Mühazirə 3
Epitaksial təbəqələrin hazırlanması, buxar fazadan və molekulyar şüa epitaksiyası
Nanoquruluşların yaradılma üsulları
Son onilliklərdə müxtəlif nanoquruluşların yaradılmasına və tədqiq edilməsinə maraq xeyli artmışdır. Bu da onunla bağlıdır ki, nanoquruluşlar həm ölçüləri nanometr diapazonunda olan materialların fundamental elektron, optik, maqnit, istilik və mexaniki xassələrini aydınlaşdırmaq baxımından, həm də yeni cihaz və qurğular yaratmaq baxımından elmi və praktiki maraq kəsb edir. Nanoquruluşlarda baş verən kvant– mexaniki effektlər, məsələn, keçiriciliyin kvantlanması, Kulon bloklanması və s, elektron və optik cihazların, həmçinin sen- sorların funksional imkanlarını xeyli genişləndirməyə imkan verir. Optik elektronikada nanoquruluşlardan istifadə daha aşağı astana cərəyanlarını təmin edir, cəldliyi artırır, kvant nöqtələri əsasında lazerlərin şüalanma spektrini daraltmağa imkan verir. Nanoquruluşlar əsasında sensorlar rekord dərəcə- də seçicilik qabiliyyətini və həssaslığı təmin edir.
Qeyd olunduğu kimi, nanoquruluşlar yaradılmasının bütün üsulları iki əsas prinsipə əsaslanır: “yuxarıdan aşağı” və “aşağıdan yuxarı”. Yuxarıdan aşağı prinsipinin əsas mahiyyəti mövcud ənənəvi inteqral sxemlərin və mikroelektromexaniki sistemlərin (MEMS) (1÷100)nm ölçülərə qədər mikrominiatürləşdirilməsidir. Bu məqsədlə yarımkeçiricilər texnologiyasında istifadə olunan üsullar və proseslər təkmilləşdirilir; yeni qeyri-ənənəvi proseslər aparılır; yeni materiallar və fiziki effektlər tətbiq edilir.
Aşağıdan yuxarı prinsipi – atom və molekullardan yığılmış nanoelektron cihazların və qurğuların yaradılmasıdır.
Nanoquruluşlar yaratmaq üçün əsasən aşağıda göstərilmiş üsullar tətbiq edilir:
vakuumda nazik təbəqələrin formalaşdırılması;
elektron, ion, roentgen litoqrafiya; nano imprint (nanoçap);
epitaksiya üsulları;
özünü təşkil və özünü nizamlama;
zond mikroskopiya üsulları
Klassik optik və rentgen litoqrafiya ilə müqayisədə elektron litoqrafiya böyük bir üstünlüyə malikdir: Bu üsulda dalğa uzunluğu 0,1 nm olan sürətli elektronlar selindən istifadə edilir. Bu isə elektron litoqrafiyasını nano–ölçülü quruluşların topologiyasının yaradılması üçün çox effektiv edir. Lakin, rezistiv təbəqədə elektronların səpilməsi ayırdetməni 10 nm tərtibində məhdudlaşdırır. Nanoçap üsullarında elektron litoq- rafiyası ilə hazırlanmış bərk ştamplar istifadə edilir. nanoçap vasitəsilə nanoquruluşun topoloji təsviri polimer rezistin üzərinə köçürülür. Belə köçürmə zamanı maksimal ayırdetmə (10÷20) nm olur.
Epitaksiya üsulları (molekulyar–şüa epitaksiya, qaz fazadan kimyəvi çökdürmə, lokal epitaksiya və s.) kvant quruluşları, heteroquruluşlar, ifrat qəfəslər və s. yaratmaq üçün effektiv üsullardır. Atom səviyyəsində nazik təbəqələrin alınması üçün dəqiq üsullar, molekulyar–şüa epitaksiya, metal–üzvi birləşmələrin qaz fazadan epitaksiyası, lazerlər, fotoqəbuledicilər, rezonans–tunel diodları və s. yaratmaq üçün effektiv üsullardır. Bu üsullarla kvant çuxurları və ifrat qəfəslər alınır. Epitaksiya üsulları həm də kvant məftilləri və kvant nöqtələri almağa imkan verir. Kvant nöqtələri və kvant məftilləri nizamlı quruluşa malik altlıqlar üzərində göyərdilir.
Nanoçap üsulları böyük praktiki maraq kəsb edir. Bu üsullarda təsvirləri polimer rezist üzərinə köçürmək üçün elektron litoqrafiya üsulu ilə yaradılmış bərk ştamplar istifadə olunur. İqtisadi cəhətdən bu olduqca əlverişli üsuldur. Çünki, bir ştamp dəfələrlə istifadə edilə bilir. Hazırda nanoçapın ayırdetməsi onlarla nanometr tərtibindədir.
Nanokristalların özünü təşkilinə əsaslanan üsullar geniş tətbiq edilməkdədir. Burada özünütəşkil göyərməkdə olan nanokristallar ilə altlıq arasındakı mexaniki gərginliklərin təsiri ilə baş verir. Özünütəşkil zamanı nanohissəciklər verilmiş formalı və ölçülü quruluşlar yarada bilər. Bu zaman sistem termodinamik tarazlıq halında olur, yəni sistemin tam enerjisi minimal qiymət alır. Alınan kristalların ölçüləri 30 nm–dən kiçik olur. Özünütəşkil proseslərinin əsas tətbiq sahələri aşağıdakılardır:
–dönən xarakterli amorflaşma–kristallaşma prosesləri;
–amorf altlığa (polimer təbəqəsi, Si altlıq üzərində SiO2 təbəqəsi və s.) atom klasterləri daxil etməklə nizamlı kvant–ölçü quruluşlarının yaradılması;
–cihaz quruluşlarının aktiv elementləri kimi quruluş defektlərindən istifadə edilməsi.
Bir çox hallarda özünütəşkil ilə yaranmış nanoquruluşlar bir sıra əlavə unikal xassələrə (yüksək stabillik və radiasiyaya qarşı yüksək davamlılıq və s.) malik olur. Bu baxımdan altliğa başqa bir maddənin ionlarını daxil etməklə ion sintezi və ion modifikasiyası ilə alınmış heteroquruluşlar xüsusi əhəmiyyət kəsb edir. Belə modifikasiya nəticəsində yeni birləşmələr: sili- sidlər, oksidlər, nitridlər, karbidlər və s. yarana bilər. Bu birləşmələr inteqral sxemlərin istehsalında istifadə edilir. Misal olaraq, unikal fiziki xassələrinə görə geniş tətbiq olunan, kvant nöqtələri olan yarımkeçirici heteroquruluşları, məsələn GaAs altlıq üzərində İnAs kvant nöqtələri kimi quruluşları göstərmək olar. Belə quruluşlarda kvant nöqtələrinin ölçüləri (4÷20) nm arasında dəyişir.
Zond mikroskopiya üsullarını iki qrupa ayırmaq olar: litoqrafiya üsulları və qeyri–litoqrafiya üsulları. Litoqrafiya üsulları altlığın səthinə mexaniki təsir etməklə və yaxud səthin kontaktsız modifikasiya edilməsi ilə nanorelyefi formalaşdır- mağa imkan verir. Nanoelektronikanın aktiv elementlərinin yaradılması üçün zondun köməyilə altlığın lokal oksidləş- dirilməsi daha cəlbedici görünür. Üsulun mahiyyəti oksidləşə bilən səthdə, keçirici materialdan hazırlanmış zondun altında elektrik sahəsinin təsiri ilə elektrokimyəvi oksidləşmə reaksiya- sının getməsindən ibarətdir.
Müxtəlif nanomateriallar və nanoquruluşlar bir–birindən həm hazırlanma texnologiyasına, həm də funksional göstərici- lərinə görə fərqlənir. Bu materialların hamısı ümumi olan cəhət onların ölçüləridir. Ölçülər onların quruluşunu və xassələrini təyin edir. Quruluş və xassələr isə bilavasitə hazırlanma texno- logiyası iləbağlıdır. Odur ki, nanosəviyyədə materialların quru- luşunu öyrənmək və dəqiq texnoloji rejimlər işləyib hazırla- maqla yeni, qabaqcadan verilmiş xassələrə malik nanoquru- luşlar yaratmaq olar.
Dostları ilə paylaş: |
