Вперше розроблена модель початкової стадії росту ниткоподібних нанокристалів

0
15

Фізик томського державного університету юрій ерв’є запропонував модель зростання ниткоподібних нанокристалів напівпровідникових сполук iii-v, яка вперше враховує утворення так званих «п’єдесталів» — усічених пірамід з напівпровідникового матеріалу. Ці п’єдестали утворюються під краплею-каталізатором на початковій стадії формування нанокристалу. Такі кристали дозволять створювати нові матеріали з унікальними властивостями для наноелектроніки і нанофотоніки. Результати юрій ерв’є опублікував у журналі journal of crystal growth (q2).

Ниткоподібні нанокристали (нановіскери, nanowires) — це квазіодномерні кристали діаметром від 10 нанометрів і довжиною кілька мікрометрів. Останні двадцять років вони представляють одну з найбільш “гарячих тем” у фізиці і матеріалознавстві. Саме нановіскери використовуються в електроніці, оптоелектроніці, фотовольтаїці, наносенсориці та інших областях.

Професор кафедри фізики напівпровідників фф тгу юрій ерв’є розповідає, що формування таких нанокристалів — це складний фізико-хімічний процес, що протікає в багатофазній багатокомпонентній системі при істотних відхиленнях від рівноваги. Модель фізика тгу дозволяє описати різні сценарії подальшого зростання “п’єдесталів” – утворення великих пологих пагорбів і зростання ниткоподібного нанокристала постійного діаметра на вершині п’єдесталу.

Незважаючи на прогрес в технології синтезу ниткоподібних нанокристалів і розумінні механізмів їх зростання, ряд важливих аспектів залишається маловивченим. Так, слабо дослідженою залишається початкова стадія росту кристалів, особливості протікання якої впливають на поверхневу щільність нанокристалів, а також на наявність небажаного розкиду нанокристалів по товщині і висоті. Саме вивченням початкової стадії росту ниткоподібного нанокристалу зайнялися вчені тгу за підтримки гранту рффі.

“моделі початкової стадії зазвичай припускають, що зростання нанокристалу ініціюється відкладенням кристалічних шарів під краплею-каталізатором, що лежить на плоскій поверхні кристала-підкладки. Однак експеримент показує, що в разі напівпровідникових сполук iii-v початковий стан системи — це не просто крапля на поверхні, а якась пірамідка або п’єдестал, на якому знаходиться крапля”, — говорить ерв’є.

Цей п’єдестал, пояснює юрій ерв’є, утворюється на стадії предростового відпалу в атмосфері молекул v групи і за відсутності потоку атомів iii групи. Надходження атомів iii групи на поверхню при зростанні може привести до двох варіантів: або до збільшення розміру п’єдесталу зі збереженням його форми, або до утворення ниткоподібного нанокристалу постійної товщини на вершині п’єдесталу. Модель, розроблена в лабораторії, дозволяє описати перехід від зростання п’єдесталу до зростання ниткоподібного нанокристалу і знайти оптимальні умови для такого переходу.

Безсумнівна перевага ниткоподібних нанокристалів над планарними (плоскими) структурами полягає в ефективній релаксації пружних напруг — завдяки дуже великій площі бічної поверхні. Юрій ерв’є стверджує, що в цих нанокристалах можна поєднувати матеріали з сильно розрізняються параметрами решітки і тим самим створювати унікальні прилади наноелектроніки і нанофотоніки.