Физические и технологические основы получения систем эпитаксиальных нитевидных кристаллов кремния

• Автор: Завалишин, Максим Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Состояние проблемы синтеза и применения эпитаксиальных нитевидных кристаллов (обзор литературы)
1.1 Современное состояние исследований процессов роста НК
1.2 Влияние технологических факторов процесса синтеза на ростовые параметры НК
1.3 Использование НК для реализации функциональных элементов
микро- и наноэлектроники
1.3.1 Применение НК в качестве элементной базы изделий микро-
и наноэлектроники
1.3.2 Применение НК в оптических устройствах
1.3.3 Применение НК в фотоэлектрических элементах
1.3.4 Применение НК в качестве чувствительных элементов сенсоров
1.4 Формулировка цели работы и постановка задач исследования
2 Установка, материалы и методики проведения экспериментов
2.1 Установка синтеза НК
2.1.1 Система получения и очистки водорода
2.1.2 Формирование парогазовой смеси для получения НК Б1 и ве
2.2 Методики подготовки подложек для выращивания НК
2.2.1 Методики нанесения катализатора и сплавление его с кремниевой подложкой
2.2.2 Установление температурных зон в реакторе
2.3 Подготовка образцов для оптической, растровой электронной
и электронно-зондовой микроскопии
3 Закономерности эпитаксиального роста нитевидных кристаллов кремния
3.1 Закономерности влияния природы и размера частиц катализатора на скорость роста нитевидных кристаллов
3.2 Влияние линейного натяжения трехфазного контакта пар-жидкая
капля-кристалл на процесс квазиодномерного роста нанокристаллов
3.3 Критические параметры роста НК 81 по схеме пар—»жидкая
капля—»кри сталл
4 Методы формирования систем эпитаксиальных нитевидных кристаллов
кремния с учетом их геометрического признака
4.1 Способ получения индивидуальных НК полупроводников постоянного Диаметра
4.2 Способ получения регулярных систем наноразмерных НК
4.3 Разработка лабораторного регламента получения матриц эпитаксиальных НК 81, применительно к изготовлению тестового устройства охлаждения кристаллов микросхем
4.3.1 Разработка лабораторного регламента получения матриц эпитаксиальных НК
4.3.2 Применение систем эпитаксиальных нитевидных кристаллов
в устройствах охлаждения микросхем
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Нитевидные кристаллы (НК) полупроводниковых материалов, получаемые эпитаксиальным синтезом по схеме пар —» жидкая капля —> кристалл, обладают нано-, микроскопическими размерами и квазиодномерной кристаллической структурой, что определяет их специфические физические свойства. Задание необходимой морфологии и структуры эпитаксиальных НК, а также топологии размещения на подложке осуществляется путем управления технологическими параметрами их синтеза. Благодаря уже достигнутой степени контроля над различными технологическими параметрами процесса роста НК могут рассматриваться как перспективные объекты для реализации электронных схем нового поколения, текстурирования поверхностей полупроводников и как конструкционные материалы микро- и наноприборов.
Однако, чтобы достичь реального интереса промышленности необходимо решить ряд технических задач и, прежде всего, задачу управляемого синтеза систем эпитаксиальных нитевидных микро- и нанокристаллов, в частности Бг Необходимо обеспечить требуемое качество эпитаксиальных кристаллов и их воспроизводимость, обеспечить контроль ростовых параметров НК, таких как место, направление и форма роста, обеспечить совместимость при интеграции с кремниевыми технологиями, разработать технологические регламенты. Существующие технологические проблемы обусловлены как неразработанностью специфического механизма роста НК, так и отсутствием методов работы со сверхмалыми объектами субмикро- и наноразмерного масштаба. Поэтому актуальными фундаментальными задачами являются понимание закономерностей роста микро-и нано-НК полупроводников, что наиболее важно для оптимизации расположения кристаллов на подложке, направления роста, морфологии и кристаллической структуры. Решение этих задач требует получения новых знаний об условиях, при которых происходит предпочтительное формирование одномерных кристаллов, и о ростовых механизмах. Ключевыми составляющими здесь являются детальные

а) б)
Рис. 18 - Гибридный солнечный элемент на НК СаАэ: устройство (а) и ВАХ
(б)[123]
Si Nanocone Polymer Au
Voltage (V)
Nanocone / (PEDOT:PSS + Au grid}
a) 6)
Рис. 19 - Гибридный Si-органический фотопреобразователь: устройство (а) и
ВАХ (б) [136]
Microwire Array
100 200 300 400
Voltage (mV)
Рис. 20 - BAX фотопреобразователя на основе НК Si (1) и планарной технологии (2), а также схема организации переходной зоны [125]