Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

 


Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кремниевом монокристалле, отвечающие ключевому критерию - экономической эффективности. Ученые использовали алюминий как катализатор роста нанопроволок. До сих пор ученые применяли для этих целей золото. Однако даже следы присутствия этого драгоценного металла пагубно сказываются на качестве работы полупроводниковых компонентов. Этого нельзя сказать о других металлах-катализаторах, однако, они требуют таких высоких температур, что процесс становится экономически не выгодным. Алюминий же является эффективным катализатором даже при относительно невысокой температуре и не ухудшает качество работы электронных компонентов. (Nature Nanotechnology, online: November 26, 2006).

Кремниевые нанопроволоки, выращенные с применением алюминия в качестве катализатора. (a) Схематичное изобра кремниевой нанопроволоки. (b) Окрашенное изображение кремниевой нанопроволоки (40 нм в диаметре), полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.

В поисках способа производства более эффективных и мощных микрочипов индустрия полупроводников постоянно идет вперед по пути миниатюризации схем. На сегодняшний день транзисторы располагаются на поверхности подложки. Вертикальные кремниевые нанопроволоки можно разместить на значительно меньшей площади.

Исследователям из Института Физики микроструктур Макса Планка впервые удалось вырастить кремниевые нанопроволоки на частицах алюминия. Эти нанопроволоки пригодны для применения при производстве микросхем, в отличие от нанопроволок, выращенных на золоте, которое до настоящего времени использовали в качестве катализатора. Золото значительно ухудшает качество работы полупроводниковых компонентов, его нельзя даже близко подносить к производственному оборудованию.

Алюминий не ухудшает свойства микрочипов и уже применяется в полупроводниковой промышленности. Более того, он вызывает рост кремниевых нанопроволок исключительного качества при относительно низкой температуре (450 °C), а значит, производственные затраты тоже не будут высокими. «Новый процесс выполняет самое главное требование к производству кремниевых нанопроволок в промышленном масштабе», - считает один из участников работы, д.н. Стефан Зенц (Dr. Stephan Senz).

Чтобы измельчить алюминий до нужных для выращивания нанопроволок размеров ученые нагревают тонкую пленку на кремниевой подложке. Пленка распадается на мельчайшие частицы. Затем ученые используют обычную процедуру: направляют силан на поверхность, где он превращается в элементарный кремний на частице катализатора. Кремний растворяется на частице алюминия. И когда частица больше не может поглощать кремний, он снова кристаллизуется на обратной ее стороне. В результате образуется отдельная кремниевая нанопроволока, диаметром около 40 нм, с частицей катализатора на конце.

Данное исследование полупроводниковых нанопроволок перспективно и преодолевает разрыв между фундаментальными исследованиями и техническим применением. «Помимо возможности использования в полупроводниковой индустрии, нанопроволоки представляют собой интересный материал для фундаментальных исследований, поскольку об их свойствах и механизме роста известно пока немного, - поясняет Зенц, - Если бы они были чуть меньше в размере, мы могли бы наблюдать квантовые эффекты»


Источник: Федеральный информационно-аналитический центр "Нанотехнологии и наноматериалы"