Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния



Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния
Y10S977/84 -
Y10S977/84 -
Y10S977/814 -
Y10S977/814 -
Y10S977/762 -
Y10S977/762 -
Y10S977/70 -
Y10S977/70 -
H01L29/0669 - Полупроводниковые приборы для выпрямления, усиления, генерирования или переключения, а также конденсаторы или резисторы, содержащие по меньшей мере один потенциальный барьер, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, или поверхностный барьер, например имеющие обедненный слой с электронно-дырочным переходом или слой с повышенной концентрацией носителей; конструктивные элементы полупроводниковых подложек или электродов для них (H01L 31/00-H01L 47/00,H01L 51/00 имеют преимущество; способы и устройства для изготовления или обработки приборов или их частей H01L 21/00; конструктивные элементы иные чем полупроводниковые приборы или электроды для них H01L 23/00; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированные на одной общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; резисторы
H01L21/02532 - Способы и устройства для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей (способы и устройства, специально предназначенные для изготовления и обработки приборов, относящихся к группам H01L 31/00- H01L 49/00, или их частей, см. эти группы; одноступенчатые способы изготовления, содержащиеся в других подклассах, см. соответствующие подклассы, например C23C,C30B; фотомеханическое изготовление текстурированных поверхностей или поверхностей с рисунком, материалы или оригиналы для этой цели; устройства, специально предназначенные для этой цели вообще G03F)[2]

Владельцы патента RU 2653026:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для создания автоэмиссионных электронных приборов (с «холодной эмиссией электронов) для изготовления зондов и кантилеверов сканирующих зондовых микроскопов и оперативных запоминающих устройств с высокой плотностью записи информации, поверхностно-развитых электродов электрохимических ячеек источников тока, а также для использования в технологиях изготовления кремниевых солнечных элементов нового поколения для повышения эффективности антиотражающей поверхности фотопреобразователей. Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность пленки катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → жидкая капля → кристалл, при этом катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, причем молярное отношение компонентов газовой фазы поддерживают в интервале 0,01≤n≤0,025. Далее на подложку наносят пленку катализатора не более 2 мкм, а осаждение кристаллизуемого вещества ведут до полного израсходования катализатора. Изобретение позволяет получать острийные нанокристаллы кремния с ультратонкой вершиной (с радиусом кривизны поверхности вблизи вершины менее 50 нм), что обеспечивает их высокую функциональную способность, а относительно толстое основание – хорошую механическую прочность при больших циклических нагрузках и вибрации. 1 ил., 5 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и предназначено для выращивания на кремниевых подложках по схеме пар → жидкая капля → кристалл (ПЖК) острийных нитевидных кристаллов (НК) Si, т.е. кристаллов с малым радиусом кривизны поверхности вблизи вершины по отношению к радиусу кривизны у основания.

В настоящее время известен способ выращивания нитевидных нанокристаллов полупроводников постоянного диаметра [Патент РФ №2456230, МПК6 В82В 3/00, С30В 29/62 / В.А. Небольсин, А.И. Дунаев, М.А. Завалишин, Г.А. Сладких, А.Ф. Татаренков], позволяющий выращивать ННК постоянного диаметра. Недостатком способа является невозможность получения острийных нитевидных кристаллов.

