Актуальные вопросы нанотехнологическихисследований
Ташполотов Ы.
Одной из важных и актуальных проблем физики твердоготела, физико-химической механики дисперсных систем и синергетики являетсяизучение процессов структурообразования (формирования) новой фазы и разрушениясвязи между частицами, элементами (блоками, структурными слоями, микрообластямии др.) однородных и разнородных систем. Несмотря на важность изучения процессовобразования систем ряд фундаментальных вопросов этих проблем остается до сихпор нерешенным. Пока нет строгого ответа на такие принципиальные вопросы, какмеханизм структурообразования новой фазы, рост пленок и кристаллов, коагуляционнаяагрегация наночастиц в процессе структурообразования.
Это объясняется, с одной стороны,многостадийностью и многофакторностью рассматриваемых явлений, а с другой –тем, что при изучении этих явлений акцентируется определенный аспект проблемы всоответствии с конкретными целями и не ставится при этом задача установления общихзакономерностей образования нано- и микроскопических систем. Отсюдасуществование различных гипотез, концепций и теорий, позволяющих объяснить тотили иной аспект проблемы.
Изучение закономерностипроцессов структурообразования позволяет создать теоретические основы полученияразличных наноструктурных материалов с заданными свойствами. Функциональныесвойства наноструктурных материалов, в свою очередь, зависят от ихдисперсности, природы поверхности, межфазных взаимодействий, условийструктурообразования и др.
При образовании наночастиц с размерами от 1 нм до 1мкм и более обнаруживаются все особенности поверхностных состояний, так как вданном случае теряется понятие объема, т.е. положения атомов вблизи поверхностиотличаются от положений в объеме коисталла и поэтому наносистемы далеки отравновесия из-за наличия развитой поверхности. В связи с этим нанодисперсные идисперсные состояния являются особыми формами неравновесного состояния. Этисвойства обусловливает бифуркационную природу размерного эффекта.
При этом размер наночастиц становится параметромпорядка в дисперсионной системе при переходе через точку бифуркации. Процессобразования нанодисперсной конденсированной системы носит самоорганизующийсяхарактер, контролируемый условием минимума производства энтропии при переходечерез критическую точку. Наблюдаемое многообразие частиц и структурнаянеоднородность наносостояния означают, что законы строения наночастиц иные –они не соответствуют законам, используемым в классической физике. С уменьшениемразмеров падает и характерное время протекания разнообразных процессов внаносистеме, т.е. возрастает ее потенциальное быстродействие. Таким образомисследования нанометрических объектов позволяет открыть новый уровеньорганизации материи, находящийся между макроскопическим и микроскопическимуровнями, т.е. между макроуровнем и микро-атомарным уровнем находится обширныйуровень структуры материи – наномир. Именно в наномире могут быть созданынеизвестные ранее продукты и технологии, способные радикально изменить жизньвсего человеческого общества.
Одним из примеров проявления размерного эффектаявляются данные [1] о понижении температуры плавления Tn при изменении размеров кристаллитовнекоторых металлов (калий, серебро и платина). Эти данные показывают, что приизменении размеров наночастиц металлов от 10 до 2 нм температура плавленияснижается для платины в 2,4 раза, серебра – в 2,6 раза, а для калия – в 3,8раза. Аналогичных данных можно привести сколько угодно из различных областейнауки.
Для решения этих проблемнеобходимо установить общие механизмы процессов образования структуры различныхсистем и интерпретировать исследуемые, совершенно разные с первого взгляда явления,с единой точки зрения. Общность заключается в том, что и физическим, имеханическим и химическим и другим неравновесным процессам свойственнынеравновесные фазовые переходы, отвечающие особым точкам, т. е. точкам бифуркации,по достижении которых спонтанно изменяются свойства среды, обусловленные самоорганизациейнаноструктур [2,3].
Движущей силойсамоорганизации наноструктур является стремление открытых систем принестационарных процессах к снижению производства энтропии.
Известно, что способностьк самоорганизации является общим свойством открытых систем, т.е. систем, вкоторых возможен обмен энергией с окружающей средой. А взаимодействиенаночастиц конденсированной системы, приводящее к образованию структуры фаз,определяется, в свою очередь, поверхностными силами.
Важнейшим прикладнымзначением наносостояния является возможность конвергенции неорганического,органического и биологического мира и создание невиданных ранее в природе новыхвеществ.
1. Особенности распределения наночастиц по размерам принеобратимых процессах
Для исследования особенности образования наночастиц иих полимодального характера распределения по размерам были поставлены следующиеэксперименты:
1.Частицы окиси магния получали сжиганием фольгимагния в пламени спиртовой горелки в воздушной фазе. В дымовое облако помещалсяпатрон электронного микроскопа с волокнами перхлорвинила на объектной сетке(живое сечение 0,7 мм2).
Отобранные на волокнах, таким образом, агрегаты MgO были предметом дальнейшего электронно-микроскопическогоисследования (рис. 1).
Из рис.1 видно, что в результате сжигания фольгимагния в воздушной среде образуется сложная наноструктура. Радиус частиц окисимагния в фрактальной структуре меняется от 2 до 11 нм. При этом этот радиуспочти не зависит от режима горения.
2. Одним из самых локализованныхпространственно-эффективных и высокоэнергетических методов воздействия наповерхности тел является действие импульсного лазерного луча. В этом случаемощность лазерного излучения будет достаточной для превращения в пар и расплавлюбой тугоплавкой мишени. При этом можно предположить, что в течение короткоговремени на поверхности мишени температура достигает нескольких тысяч градусов,при которых начинается испарение металла. В результате на поверхности мишениобразуется цилиндрический канал с расплавом. Расплавления металла в объеме«лунки» происходит за счет тепла, развиваемого на очень тонком тепловом канале вдольлинии падения лазерного пучка. Диаметр теплового канала, в котором происходитрасплавления металла, составляет порядка 1–10 мкм. После прекращения подачилазерного пучка давление внутри пузыря, образующееся в канале, резко падает,что приводит к выбросу расплавленного металла из теплового канала./> />
Рис.1Электронно-микроскопический снимок наночастицы окиси магния, полученный присжигании фольги магния в пламени спиртовой горелки
Получающиеся при нагреве расплавы и пары металлов,покидая тепловой канал, быстро конденсируется и происходит формирование частицразличных дисперсностей, которые, взаимодействуя между собой, образуюткластерные агрегаты. По-видимому, переход кластерных частиц в устойчивоесостояние возможно только путем их агрегации и образования фрактальныхструктур.
Для получения таких наноструктур нами поставленследующий эксперимент:
Частицы трехокиси вольфрама получали в результатеоблучения поверхности мишени – пластинки из вольфрама – импульсом лазерногоизлучения. На рис.2 представлены электронно-микроскопические фотографииструктур наночастиц трехокиси вольфрама. Аналогичные структуры образуются прииспользовании разных металлических поверхностей и в разных буферных газах.Процесс образования таких структурных систем протекает в определенном режимеоблучения поверхности, когда удельная мощность излучения составляет 106 –107 Вт/см2. В этом режиме отсутствует лазерный пробой иразбрызгивание поверхности, переведенной в жидкую фазу. Этот режимсоответствует испарению слабоионизованного пара с поверхности. Температураповерхности составляет несколько тысяч градусов, а давление испаренного парадостигает сотни атмосфер.
При распространении в буферный газ пучок испаренныхатомов мишени расширяется и охлаждается. В результате конденсации образуютсяжидкие капли, которые за счет коагуляции объединяются друг с другом и нейтрализуются.Далее капли превращаются в твердые наночастицы и их объединение приводит кобразованию наноструктуру (рис. 2).
Математическая обработка электронно-микроскопическихснимков проводилась двумя методами:
1) нахождение линейных размеров нанокластеров. Измеряласьдлина «прямолинейных» участков цепочек наночастиц и находилось их среднее арифметическоезначение;/> />
Рис.2. Наночастицы трехокисивольфрама, полученный при лазерном испарении вольфрама
2) метод цифрового изображения агрегатов наночастиц.
