Способ получения наноструктур

 

Использование: технология получения наноструктур на основе соединений A₂B₆, предназначенных, в частности, для изготовления фоточувствительных наноэлектронных устройств. Сущность изобретения: в способе получения наноструктур на основе соединений A₂₆, включающем внедрение в пористую диэлектрическую подложку частиц нанометрового размера указанного соединения, сначала производят очистку до атомарного уровня внешних и внутренних поверхностей подложки, а затем на ней методом молекулярного наслаивания формируют переходный слой из атомов соединения A₂B₆ со стехиометрией, обеспечивающей объемно-структурное соответствие кристаллических решеток на границе раздела, после чего на поверхности переходного слоя выращивают слой из соединения A₂B₆ с объемом вещества в каждой поре не менее объема двух элементарных ячеек в кристаллической решетке соединения, а затем производят пассивацию внешней поверхности подложки.

Изобретение относится к технологии получения наноструктур, в частности для фоточувствительных наноэлектронных устройств на основе соединений A₂B₆.

Известен способ получения наноструктур на основе соединений A₂B₆ путем высокотемпературного химического синтеза частиц соединения из оставляющих элементов в объеме пористой диэлектрической подложки [1].

Недостатками способа является его сложность и нестабильность получаемых структур, а свойства последних определяются только малостью размера частиц соединения.

Известен способ получения наноструктур на основе соединений A₂B₆ путем внедрения в пористую диэлектрическую подложку частиц нанометрового размера указанного соединения методом химической сборки [2].

Недостатком способа является нестабильность получаемых структур, а также то, что он позволяет реализовать только те свойства структур, которые определяются малостью размера частиц соединения. Квантовый выход фотолюминесценции для получаемых таким способом наноструктур не превышает 20-30%.

Техническим результатом изобретения является повышение стабильности оптических параметров наноструктур, содержащих частицы соединения A₂B₆, встроенные в пористые диэлектрические подложки и увеличение квантового выхода фотолюминесценции. Свойства структур определяются как малостью размера частиц соединения, так и свойствами границ раздела соединение A₂B₆/подложка.

Технический результат достигается тем, что в известный способ внедрения частиц соединения A₂B₆ в диэлектрическую подложку вводят очистку внешних и внутренних поверхностей подложки до атомарной чистоты и создание на полученных атомарно-чистых поверхностях переходного слоя из атомов внедряемого соединения A₂B₆, обеспечивающего структурную стабильность растущего на нем слоя соединения A₂B₆. Последний выращивают на поверхности переходного слоя, причем объем вещества соединения A₂B₆ в каждой поре не меньше двух объемов элементарной ячейки соединения A₂B₆ (для того, чтобы обеспечить формирование у частиц соединения A₂B₆ свойств объемного вещества A₂B₆). Структурная стабильность частиц нанометрового размера определяется выбором стехиометрии переходного слоя, согласно принципу объемно-структурного соответствия кристаллических решеток на границе раздела фаз. Условием стабильности является равенство суммарных атомных объемов на 1 см² у атомов подложки и переходного слоя. Формирование переходного слоя с определенной стехиометрией на атомарно-чистой поверхности подложки позволяет избежать неконтролируемого изменения свойств наноструктуры, в частности, за счет окисления. Свойства наноструктур, получаемых таким способом, определяются как малостью размера частиц соединения A₂B₆, так и свойствами границ раздела соединение A₂B₆/подложка.

Пример 1. Подложку из пористого углерода отжигают при температуре более 1100 K в вакууме до формирования у нее атомарно-чистых внутренних и внешних поверхностей. Далее на ней методом молекулярного наслаивания (атомарно-слоевой эпитаксии) с использованием сероводорода и диметил кадмия формируют переходный слой из сульфида кадмия со стехиометрией, отвечающей условию равенства суммарных атомных объемов атомов углерода на 1 см² поверхности подложки и 1 см² поверхности переходного слоя. Переходный слой такого состава предотвращает протекание химических и структурных превращений в растущих на его поверхности частицах из CdS. Далее методом молекулярного наслаивания проводят рост частиц CdS нанометрового размера объемом не менее двух объемов элементарной ячейки соединения в каждой поре подложки. После роста частиц CdS проводят пассивацию внешней поверхности подложки, например, осаждением углеродной пленки нанометровой толщины, для предотвращения окисления при хранении наноструктуры на воздухе.

Предлагаемый способ обеспечивает стабильность оптических параметров получаемых наноструктур, в частности, интенсивности фотолюминесценции, а квантовый выход фотолюминесценции составляет не менее 70%.

Пример 2. На диэлектрической подложке, например из оксида цинка, формируют покрытие из коллоидных частиц этого же или иного соединения осаждением из раствора, содержащего акоголят металла A₂ и диалкил B₆. Полученное покрытие отжигают при температуре 800 K для удаления адсорбированных частиц и создания атомарно-чистой поверхности подложки. Далее методом молекулярного наслаивания с использованием сероводорода и диметилкадмия формируют переходный слой из сульфида кадмия со стехиометрией, отвечающей условию равенства суммарных атомных объемов атомов элементов A₂ и B₆ на 1 см² поверхности подложки и 1 см² поверхности переходного слоя. Переходный слой такого состава предотвращает протекание химических и структурных превращений в растущих на его поверхности частицах из CdS. Далее методом молекулярного наслаивания проводят рост частиц CdS нанометрового размера объемом не менее двух объемов элементарной ячейки соединения в каждой поре подложки. После роста частиц CdS проводят пассивацию внешней поверхности подложки, например, осаждением углеродной пленки нанометровой толщины, для предотвращения окисления при хранении наноструктуры на воздухе.

Предлагаемый способ обеспечивает стабильность оптических параметров получаемых наноструктур, в частности, интенсивности фотолюминесценции, а квантовый выход фотолюминесценции составляет до 80%.

Формула изобретения

Способ получения наноструктур на основе соединений A₂B₆, включающий внедрение в пористую диэлектрическую подложку частиц нанометрового размера указанного соединения, отличающийся тем, что сначала производят очистку до атомарного уровня внешних и внутренних поверхностей подложки, затем на ней методом молекулярного наслаивания формируют переходной слой из атомов соединения A₂B₆ со стехиометрией, обеспечивающей объемно-структурное соответствие кристаллических решеток на границе раздела, а внедрение в пористую диэлектрическую подложку частиц нанометрового размера производят путем выращивания на поверхности переходного слоя слоя из соединения типа A₂B₆ с объемом вещества в каждой поре не менее объема двух элементарных ячеек в кристаллической решетке соединения, после чего производят пассивацию внешней поверхности подложки.