Технологии модификации поверхности и формирования упорядоченных наноструктур на кремнии посредством самоорганизации

Название разработки

Технологии модификации поверхности и формирования упорядоченных наноструктур на кремнии посредством самоорганизации.

Назначение

С помощью разработанных технологий могут быть получены массивы металлических нанопроволок как с буферным слоем, так и без него, а также могут быть созданы упорядоченные ступенчатые поверхности Si(111), покрытые слоем силицида меди Cu₂Si.

Описание, характеристики

В настоящие время существуют множество способов модификации рельефа поверхности полупроводниковых кристаллов с помощью специально созданных технологических условий в сверхвысоком вакууме. Например, можно модифицировать рельеф с помощью отжига, ионной имплантацией, осаждением сурфактантов на поверхность, импульсами лазерного излучения и т.д.

В отличие от имеющихся способов модификации поверхности, с помощью разработанного способа могут быть созданы упорядоченные поверхности Si(111), состоящие из ступеней высотой 12±2 нм с ровными боковыми гранями, и террас шириной 150±50 нм.

С помощью разработанных технологий могут быть созданы массивы эпитаксиальных металлических нанопроволок, используя упорядоченные ступенчатые поверхности Si(111) в качестве шаблонов. В отличие от известных аналогов, планарные массивы нанопроволок получают без использования литографии. Использование буферных слоев позволяет улучшить совершенство кристаллической структуры проволок и создать массивы ровных нанопроволок со монокристаллической структурой.

Разработаны три способа, которые относятся к области нанотехнологий.

По первой технологии «Способ формирования упорядоченных структур на поверхности полупроводниковых подложек» может быть создана поверхность Si(111)7x7, покрытая слоем силицида меди Cu₂Si и состоящая из ступеней высотой 12±2 нм с ровными боковыми гранями, а также террас шириной 150±50 нм, ориентированных вдоль направления типа <110>Si.

По второй технологии «Способ формирования массива нанопроволок на ступенчатой поверхности Cu₂Si» с помощью осаждения металла под наклоном к плоскости подложки в условиях сверхвысокого вакуума могут быть сформированы массивы металлических ровных нанопроволок. Показано, что осаждение кобальта под углом наклона 10^о приводит к формированию монокристаллических нанопроволок шириной 35±2 нм, а под углом наклона 20^о формируются монокристаллические нанопроволоки шириной 45±2 нм. Структура ГПУ монокристаллических нанопроволок блочная с малыми упругими напряжениями.

С помощью третьей технологии «Способ формирования массива нанопроволок на ступенчатой поверхности с буферным слоем» могут быть созданы массивы ровных металлических эпитаксиальных нанопроволок со совершенной кристаллической структурой. На примере кобальта показано, что при осаждении Со на буферный слой меди под углом 5⁰ формируются шероховатые извилистые эпитаксиальные нанопроволоки шириной 10±2 нм, а под углами наклона 10⁰, 20⁰, 30⁰ формируются массивы ровных эпитаксиальных нанопроволок шириной 35±2 нм, 45±2 нм, 65±2 нм. Проволоки имеют ГПУ структуру с совершенным кристаллическим качеством.

Преимущества перед известными аналогами

Разработанные технологии позволяют в единой технологическом цикле получить упорядоченный рельеф на поверхности Si(111), состоящий из ступеней, а также массивы металлических нанопроволок.

Область(и) применения

Предлагаемые технологии являются перспективными для создания элементной базы микро- и наноэлектроники. Осаждая материалы на упорядоченныe поверхности Si(111) можно создать новые типы датчиков, например, датчики, чувствительные к адсорбции газов или бактерий, а также перспективные материалы с наведенной магнитной анизотропией для нужд магнитоэлектроники.

Способы формирования массива металлических нанопроволок на поверхности Cu2Si позволят создать твердотельные электронные приборы и их компоненты, например, шины данных для передачи электрического сигнала в наноэлектронике или спин поляризованных фильтров в устройствах спинтроники.

Правовая защита

- патент на изобретение «Способ формирования упорядоченных структур на поверхности полупроводниковых подложек» № 2593633 от 24.07.2016 г.;

- патент на изобретение «Способ формирования массива ферромагнитных нанопроволок на ступенчатой поверхности полупроводниковых подложек с буферным слоем меди» № 2624836 от 07.07.2017 г.;

- заявка на изобретение «Способ формирования массива нанопроволок на ступенчатой поверхности силицида меди» № 2016133226 от 11.08.2016 г.

Стадия готовности к практическому использованию

Стадия НИОКР; проведены лабораторные испытания.

Авторы

Огнев А.В., Ермаков К.С., Самардак А.С., Чеботкевич Л.А.