Суть метода состоит в том, что на фотографию наноагрегатанакладывается прозрачная бумага с концентрическими окружностями. Подсчитываетсяколичество частиц агрегат, попадающих между двумя последовательнымиокружностями. Строится график зависимости количества наночастиц /> от радиусов окружающей />.
Анализ и математическая обработка данных экспериментапозволили сделать следующие выводы:
а) длины агрегатов наночастиц изменяются дискретнымобразом:
окись магния – 0,21; 0,98; 2,21; 4,05 мкм;
трехокись вольфрама – 0,15; 0,29; 0,70; 1,35; 2,90;5,4 мкм;
б) среднее значение отношения последовательнорасположенных преимущественных длин агрегатов наночастиц составляет:
для окиси магния – />;
для трехокиси вольфрама – />;
в) установлено, что как только длина агрегатананочастиц принимает одно из преимущественных размеров, наблюдается изменениенаправления цепочки частиц или разветвление агрегата наночастиц. При этом,меняя свое направление, цепочка стремитсяк форме замкнутой кривой. Естественно,размеры пор в «паутине» агрегатов принимают также дискретные значения;
г) фрактальный размер агрегата из наночастиц (величина,характеризующая его рыхлость) Dнайденный по методу цифрового изображения (тангенс угла наклона кривойзависимости />), оказался равным />, что характерно дляаэрозолей коагуляционного происхождения.
Анализ полученных снимков показывает, чтонизкотемпературная и высокотемпературная способы получения фрактальных наночастицв целом дают идентичные структуры. Это говорит о том, что характер образованияфрактальных наноструктур является универсальным, поэтому можно предположить,что образование таких структур возможно и в природе и в различнойнизкотемпературной среде.
2. Электроактивационные нанотехнологии
Известно, чтопод действием внешних факторов (γ-излучение, электрическое поле и др.) нафизической стадии процесса за время 10–16…10–11 спроисходит ионизация молекулы воды. Энергия ионизации около 14 эВ. За время 10–13…10–9с, на физической стадии, происходят диссоциация молекулы или иона, внутренниепревращения в молекуле или ионе, ионно-молекулярные реакции и перенос заряда.После этих двух стадий образуются свободно радикальные продукты e–,H+, OH–. Далее на химической стадии за время 10–10…10–7с происходят реакции между радикалами и реакции радикалов с раствореннымивеществами. В конце процесса радиолиза из воды образуется комплекс химическихэлементов и частиц
H2O → e–, H, OH, H2,H2O2, H+, OH–,
В малыхколичествах образуется также атомарный кислород. Известно также, что в водевсегда содержится молекулярный кислород в количестве 2…5 %. В конечном итоге вводе образуется среда с высоким содержанием e, H2, H+(протон), 16O.
Особенностьпроцесса радиолиза состоит в изменении структуры жидкости и образовании ионныхкластеров [4]. Гидратированный электрон является ионным кластером типа XnXm, где n – число молекул в кластере, m – число молекул в ближайших слоях. Для e–,n = 2, 3, 4, 6, 8, а m может достигатьдостаточно больших значений. Образование кластеров означает, что в водеобразуются симметричные структуры, содержащие 2, 3, 4 (тетраэдр), 6 (октаэдр),8 (куб) близко расположенных молекул воды.
В технологииочистки сточных вод также нашел большое применение электроактивационный метод сиспользованием электроактиватора. Они предназначены для электроактивационнойочистки производственных сточных и других вод от тяжелых металлов, солейдвухвалентного железа, нитритов, сульфитов, сульфидов.
Экспериментыпо очистке воды нанотехнологией с использованием электроактивационного метода ипоследующий анализ качества очищенной воды показывают, что бактерицидноедействие электрического поля в воде проявляется отчётливо уже при энергии 1,63эВ, то есть при энергии 2,61 10-19 Дж. При более высоких энергияхэлектрического поля бактерицидное действие проявляется во всём генерируемомдиапазоне электрической энергии. Электрическое поле эффективно разрушает всехбактерий, вирусов и других видов микроорганизмов, присутствующих в природных источных водах. Для достижения необходимого обеззараживания воды электрическимполем требуется несколько секунды, тогда как при обработке хлором и озономтратится от 15 до 30 минут. Эффект обеззараживания воды достигается при малыхэнергиях электрического поля, но кроме обеззараживания важно добитьсяэлектронно-химической трансформации многих загрязняющих веществ. Принципэлектроактивационной очистки воды от загрязняющих её примесей состоит в том,что под действием электронов, обладающих достаточной энергией, происходит радиолизводы по схеме:
H2O + быстрые электроны = H2O+ + e — ,
H2O+ + H2O = H3O+ + “.OH” ,
где “.OH” — гидроксильный радикал, который является сильнейшим окислителем. Далее:
e — +( H2O)n = e- ,
где e- — электрон в сольватной оболочке, который с высокой эффективностьювосстанавливает окислы. При прохождении электрического тока через очищаемуюводу основным очищающим эффектом является результат воздействия активныхагентов, т.е. гидроксильного радикала и электрона в сольватной оболочке, напримеси. В воде, например, могут протекать реакции восстановления и окисления:
Fe3 + e- = Fe2+ ,
Cu2+ + e- = Cu+ ,
“.OH” + 2Cl = 2OH- + Cl2 .
В результатевосстановленные металлы выпадают в осадок, а газообразные соединенияулетучиваются из воды. Те активные химические реагенты, которые образуются вводе при радиолизе, воздействуют на микроорганизмы и бактерии, уничтожают их,т.е. происходит стерилизация очищаемой воды. Установлено, что при этом необразуются новые токсичные вещества.
Основнойэлемент электроактиватора — набор плоскопараллельных железных пластин (анодов икатодов). В зависимости от объёма очищаемой воды, может быть один или несколькоблоков электроактиваторов. Удельные затраты электроэнергии могут быть сниженыза счёт оптимизации размеров электродов и расстояния между ними, а такжеплотности тока в зависимости от степени загрязнения раствора.
В основеметода лежит процесс анодного растворения металлов под действием проходящегочерез жидкость электрического тока. Перешедшие в воду катионы металла (алюминия,железа и др.) гидролизуются с образованием гидроксидов металлов и служатактивными коагулянтами для коллоидно-дисперсных примесей. В результатевзаимодействия частиц примесей с частицами электрогенерированного коагулянтаобразуются агрегаты частиц, которые в зависимости от плотности тока выпадают восадок или всплывают на поверхность жидкости в виде пены.
Приэлектроактивации водных растворов большую роль играет материал анода. Мыразработали и изготовили электроактиваторы с железными и алюминиевыми анодами.Эксперименты показали более высокую эффективность железных электродов. Послеэлектроактивационной очистки воды образуются осадки, состоящие из гидроксидовметаллов преимущественно железа.
Перед намистоит задача разработки технологии формирования анодов для их использования вэлектроактивационных устройствах и выявления влияния различных примесей,добавок на электрические свойства активной массы.
Такимобразом, электроактивационная очистка сточных и других вод дает возможность нетолько снизить количество примесей, но и утилизировать продукты очистки впромышленности. Тем самым достигается экологический и социальный эффект.Предлагаемая нанотехнология с использованием электроактивационного методаявляется новым подходом в технологии селективного получения нанопорошков.
Из продуктовраспада возможен также процесс синтеза веществ.
Синтез можетначинаться с протона, электрона и водорода, которые возникают в результатерадиолиза воды. При большом количестве протонов и электронов может идти реакцияобразования нейтронов:
p + e– → n + ν.
Образованиедейтерия может происходить из водорода по реакции
1H+ 1H → 2H + e+ + ν + 0,42 МэВ,
либо изпротонов и нейтронов по реакции
p + n → 2H + γ.
Далеевозможны реакции:
2H + 2H → 3He + n;
2H + 2H → 3H + p;
3He + n → 3H + p.
Дейтерий итритий могут образовывать воду. Неустойчивый изотоп 3H имеет большойпериод полураспада (12 лет), поэтому в дальнейших быстротекущих реакциях егоможно считать устойчивым
3H + p → 4He + γ;
3H + 2H → 4He + n.
После этихреакций возможен и другой путь образования гелия:
2H + 1H → 3He + 5,49 МэВ;
3He + 3He → 4He + 21H +12,86 МэВ.
Далее изгелия может образовываться литий:
3He + 4He → 7Be + 1,58 МэВ;
7 Be + e– → 7Li + ν + 0,06 МэВ.
Все этиреакции идут с выделением энергии.
3. Выращиванияполупроводниковых наногетероструктур жидкофазной эпитаксией с использованиемтепловой эффузии
В настоящее времясоздания полупроводниковых структур на основе нанотехнологии являетсяактуальной задачей. Последние достижения физики квантоворазмерных системоткрыли возможности для конструирования наноструктур, находящих применение вмикро-, опто- и наноэлектронике, средствах связи, информационных технологиях,измерительной технике и многих других практических приложениях.
Характерные линейные размерыфункциональных элементов современной микроэлектроники обычно составляют единицыили десятки микрометров. Исследования и практического использования структур сразмерами менее 100 нм показали, что поведение таких наноструктур качественноотличается от поведения тел с большими размерами. Снижение линейных размеровэлементов схем до нескольких единиц или десятков нанометров приводит к тому,что технология соответствующих полупроводниковых структур фактически становитсяискусством.
В настоящее время имеетсядостаточно развитая технология, основанная на эпитаксиальном ростеполупроводниковых соединений на монокристаллических подложках и позволяющаяполучать многочисленные полупроводниковые наногетерокомпозиции, так называемыенаногетероструктуры (НГС). Эпитаксиальный рост на ориентированнойатомно-гладкой поверхности монокристалла предполагает послойное наращиваниеполупроводникового соединения, как совпадающего с материалом подложки, так и,что наиболее важно, существенно отличающегося своими свойствами.
Имеется чрезвычайно многовариантов (гетеропар), с помощью которых можно создать НГС. Однако, чтобы такаяНГС нашла применение в микроэлектронике, она должна удовлетворять несколькимвесьма жестким требованиям, из которых, пожалуй, главным является требованиевысокой степени совершенства наногетерограницы (поверхности раздела между двумяоднородными составляющими НГС). При выполнении этого условия плоские(планарные) НГС, полученные чередованием слоев нанометровой толщины изполупроводниковых соединений разного химического состава, могут рассматриватьсякак новые, не существующие в природе полупроводники с весьма необычнымисвойствами. Планарные НГС являются основой для создания еще более экзотическихобъектов, имеющих нанометровые размеры не в одном, а в двух или даже трехизмерениях. Когда характерные размеры системы оказываются сравнимыми смасштабом когерентности электронной волновой функции, проявляется квантовыйразмерный эффект: свойства системы становятся зависимыми от ее формы иразмеров. Способность современной полупроводниковой технологии производитьструктуры, в которых реализуется квантовый размерный эффект, делает реальнымисследование поведения подобных систем пониженной размерности (с почтидвумерным, одномерным и даже нульмерным характером электронных состояний) иоткрывает широкие перспективы их использования в электронике и оптоэлектронике.
Cоздание, исследование и применениеструктур с линейными размерами меньше чем ~100 нм теперь рассматриваются какособое направление в физике, технологии и электронной технике – наноэлектроника[6].
Способ жидкофазнойэпитаксии (ЖФЭ) с использованием явление тепловой эффузии предназначен длявыращивания эпитаксиальных наногетероструктур полупроводниковых соединений итвердых растворов на их основе. Таким образом, ЖФЭ с использованием тепловойэффузии представляет собой усовершенствование обычного способа жидкофазной эпитаксии. Новый этап в развитии исовершенствовании ЖФЭ начался в 70-егоды и связан с созданием и промышленным производством соответствующего оборудования.
