Vědci překonali problém při tvorbě nanokrystalů

Autor: Katka <admin(at)server.cz>, Téma: Novinky, Vydáno dne: 15. 10. 2010

Vědci v USA jsou prvními, kteří začali používat tzv. epitaxi pro výrobu monokrystalů o rozměrech v řádu nanometrů. Epitaxe je standardní proces používaný při výrobě polovodičů, proto průlom může vést k výrobě nanostrukturovaných tenkých vrstev pro široké využití včetně solárních článků.

Většina nanostruktur z anorganických materiálů je buď amorfní nebo polykrystalická, a vědci usilují vytvořit nanostruktury z monokrystalů, které vyrůstají jasně definovaným způsobem s ohledem na substrát. Takové krystaly by mohly být použity v mnoha aplikacích, ve kterých se vyžaduje vynikající přenos náboje na velmi malé vzdálenosti. Monokrystaly jsou ideální pro tyto aplikace, protože neobsahují zrnité okraje mezi krystality. Takové okraje mohou působit jako past nebo rozptylující místa pro elektrony a tím degradují schopnost nanostruktury přepravovat náboj (nabitou částici).

Nyní, Ulrich Wiesner a jeho kolegové z Cornell University vyvinuli způsob, jak vytvořit nanostruktury monokrystalu křemíku nebo monosilicidu niklu pomocí techniky samosestavení blokového kopolymeru. Výzkumníci říkají, že doposud se nikomu nepodařilo kombinovat samosestavení polymeru s epitaxí anorganického monokrystalu.

Samosestavovací technika

Za účelem vytvoření jejich nanostruktur tým nejdříve vytvořil šestiúhelníkové pole malých pórů na křemíkovém substrátu. To se provádí pomocí samosestavovací techniky blokového kopolymeru, což vyžaduje uložení tenké vrstvy blokového kopolymerů a jiných materiálů. Vzorek se zahřívá a některé sloučeniny se vypařují a opouštějí hexagonální pole malých otvorů oddělených od sebe asi 30 nm.

Následně se pak vyplní póry šablony amorfním anorganickým materiálem jako je monosilicid niklu nebo křemík. Tento materiál je přeměněn na monokrystal jeho tavením po dobu asi 10 ns pomocí krátkých laserových pulsů. V průběhu ochlazování tavenina tuhne odspodu, a tak vytváří monokrystal nanostruktury rostoucí do šablony. Tato část procesu je známá jako epitaxe. Šablona blokového kopolymeru je pak odstraněna a zanechá pole drobných monokrystalických pilířů, které mohou být vysoké asi 10 nm.

Laser použitý týmem Wiesnera byl 40ns XeCl excimerový pulzní laser s vlnovou délkou 308nm. Pole izolovaných nanopilířů nebo vzájemně propojených 3D nanostruktur bylo vyrobeno v závislosti na tloušťce šablony.

Složité, nanokrystalické tvary

Podle vědců jejich experiment dokazuje, že monokrystalické nanostruktury mohou být vyrobeny laserem v rámci jednoduchého výrobního kroku. V budoucnu by nová metoda mohla být použita k výrobě různých složitých nanokrystalických tvarů. Ty by mohly být použity buď pro základní studie o nanokrystalech nebo přímo v aplikacích.

Tato metoda by také mohlá být použita k zamezení kontaktu mezi dvěma anorganickými materiály, který v nano-rozměrech způsobuje změnu v mřížkách povrchů. To může umožnit vypěstovat monokrystaly materiálů jako je germanium na monokrystalech křemíku, což je dlouhotrvající problém v polovodičovém průmyslu.