Известен способ изготовления острийных структур [Патент РФ №2240623, МПК6 H0L 21/20 / Е.И. Гиваргизов, М.Е. Гиваргизов], использующий в своей основе принцип превращения выращенных с участием частиц золота НК (вискеров) в кремниевые острия травлением в растворе до тех пор, пока затвердевшая капля на вершине не "отвалится". В одном из предпочтительных вариантов выполнения данного изобретения изготовление острийных структур осуществляется в процессе выращивания вискеров изменением температуры и/или концентрации соединений газовой смеси и/или добавлением по меньшей мере одного металла-растворителя и его испарением. Недостатком данного способа является наличие сложных, ступенчатых форм поверхности или грубых форм рельефа поверхности острийных структур. При этом получаемые формы острий конических кристаллов с большими углами при вершине 40-50° обеспечивают радиус кривизны поверхности острия 50-100 нм, что не является оптимальным для обеспечения высоких разрешений (менее 50 нм) и чувствительности вискерных зондов сканирующих микроскопов на основе НК или для обеспечения высокой плотности электронной эмиссии катодов автоэмиссионных приборов на базе кремниевых острийных структур.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления конусностью НК в процессе роста, предложенный в [Патент РФ №2526066, МПК6 С30В 29/62 В82В 3/00 / В.А. Небольсин, А.А. Долгачев, А.И. Дунаев, С.С. Шмакова]. В данном способе одновременно с подачей в реакционную зону питающего материала по определенной программе повышают или понижают температуру процесса в течение всего времени выращивания. Способ позволяет контролировать конусность по длине НК, выращивать НК с положительной, нулевой и отрицательной конусностью и создавать кристаллы с различными профилями. Недостатками его являются, во-первых, невысокая величина как положительной, так и отрицательной конусности (~10-2), поскольку в качестве катализатора роста НК используется химически стойкое золото, во-вторых, формирование плоской вершины НК под каплей катализатора, не позволяющей получать острийные структуры, что не дает возможности использовать данные структуры в качестве эффективных катодов эмиссионных приборов.

Изобретение направлено на выращивание на кремниевых подложках по схеме ПЖК острийных НК Si, радиус кривизны поверхности которых вблизи вершины составляет менее 50 нм. Это достигается тем, что процесс выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность пленки катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → жидкая капля → кристалл, причем молярное отношение компонентов газовой фазы устанавливают в интервале 0,01≤n≤0,025, отличающийся тем, что катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, затем на подложку наносят пленку катализатора не более 2 мкм, а осаждение кристаллизуемого вещества ведут до полного израсходования катализатора и ведут осаждение кристаллизуемого вещества до полного израсходования катализатора. На Фиг. 1. представлена подложка с системой острийных НК.

Способ выращивания острийных НК Si осуществляют следующим образом. Перед нанесением на поверхность ростовой подложки пленки катализатора с последующим помещением ее в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой. Металлами, которые образуют с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, являются олово, цинк, висмут, индий, галлий и др. Затем подложка с пленкой катализатора помещается в продуваемый водородом кварцевый реактор ростовой печи, нагревается до заданной температуры и производится осаждение кристаллизуемого вещества. При этом молярное отношение компонентов газовой фазы устанавливают в интервале 0,01≤n≤0,025, а осаждение кристаллизуемого вещества ведут до полного израсходования катализатора. Выбор катализатора из металлов, образующих с кремнием вырожденную эвтектику, определяется тем, что на фазовых диаграммах металл-кремний с вырожденной эвтектикой эвтектическая точка близка к чистому компоненту, растворимость кремния в таких металлах мала, а капля катализатора имеет невысокое поверхностное натяжение, что обеспечивает интенсивное химическое травление металла в процессе роста НК. Интенсивное химическое травление металла в процессе роста НК приводит к непрерывному уменьшению объема капли, вплоть до ее полного исчезновения и, как следствие, формированию острийного НК конусовидной формы.

Интервал 0,01≤n≤0,025 молярного отношения компонентов газовой фазы определяется тем, что при n≥0,1 состав газовой фазы сильно обогащен хлористым водородом, поскольку при увеличении концентрации SiCl4 равновесие обратимой химической реакции SiCl4+2H2↔Si+4HCl смещается вправо. Высокая концентрация НС1 обеспечивает интенсивное травление металла капли и, как следствие, уменьшение объема каталитической частицы на вершине НК в процессе роста. При n<0,01 интенсивного травления капли не наблюдается. При n>0,025 рост НК прекращается и идет интенсивное травление кремния (равновесие химической реакции смещается влево).

Полное израсходование катализатора в процессе выращивания определяется тем, что является необходимым условием формирования острийных НК с радиусом кривизны поверхности при вершине, существенно меньшим 50 нм. Ультратонкая вершина обеспечивает высокую функциональную способность острийных НК, а относительно толстое основание - хорошую механическую прочность при больших циклических нагрузках и вибрации.

