Один из стандартных процессов, использующихся для производства полупроводников, – эпитаксия. Исследователи из США были первыми, кто предложил использовать этот метод для создания одиночных кристаллов нанометрового размера. Приложение данной техники в будущем может привести к прорыву в вопросе производства тонких нанокристаллических пленок для самых разнообразных применений, включая солнечные батареи.

Большинство известных на сегодняшний день наноструктур, произведенных из неорганических материалов, являются аморфными или представляют собой сложный поликристалл. Уже достаточно давно ученые пытались создать монокристалл (хотя бы нанометровых размеров) методом выращивания в определенных условиях на некой подложке. Такие кристаллы могли бы быть полезны в целом ряде приложений, в основном там, где требуется транспорт заряда на предельно короткие расстояния. Единичные кристаллы в этом случае идеальны, т.к. они, в отличие от поликристаллов, не содержат внутри себя границ между отдельными кристалликами. Ведь эти границы могут работать как «ловушка» или препятствие, на котором рассеиваются электроны, что, естественно, ухудшает способность наноструктуры осуществлять транспорт заряда. Однако, учитывая всевозможные практические проблемы, долгое время задача производства монокристалла наноразмеров оставалась нерешенной.

Теперь же ученые из Cornell University (США) предложили методику производства монокиристаллов никеля или кремния при помощи одной из разновидностей техники «самосборки». Исследователи утверждают, что ранее данную методику никому не удавалось применить к неорганическим кристаллам. Подробно методика изложена в статье, опубликованной в журнале Science.

Для формирования наноструктур исследователи сначала создают массив гексагональных пор на кремниевом основании. Это делается при помощи техники «самосборки» определенных полимеров. На образец наносится тонкая пленка органического материала, после чего он нагревается. Отдельные компоненты состава испаряются, оставляя массив шестиугольных отверстий, разнесенных примерно на 30 нм друг от друга.

На втором шаге образованные поры заполняются неорганическим материалом, таким как моносилицид никеля или кремний. Далее при помощи короткого лазерного импульса материал нагревается в течение 10 нс, превращаясь в монокристалл. Эта часть процесса известна как эпитаксия. После удаления полимерного шаблона на поверхности остается множество отдельных монокристаллов размерами до 10 нм. Естественно, полученные в итоге наноструктуры зависят от первоначального шаблона.

Проведенный эксперимент показывает, что отдельные монокристаллы наноразмера могут производиться при помощи достаточно простого процесса с применением лазера. При этом данная методика может использоваться для производства широкого спектра различных наноструктур и форм, которые могут использоваться как в дальнейших исследованиях, так и на практике.

По материалам: