Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Методы получения кремниевых наношнуров

Подход «сверху-вниз». В добавление к

рассмотренному подходу «снизу-вверх» существуют достаточно привлекательные методы формирования кремниевых наношнуров по принципу «сверху-вниз». Следует различать формирование вертикально и горизонтально ориентированных наношнуров относительно плоскости подложки. Горизонтально ориентированные кремниевые наношнуры получают на подложках кремния с/без слоя оксида с помощью литографии и травления. Часто полученные наношнуры окисляют, что также способствует уменьшению диаметра. Получают наношнуры с диаметром боле 10 нм. Используя стандартные процессы «кремниевой» технологии можно получить и вертикально ориентированные наношнуры, в частности ионно-реактивное травление. Диаметр наношнура определяется литографическим процессом.

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Методы получения кремниевых наношнуров типа ядро/оболочка

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Методы получения кремниевых наношнуров типа ядро/оболочка и с модуляцией материалов вдоль оси

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Электронные свойства кремниевых наношнуров

Измеряя сопротивление для объемного кремния легко оценить концентрацию легирующей примеси. При этом используются калибровочные кривые. В случае кремниевых наношнуров калибровочные кривые для объема не подходят. Сопротивление наношнуров примерно на один - два порядка больше, чем для объема с одной и той же концентрацией легирующей примеси. Для того чтобы легирующая примесь давала состояния в

запрещенной зоне Si, атомы примеси должны замещать

атомы Si и иметь соответствующее окружение. Если атомы примеси находятся на поверхности, то они электрически не активированы. Наиболее эффективно процесс легирования происходит при CVD, используя

различные газы для P или B. При расчете подвижности необходимо учитывать, что не все атомы примеси полностью активированы и возникает значительная концентрация поверхностных состояний → дополнительные центры рассеяния носителей заряда.

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Электронные свойства кремниевых наношнуров

Подвижность носителей. Подвижность носителей для

объемного Si зависит от типа легирующей примеси и ее концентрации. Для n-типа подвижность электронов уменьшается с 1500 см2Вс-1 при 1×1015 см-3 до 250 см2Вс-1 при 1×1018 см-3. Подвижность дырок меньше и находится в диапазоне от 450 см2Вс-1 при 1×1015 см-3 до 150 см2Вс-1 при 1×1018 см-3. Уменьшение подвижности происходит из-за того, что легирующая примесь выступает в роли центров рассеяния носителей заряда. Увеличивается рассеяние и на фононах и поверхностных состояниях (или на границе раздела Si/SiO2).

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Электронные свойства кремниевых наношнуров

Подвижность носителей. Подвижность носителей для

горизонтальных Si наношнуров (30 нм × 17 нм), полученных на кремниевой пластине с помощью травления, составила 100 см2Вс-1 (р=1×1018 см-3), что близко к значениям для объема. В случае нелегированного наношнура (20 нм × 20 нм) максимальные значения подвижности электронов и дырок составили соответственно 370 и 130 см2Вс-1.

Для выращенных наношнуров подвижность дырок определена в диапазоне от 3 см2Вс-1 (легированные В с концентрацией 1×1020 см-3) до 560 см2Вс-1 (максимальное значение 1350 см2Вс-1 после отжига и пассивации поверхностных состояний). Подвижность электронов оказалась в пределах от 30 до 160 см2Вс-1.

Ориентация наношнуров оказалась важным параметром. Наибольшие значения подвижности для <011> ориентаций. Подвижность носителей для наношнура близка к соответствующим значениям для объема.

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Электронные свойства кремниевых наношнуров

Влияние эффектов квантового ограничения на ширину запрещенной зоны

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Оптические свойства кремниевых наношнуров

Диаметр 4 – 5 нм

Кремниевые наношнуры (silicon nanowires)

Оптические свойства кремниевых наношнуров

Диэлектрическая функция