Использование предлагаемого способа позволяет создавать широкий класс автоэмиссионных электронных приборов (с "холодной" эмиссией электронов), изготавливать зонды и кантилеверы сканирующих зондовых микроскопов и оперативные запоминающие устройства с высокой плотностью записи информации, поверхностно-развитые электроды электрохимических ячеек источников тока и другие устройства на основе ННК. Способ может быть использован в технологиях изготовления кремниевых солнечных элементов нового поколения для повышения эффективности антиотражающей поверхности фотопреобразователей и др.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

В качестве металла, образующего с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, использовалось олово. Для этого на исходные пластины Si КДБ (111) электронно-лучевым напылением на установке ВАК 501 наносилась пленка Sn толщиной 2 мкм. Подготовленные подложки разрезались и помещались в ростовую печь. В течение 2-10 мин при температуре 1100°С осуществлялось разбиение пленки Sn на отдельные мелкодисперсные частицы. Затем в результате сплавления Sn с Si формировались капли раствора Si в расплавленном Sn. Затем при той же температуре в газовую фазу подавали SiCl4 при молярном отношении [MSiCl4]/[MH2]=0,015 и выращивали острийные НК Si. Время выращивания составляло 5 мин. Кристаллы Si имели начальный диаметр у подложки (18±5) мкм и длину ~(65÷85) мкм. На вершинах острийных НК частицы Sn отсутствовали. Радиус кривизны поверхности НК вблизи вершины составил (25±5) нм. Углы при вершинах НК находились в интервале (20÷30)°.

Пример 2.

Выращивание НК Si проводилось аналогично примеру 1, но в качестве металла-катализатора ПЖК-роста использовался Zn. Выращенные НК имели диаметр, уменьшающийся от основания к вершине от (10÷20) до (10÷20) нм, и длину (30÷40) мкм.

Пример 3.

Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но в качестве металла-катализатора ПЖК-роста использовался Ga. Полученные результаты соответствовали результатам примера 2.

Пример 4.

Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но мольное отношение [MSiCl4]/[MH2] составляло 0,025. Полученные результаты соответствовали результатам примера 1, но длина выращенных острийных НК составила (30÷40) мкм.

Пример 5.

Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но температура ПЖК-роста НК составляла 1000°С. Полученные результаты соответствовали результатам примера 1.

Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния, включающий подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность пленки катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → жидкая капля → кристалл, причем молярное отношение компонентов газовой фазы устанавливают в интервале 0,01≤n≤0,025, отличающийся тем, что катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, затем на подложку наносят пленку катализатора не более 2 мкм и ведут осаждение кристаллизуемого вещества до полного израсходования катализатора.



 

Похожие патенты:

Использование: для создания РНЕМТ транзисторов. Сущность изобретения заключается в том, что наноразмерная структура с нанонитями из атомов олова, встроенными в кристалл GaAs включает монокристаллическую полуизолирующую вицинальную подложку GaAs (100) с углом разориентации 0.3°÷0.4° в направлении типа <011>, буферный нелегированный слой GaAs, дельта-легированный оловом слой и контактный легированный кремнием слой GaAs, дополнительно добавлен канальный слой InGaAs, спейсерный слой AlGaAs и барьерный слой AlGaAs, а двухмерный электронный газ, находящийся в канальном слое InGaAs, модулирован в виде квазиодномерных каналов.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. Способ получения нитевидных нанокристаллов Si (ННК) включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → капельная жидкость → кристалл, при этом перед нанесением частиц катализатора и помещением подложки в ростовую печь на пластину Si наносят пленку Ti и анодируют длительностью от 5 до 90 мин в 1%-ном растворе NH4F в этиленгликоле, причем плотность анодного тока поддерживают в интервале от 5 до 20 мА/см2, а наночастицы катализатора на анодированную поверхность Ti наносят осаждением металла, выбираемого из ряда Ni, Ag, Pd, из 0,1 М раствора, имеющего общую формулу Me(NO3)x, где Me - Ni, Ag, Pd; х=1-2, в течение 1-2 мин при воздействии на раствор ультразвуком мощностью 60 Вт.

Изобретение относится к области изготовления электронных устройств, в частности устройств на основе материалов III-V групп. Способ изготовления устройства на основе материала III-V групп включает этапы, на которых в изолирующем слое на кремниевой подложке формируют канавку, в канавку наносят первый буферный слой на основе материала III-V групп на кремниевую подложку, на первый буферный слой наносят второй буферный слой на основе материала III-V групп, слой канала устройства на основе материала III-V групп наносят на второй буферный слой на основе материала III-V групп.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в ВЧ и СВЧ устройствах усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре интегральных микросхем различного функционального назначения (например, избирательных усилителях, смесителях, генераторах и т.п.).

Изобретение относится к нанополупроводниковому приборостроению и может быть использовано в устройствах спиновой электроники (спинтроники) в качестве спинового фильтра.

Использование: для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что транзистор с металлической базой, содержащий эмиттер, базу из материала с металлической проводимостью и коллектор, при этом между эмиттером и базой сформирован барьер Шотки, эмиттер выполнен из полупроводникового материала с n+-типом проводимости, коллектор - из материала с n-типом проводимости, причем между базой и коллектором размещен тонкий буферный слой из материала с p-типом проводимости, при этом между базой и буферным слоем сформирован омический контакт, а между буферным слоем и коллектором - p-n-переход.

Использование: для изготовления полевых эмиссионных элементов на основе углеродных нанотрубок. Сущность изобретения заключается в том, что прибор на основе углеродосодержащих холодных катодов, содержит полупроводниковую подложку, на поверхности которой сформирован изолирующий слой, катодный узел, расположенный над изолирующим слоем, состоит из токоведущего слоя катодного узла, каталитического слоя и массива углеродных нанотрубок (УНТ), расположенных на поверхности каталитического слоя перпендикулярно его поверхности, опорно-фокусирующую система, состоящая из первого диэлектрического, затворного электропроводящего и второго диэлектрического слоев, содержит сквозную полость, анодный токоведущий слой, расположенный на внешней поверхности второго диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, в котором сформированы сквозные технологические отверстия, катодный узел дополнительно содержит слой проводящего материала, который расположен в сквозной полости на боковой поверхности первого диэлектрического слоя опорно-фокусирующей системы, высота углеродных нанотрубок одинакова по всей площади массива, на поверхности массива углеродных нанотрубок расположен слой интеркалированного материала, а токоведущий слой катодного узла и слой проводящего материала катодного узла обладают адгезионными свойствами.

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и может быть использовано для получения тонкого легированного примесью слоя в кремнии для создания мелко залегающих p-n-переходов.

Использование: для изготовления СВЧ полевого транзистора. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют создание n+-n-i-типа полупроводниковой структуры путем ионного легирования полуизолирующих пластин арсенида галлия ионами кремния, при этом после формирования n+-n-i-типа структуры и топологических элементов транзистора на этой структуре проводится дополнительное легирование пластины ионами кремния и имплантация в пластину ионов бора, вследствие чего значительно сокращается канал транзистора, а на открытой поверхности n+-n-i-структуры формируется пассивный слабопроводящий слой.

Изобретение относится к области химической технологии высокомолекулярных соединений. .

Изобретение относится к получению поликристаллических пленок сульфида и оксида кадмия на монокристаллическом кремнии с помощью техники пиролиза аэрозоля раствора на нагретой подложке при постоянной температуре в интервале 450-500°С.

Заявленные изобретения относятся к области фотолитографии и предназначены для выравнивания подложки высокопроизводительной установки совмещения фотошаблонов. Техническим результатом является улучшение процесса выравнивания подложки и, в частности, разработка новой технологии предотвращения проблем выравнивания путем надежной фиксации полностью выровненной подложки пластины.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. Способ получения нитевидных нанокристаллов Si (ННК) включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → капельная жидкость → кристалл, при этом перед нанесением частиц катализатора и помещением подложки в ростовую печь на пластину Si наносят пленку Ti и анодируют длительностью от 5 до 90 мин в 1%-ном растворе NH4F в этиленгликоле, причем плотность анодного тока поддерживают в интервале от 5 до 20 мА/см2, а наночастицы катализатора на анодированную поверхность Ti наносят осаждением металла, выбираемого из ряда Ni, Ag, Pd, из 0,1 М раствора, имеющего общую формулу Me(NO3)x, где Me - Ni, Ag, Pd; х=1-2, в течение 1-2 мин при воздействии на раствор ультразвуком мощностью 60 Вт.

Настоящее изобретение относится к области технологий отображения жидкокристаллическими устройствами и, в частности, к способу изготовления тонкой пленки низкотемпературного поликремния, включающему: выращивание буферного слоя и затем слоя аморфного кремния на подложке; нагрев слоя аморфного кремния до температуры выше комнатной и выполнение предварительной очистки поверхности слоя аморфного кремния; использование отжига эксимерным лазером (ELA) для облучения слоя аморфного кремния, предварительно очищенного на предыдущем этапе, чтобы преобразовать аморфный кремний в поликремний.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной дефектностью.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к области изготовления гетероэпитаксиальных слоев монокристаллического кремния различного типа проводимости и высокоомных слоев в производстве СВЧ-приборов, фото- и тензочувствительных элементов, различных интегральных схем с повышенной стойкостью к внешним дестабилизирующим факторам.

Изобретение относится к системам автоматической очистки солнечных панелей. Устройство очистки солнечной панели, содержащее источник питания, соединенный с солнечной панелью, датчики контроля загрязнения и провода, расположенные на поверхности солнечной панели, отличающееся тем, что провода выполнены с возможностью колебания и переплетены друг с другом в виде решетки, установленной на поверхность солнечной панели, при этом в качестве источника питания используют источник переменного тока, а датчики контроля загрязнения выполнены в виде датчиков натяжения проводов, расположенных по всей внешней грани решетки из проводов.

Изобретение относится к технологии монтажа микроэлектронных компонентов в модули с встроенными в плату компонентами. Технический результат - упрощение процесса изготовления микроэлектронных узлов, увеличение плотности упаковки компонентов, улучшение массогабаритных характеристик сборочного узла.

Изобретение относится к области изготовления электронных устройств, в частности устройств на основе материалов III-V групп. Способ изготовления устройства на основе материала III-V групп включает этапы, на которых в изолирующем слое на кремниевой подложке формируют канавку, в канавку наносят первый буферный слой на основе материала III-V групп на кремниевую подложку, на первый буферный слой наносят второй буферный слой на основе материала III-V групп, слой канала устройства на основе материала III-V групп наносят на второй буферный слой на основе материала III-V групп.

Использование: для создания поворотного устройства позиционирования. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит кольцевой магнитопровод, генерирующий магнитное поле по кольцевому воздушному зазору, по меньшей мере три якоря, каждый из которых включает в себя множество катушек, по меньшей мере частично расположенных в кольцевом воздушном зазоре, и каждый из которых выполнен с возможностью генерирования силы левитации в направлении левитации, ортогональном кольцевому магнитопроводу, и движущей силы в направлении приведения в движение вдоль кольцевого магнитопровода, причем упомянутые якоря расположены в различных угловых положениях вдоль упомянутого кольцевого магнитопровода, и контроллер для подачи токов на упомянутые якоря для индивидуального управления генерированием силы левитации и/или движущей силы посредством упомянутых якорей для осуществления вращательного движения и/или движения качания, и/или поступательного движения упомянутого кольцевого магнитопровода.

Изобретение относится к получению поликристаллических пленок сульфида и оксида кадмия на монокристаллическом кремнии с помощью техники пиролиза аэрозоля раствора на нагретой подложке при постоянной температуре в интервале 450-500°С.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для создания автоэмиссионных электронных приборов для изготовления зондов и кантилеверов сканирующих зондовых микроскопов и оперативных запоминающих устройств с высокой плотностью записи информации, поверхностно-развитых электродов электрохимических ячеек источников тока, а также для использования в технологиях изготовления кремниевых солнечных элементов нового поколения для повышения эффективности антиотражающей поверхности фотопреобразователей. Способ выращивания острийных нитевидных кристаллов кремния включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность пленки катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → жидкая капля → кристалл, при этом катализатор выбирают из металлов, образующих с кремнием фазовую диаграмму с вырожденной эвтектикой, причем молярное отношение компонентов газовой фазы поддерживают в интервале 0,01≤n≤0,025. Далее на подложку наносят пленку катализатора не более 2 мкм, а осаждение кристаллизуемого вещества ведут до полного израсходования катализатора. Изобретение позволяет получать острийные нанокристаллы кремния с ультратонкой вершиной, что обеспечивает их высокую функциональную способность, а относительно толстое основание – хорошую механическую прочность при больших циклических нагрузках и вибрации. 1 ил., 5 пр.

Наверх