Verdens første store (wafer) -skala produktion af III-V halvleder nanotråd

Forskere fra Ulsan National Institute of Science and Technology, Sydkorea, og University of Illinois udviklede de storstilet heteroepitaxial vækst III-V nanotråde på en Si wafer.

Forskergruppen demonstrerede en ny metode til epitaksial syntetisering af strukturelt og kompositionsmæssigt homogen og rumligt ensartet ternær InAsyP1-y nanotråd på Si i wafer-skala ved hjælp af metal-organisk kemisk dampaflejring (MOCVD). Den høje kvalitet af nanotrådene afspejles i den bemærkelsesværdigt snævre PL- og røntgen-topbredde og ekstremt lave idealitetsfaktor i InAsyP1-y nanotråd/Si-dioden.

En nanotråd er en nanostruktur med en diameter på i størrelsesordenen et nanometer (10-9 meter). Alternativt kan nanotråde kan defineres som strukturer, der har en tykkelse eller diameter begrænset til snesevis af nanometer eller mindre og en ubegrænset længde. Teknologi relateret til nanotråde er blevet valgt som en af ​​de 10 gennembrudsteknologier i 2004 af MIT Technology Review.

Halvledere med højt formatforhold har ført til betydelige gennembrud inden for konventionel elektrisk, optisk, og energiindsamlingsudstyr. Blandt sådanne strukturer er III-V halvleder nanotråde tilbyder unikke egenskaber som følge af deres høje elektronmobilitet og absorptionskoefficienter, samt deres direkte båndgap.

En almindelig teknik til at oprette en nanotråd er Vapor-Liquid-Solid (VLS) syntese. Denne proces kan producere krystallinske nanotråde af nogle halvledermaterialer. Imidlertid, metalkatalysatorer, normalt dyre ædelmetaller, skal bruges til at starte VLS -mekanismen. Ud over, disse metalkatalysatorer vides at forringe kvaliteten af ​​halvleder -nanotråde betydeligt ved at skabe dybe niveauer, begrænser dermed praktiske anvendelser af nanotråde til opto-elektroniske enheder.

I dette arbejde, imidlertid, Prof. Chois gruppe udviklede en ny teknik til dyrkning af III-V halvleder nanotråde uden metalkatalysatorer eller nano-mønstre. Metal-organisk kemisk dampaflejring (MOCVD, AIXTRON A200) blev brugt til vækst af InAsyP1-y. 2 tommer Si (111) wafer blev renset med bufferoxid -ætsning i 1 minut og deioniseret (DI) vand i 2 sekunder. Derefter, waferen blev straks dyppet i poly-L-lysinopløsning (Sigma-Aldrich inc.) i 3 minutter og derefter skyllet i DI-vand i 10 sekunder. Si -substratet blev derefter fyldt i MOCVD -reaktoren uden forsinkelse. Reaktortrykket blev sænket til 50 mbar med 15 liter/min. Hydrogengasstrøm. Derefter blev reaktoren opvarmet til væksttemperaturer (570 - 630 ℃), og stabiliserede i 10 minutter.

Kyoung Jin Choi, Lektor ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Korea, og Xiuling Li, Professor ved University of Illinois, USA ledede forskningen, og denne beskrivelse af den nye forskning blev offentliggjort på nettet den 7. maj i ACS Nano . (Titel:Wafer-Scale Production of Uniform InAsyP1-y Nanowire Array on Silicon for Heterogenous Integration).

"Hvis vi udvikler ny teknologi, der styrer tætheden af ​​nanotråd og båndgap energi med yderligere undersøgelse, det er også muligt at producere højeffektive og billige store solceller, "sagde prof. Choi." Denne teknologi vil give os en chance for at lede forskningen om den nye vedvarende energi. "