Нанопроволоки из полупроводниковых материалов с диаметром в миллиардные доли метра таят в себе огромные перспективы использования в приборах будущего – как в технологиях и конструкциях светоизлучающих диодов, так и в устройствах и соединениях новых поколений транзисторов и, несомненно, электронных микросхем.

Использование свойств нанопроволок в реальных технологиях наталкивается на необходимость строгого контроля их структуры, химического состава и, собственно, технологии изготовления. Это, в свою очередь, требует точного понимания того, как структура материала нанопроволоки зависит от условий ее получения. В частности, электрические свойства нанопроволок из полупроводниковых материалов определяются концентрацией добавляемых примесных атомов (от нее, в общем случае, зависит проводимость проволоки). До сих пор специалистам, однако, не удавалось оценить точное количество атомов примеси в готовых изделиях.

Атомарная структура нанопроволоки (зеленым показаны атомы германия, серым — атомы фосфора). Слева — трехмерная модель части проволоки диаметром 50 и длиной 100 нм с отмеченными сечениями; справа — вид этих сечений (изображение получено авторами работы)

Группа ученых из Северо-Западного Университета (Northwestern University), США, используя метод томографии с помощью микроскопа с атомным разрешением, получила первую модель атомарной структуры нанопроволоки. По словам адъюнкт-профессора Линкольна Лохона (Lincoln Lauhon), проводившего экспериментальные работы, ученые зарегистрировали расположение всех атомов в веществе, а затем определили, где находятся атомы примеси.

Aдъюнкт-профессор Линкольн Лохон

Выбранная специалистами методика позволяет получать трехмерные изображения внутренней структуры вещества. В экспериментах исследовалось строение германиевой нанопроволоки с примесью фосфора. Результаты обработки данных показали, что в центральной части (поперечного сечения) проволоки атомов примеси оказывается значительно меньше, чем по краям, что можно объяснить влиянием поверхностных реакций в процессе роста образца.

На основании экспериментальных результатов коллега д-ра Лохона – профессор Питер Вурхис (Peter Voorhees) – разработал математическую модель, связывающую условия синтеза нанопроволоки с параметрами легирования. Эта модель должна помочь изготовителям добиться желаемой концентрации примеси при производстве нанопроволок, как считает проф. Вурхис.

Результаты исследований опубликованы в интернет-издании журнала Nature Nanotechnology (D.E. Perea et al. Direct measurement of dopant distribution in an individual vapour–liquid–solid nanowire)

Вскоре, по словам авторов, будут также обнародованы результаты анализа кремниевого образца. В будущем исследователи планируют расширить границы применимости созданной модели.

Поддержку исследованиям оказали департамент научных исследований Министерства ВМС и Национальный Фонд Научных исследований США.

Евгений Биргер