Атомные или молекулярные потокисоздаются в эффузионных (эффузия — медленное истечение газов через малыеотверстия, исследованное в 1911 году датским физиком М. Кнудсеном) ячейках придостаточно высокой температуре и направляются к нагретой до необходимойтемпературы монокристаллической подложке[7,8]. ЖФЭ с использованием тепловойэффузии обеспечивает эпитаксиальный рост тонких пленок полупроводниковыхсоединений за счет реакций между компонентами атомных или молекулярных пучков споверхностью подложки. Скорость осаждения вещества на подложку по порядкувеличины обычно составляет один моноатомный слой в секунду. Получениекачественных структур возможно при использовании высокочистых источников испаряемых компонентов и при условии точногоконтроля температур подложки и источников, что может быть реализовано лишь прикомпьютерном управлении параметрами процесса роста.
Принципиальные элементынашей установки для выращивания полупроводниковых наногетероструктур способом ЖФЭ с использованием тепловой эффузии,размещаемые в двухзонном реакторе, определяет ее основные особенности:
· зона генерациимолекулярных (атомарных) потоков эффузионными ячейками Кнудсена;
· зонакристаллизации на подложке (зона роста).
Зону роста можно условноразделить на три части, первая из которых представляет собой кристаллическуюподложку или очередной выросший моноатомный слой, вторая — парогазовую смесь компонентов НГС вприповерхностной области, а третья является переходным слоем, геометриякоторого и протекающие в нем процессы сильно зависят от выбора условий роста.Следовательно, если необходимо вырастить НГС способом ЖФЭ с использованиемтепловой эффузии, нужноиметь возможность надлежащим образом регулировать структуру и составпереходного слоя.
Для выращиваниякристаллографически совершенных структур следует так подбирать режим роста,чтобы переходной слой был максимально тонким, то есть моноатомным. Это условиеможет быть выполнено, если поток атомов, падающих на подложку, близок к потокуатомов, испаряющихся с подложки. Поэтому практическая реализация эффектатепловой эффузии вполне возможна, если изготовить отверстия, щели и зазоры схарактеристическим размером 100…50 нм. В этом режиме рост структурыосуществляется путем образования и дальнейшего роста двумерных зародышей наатомарно-плоской поверхности[7,8].
Эпитаксиальный рост по способу ЖФЭ с использованием тепловойэффузии включает в себя следующие процессы:
1) адсорбция (прилипание)падающих на подложку атомов или молекул, составляющих выращиваемое соединение;
2) миграция(поверхностная диффузия) адсорбированных атомов по поверхности подложки (можетпредваряться диссоциацией молекул выращиваемого соединения);
3) встраивание атомов,составляющих НГС, в кристаллическую решетку подложки или растущий моноатомныйслой;
4) образование идальнейший рост двумерных зародышей кристалла на подложке или на поверхностирастущего слоя;
5) взаимная диффузияатомов, встроившихся в кристаллическую решетку.
6) происходитсвоеобразная самоорганизация растущей структуры.
Наиболее распространеннойкристаллической решеткой для соединений АIIBVII является так называемая структурацинковой обманки ZnS. Если поверхность подложки параллельна одной из гранейэлементарного куба с индексами Миллера (001), то эпитаксиальный ростосуществляется последовательным наращиванием анионных и катионных слоев.Поскольку химические связи в разных полупроводниковых соединениях различны, торазличны и энергии активации поверхностной диффузии катионов, входящих в составэтих соединений. Поэтому качество гетерограниц может быть существенно разным взависимости от того, какое из соединений при выбранном температурном режимерастет первым. Чтобы получить более гладкие и совершенные наногетерограницы,используется методика прерывания роста или методика осаждения пульсирующимпучком. Сглаживание поверхности в течение времени прерывания роста (самопрерывание осуществляется механическим перекрытием на некоторый промежутоквремени заслонок эффузионных ячеек) обусловлено поверхностной миграцией илисублимацией атомов, адсорбированных на поверхность выращенного монослоя.
Температура подложкиопределяет соотношение между потоками адсорбции или десорбции атомов, входящихв состав растущей структуры. Это соотношение может быть охарактеризованокоэффициентом прилипания атома данного сорта к поверхности, на которойпроисходит эпитаксиальный рост.
Существенное увеличениетемпературы подложки нежелательно по двум причинам: во-первых, оно можетпривести к уменьшению коэффициентов прилипания, во-вторых, к активизациивзаимной диффузии, то есть диффузии атомов между слоями. Поскольку НГСпредставляют собой на атомном масштабе резко неоднородные по химическомусоставу структуры, то с течением времени за счет процессов взаимной диффузииэти структуры должны переходить в термодинамически равновесное состояние соднородным распределением концентраций всех компонентов.
Однако, гетерограницы вреальных НГС не являются идеально плоскими. Даже в наиболее качественныхструктурах, выращенных по способу ЖФЭ с использованием тепловой эффузии, из-за неизбежных флуктуацийпотоков напыляемых веществ в отдельных местах границы процесс роста может идтис некоторым запаздыванием или, наоборот, опережением. Возникает характернаяостровковая структура границы, представляющей совокупность плоских участков, выступающихдруг относительно друга на одно-два межатомных расстояния. Сами плоские участкиграницы также не являются идеальными: процессы взаимной диффузии притемпературе роста протекают крайне медленно, тем не менее они могут приводить клокальным (атомного масштаба) изменениям концентраций компонентов НГС.
Структура гетерограницявляется важным фактором, определяющим поведение носителей тока (электронов идырок) в НГС. В частности, неровности (шероховатости) границ могут оказыватьзаметное влияние на подвижность носителей. Поэтому, для того чтобы получить НГСс тонкими проводящими слоями и достаточно высокой подвижностью, необходимовыращивать такие структуры, в которых крупномасштабные неоднородности границпревышают длину свободного пробега носителя (определяется главным образомтемпературой).
Способ ЖФЭ с использованием тепловойэффузии является более простой и достаточно дешевой современной технологиейполучения полупроводниковых гетерокомпозиций и может использоваться длясоздания высококачественных структур как для физических исследований, так и дляприборных применений.
ЖФЭ с использованиемтепловой эффузии обладают многими преимуществами, из которых важнейшимиявляются следующие:
1) возможность получениявысококачественных монокристаллических структур при использовании высокочистыхисточников испаряемых веществ;
2) возможностьвыращивания НГС Hg1-хСdxTe/Сd Te со сверхтонкими слоями и резким изменением химическогосостава на гетерограницах за счет относительно низкой температуры ростапрактически при отсутствии взаимной диффузии;
3) возможностьселективного легирования и создания структур со сложным профилем химическогосостава на основе эффузионного эффекта;
4) возможность контролятолщины слоев НГС Hg1-хСdxTe/СdTe и качества гетерограниц непосредственнов процессе роста путем регулирования температуры в двухзонном реакторе.
Таким образом, ЖФЭ сиспользованием тепловой эффузии позволяет получить наногетероструктуры сзаданными свойствами путем регулирования температурного режима в двухзонномреакторе.
физика механикананотехнология тело
Литература
1.Молчанов В.И., Селезнева О.Г.,Жирнов Е.Н. Активация минералов при измельчении. – М.: Недра, 1988. – 208 с
2.Пригожин И.От существующегок возникающему.–М.: Наука, 1985.–327 с.
3.Хакен Г. Синергетика. – М.: Мир,1980. – 400 с.
4. Харт Э., Анбар М. Гидратированныйэлектрон. М.: Атомиздат, 1973. -230 с.
5. Ишханов Б.С., Капитонов И.М.Ядерная физика. Происхождение элементов. М.: МГУ, 1989.- 118 с.
6. Борисенко В.Е. Наноэлектроника — основа информационных систем XXI века // Соросовский Образовательный Журнал.1997. № 5. С. 100-104.
7. Херман М. Полупроводниковыесверхрешетки. М.: Мир, 1989.-456с.
8.Вигдорович В.Н., Гогохия В.Г.,Садыков Э. Эффект температурноградиентной разности давлений и регулированиедавления насыщенного пара над разлагающимися веществами.// Теоретические основыхимической технологии, 1990, т.24, №1, с.48-53.