя жидкий или газообразный сплав (в нашем примере это Au-Ga) и «вытягивая» элемент V группы из газообразной фазы. Смешение веществ III и V групп происходит в прослойке между подложкой (или нанопроводом) и наночастицей, что стимулирует рост нанопровода в наиболее энергетически-выгодном направлении.
Метод позволяет корректировать параметры нанопровода прямо во время его формирования. Можно варьировать соотношение элементов разных групп в составе провода, температуру роста и темп «сборки». Эти характеристики отражаются на итоговом качестве. В частности, было обнаружено, что низкая температура роста улучшает результирующую кристаллическую структуру, позволяя выращивать образцы практически без дефектов. Дальнейшая работа исследовательской группы направлена на более глубокое изучение влияния изменяемых параметров на результаты роста.
Источники: