Физики из Санкт-Петербурга в составе международного научного коллектива создали и описали методику роста полупроводниковых нанокристаллов сложной формы с использованием золота.
В будущем нанокристаллы станут основой для электроники нового поколения.
Полупроводниковые наноматериалы широко используются в различных научных и технических сферах благодаря своим уникальным свойствам, обусловленным нанометровыми размерами и особой структурой. На их основе создают устройства для оптоэлектроники, фотоники, медицины, альтернативной энергетики и других областей. К таким наноматериалам относятся квантовые ямы, нановискеры (нитевидные нанокристаллы) и квантовые точки. За открытие последних выпускник Санкт-Петербургского университета Алексей Екимов в 2023 году был удостоен Нобелевской премии.
Нитевидные нанокристаллы для производительных устройств
Нитевидные нанокристаллы (ННК) представляют собой мельчайшие структуры, длина которых значительно превышает их диаметр. ННК открывают огромные перспективы для разработки устройств нового поколения в оптоэлектронике, силовой электронике, медицине и других областях. Уже сегодня на их основе создают диоды, транзисторы, лазеры, газовые и световые датчики, нанопьезогенераторы и другие компоненты.
В отличие от традиционных полупроводников, нитевидные нанокристаллы обладают уникальными физическими свойствами, а их нанометровые размеры позволяют многократно уменьшить габариты приборов. Это, в свою очередь, дает возможность размещать больше элементов на чипе, значительно повышая производительность электронных устройств.
В настоящее время внимание ученых привлекают наноструктуры сложной формы и их интеграция с ключевой для микроэлектроники кремниевой платформой. Физики Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) впервые предложили методику для роста таких нанокристаллов из алюминия, галлия и мышьяка (AlGaAs), непосредственно на поверхности кремния, с использованием золота в качестве катализатора.
«Ранее мы показали, что свойства ННК на основе мышьяка могут кардинально отличаться от свойств объемного материала, что открывает перспективы для создания новых приборных приложений. В свою очередь, использование золота позволяет строго контролировать геометрические и структурные свойства нитевидных нанокристалов. Мы разработали специальную методику для роста таких кристаллов и изучили их свойства», — объяснил Родион Резник, руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ.
По его словам, такую наноструктуру можно сравнить с деревом. Сначала формируется основной «ствол» — нанокристалл первого поколения, — на котором затем вырастают «ветви», последующие поколения наноструктур. Такое строение многократно увеличивает площадь поверхности, что значительно увеличивает эффективность конечного прибора. Ветви соседних «деревьев» могут соединяться между собой, образуя разветвленную проводящую сеть — это особенно актуально при создании электронных устройств и логических схем. Кроме того, такие ветвистые структуры могут быть прочной основой для нанесения других материалов, что открывает возможности для разработки солнечных элементов, батарей и других перспективных устройств.
Физики из России занимают лидирующие позиции в мире в области создания полупроводниковых наноструктур. Сотрудники лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ занимаются изучением новых материалов для микроэлектроники: источников одиночных фотонов, эффективных светодиодов, солнечных элементов, лазеров, нанопьезогенераторов, а также интегрируют их с кремниевой платформой.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nanotechnology.