Спосіб лазерно-індукованого формування впорядкованих острівцевих нанорозмірних структур на поверхні монокристалів cdte

Реферат: Спосіб формування впорядкованих острівцевих наноструктур на поверхні монокристалів CdTe, який ґрунтується на ефекті самоорганізації, при одноразовому опроміненні імпульсами рубінового лазера, при нормальному падінні променя на поверхню кристала. Опромінення здійснюють з густиною потужності імпульсу, величина якої відповідає режиму сильно нерівноважних станів та розвитку деформаційної нестійкості. UA 73662 U (12) UA 73662 U UA 73662 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області нанотехнологій, зокрема до способів формування впорядкованих нанорозмірних структур на поверхні напівпровідникових матеріалів. Актуальною задачею сучасного напівпровідникового матеріалознавства є розробка і створення простих і дешевих відтворюваних технологій наноструктурування поверхні напівпровідників. У зв'язку з цим постає питання створення наноструктур із заданими параметрами та їх впорядкування. Як одна з таких технологій може бути запропонована технологія потужного імпульсного лазерного опромінення поверхні напівпровідників, при якому на поверхні, в умовах сильної нерівноважності та неоднорідності, відбуваються складні фізичні та фізико-хімічні процеси. При цьому впорядкування отриманих наноострівців може, за певних умов, відбуватися за рахунок просторової самоорганізації ансамблю наноострівців. Під терміном "самоорганізація" наноструктур слід розуміти самовільне виникнення порядку в вихідній однорідній системі. Цей підхід дає можливість аналізувати з єдиних позицій різні механізми спонтанного виникнення наноструктур, при якому рівновага, як правило, встигає встановитися лише частково (наприклад, рівновага встановлюється на поверхні і не встигає встановитись в об'ємі). Не дивлячись на те, що причини нестійкості різні для кожного класу наноструктур, є загальна причина виникнення впорядкування в неоднорідному стані для всіх класів наноструктур - пружна взаємодія. У всіх цих системах сусідні області відрізняються сталою кристалічної решітки і (або) структурою поверхні, тобто границі областей є джерелами дальнодіючих полів пружних напруг. Це дозволяє використати єдиний підхід до всіх класів впорядкованих наноструктур і розглядати їх як рівноважні структури пружних областей, що відповідають мінімуму вільної енергії. Самоорганізація лазерно-індукованих дефектів (міжвузлових, вакансій, електронно-діркових пар), які взаємодіють один з одним через поле деформації пружного континуума, досліджувалась в роботах [1,2]. При деяких режимах лазерного опромінення спостерігається впорядкування нанорельєфу на поверхні кристалів. У механізмах утворення періодичних впорядкованих структур на поверхні напівпровідників задіяне широке коло явищ фізики твердого тіла та напівпровідникових технологій, що належать до більш широкого класу фундаментальних явищ самоорганізації в конденсованих середовищах. Зростання інтересу до цієї області досліджень пов'язане з необхідністю отримання напівпровідникових наноструктур з характерними розмірами 1-100 нм. Крім того, спонтанне впорядкування наноструктур дозволяє отримувати включення вузькозонних напівпровідників в широкозонній матриці і тим самим створювати локалізуючий потенціал для носіїв струму. Періодичні структури таких включень можуть утворювати надґратки, які складаються з квантових ям, дротів або точок. Явища спонтанного утворення періодичного рельєфу поверхні створюють основу для нової технології отримання впорядкованих масивів квантових об'єктів (дротів, квантових точок тощо) - базу для опто- та наноелектроніки нового покоління. Відомими є низка способів формування нанорозмірних структур, в яких використовується явище самоорганізації, в тому числі нанорозмірних частинок кристалів CdTe. Відомим є спосіб самоорганізації квантових нанокристалів CdTe шляхом випаровування водяного колоїдного розчину на гідрофобній та гідрофільній поверхні [3]. Експеримент проводився шляхом нанесення краплі (8 мкл) колоїдного розчину квантових точок CdTe з негативно зарядженою поверхнею на скляну підкладину, з нанесеним гідрофобним чи гідрофільним шаром, та повільного висушування цієї краплі. В результаті чого були отримані дендритні структури різної морфології і розмірів. Недоліком даного способу є використання негативно заряджених молекул меркаптооцтової кислоти, для стабілізації КТ CdTe, що призводить до їх розчинності у воді, та необхідність постійного контролю локального тиску водяної пари та швидкості випаровування краплі колоїдного розчину. Як найближчий аналог вибрано спосіб лазерно-індукованого формування острівцевих нанорозмірних структур на поверхні монокристалів CdTe [4], в якому формування острівцевих наноструктур на поверхні монокристалів CdTe лазерними одиночними імпульсами наносекундної тривалості з області фундаментального поглинання світла, при нормальному падінні променя на поверхню кристалу здійснюють одноразовим опроміненням з густиною 2 2 потужності імпульсу /, величина якої 4 МВт/см 18 МВт/см відбувається згладжування поверхні внаслідок плавлення поверхні кристала. Запропонований спосіб дає можливість сформувати впорядковані наноострівці більш однорідні за розмірами, порівняно з найближчим аналогом. Крім того спостерігається менший розкид наноострівців за формою і розмірами. Приклад реалізації способу. Формування напівпровідникових поверхневих впорядкованих нанорозмірних острівцевих структур проводилося опроміненням монокристалів p-CdTe орієнтації (111) випромінюванням багатомодового рубінового лазера, що працює в режимі 8 модульованої добротності з тривалістю імпульсу  = 210- с. Промінь випромінювання спрямовували на поверхню зразка під прямим кутом. Для отримання однорідного пучка лазерного випромінювання додатково використовувався кварцовий дифузор. Густина потужності лазерного випромінювання варіювалася за допомогою нейтральних сірих фільтрів, і 2 2 2 становила I1 = 10 МВт/см , I2 = 12 МВт/см та I3 = 18 МВт/см . Опромінення, як і в найближчому аналозі, проводилося на повітрі при кімнатній температурі. Морфологію вихідної поверхні зразків та поверхню кристалів, після проведення опромінення досліджували за допомогою атомно-силової мікроскопії. Ступінь впорядкованості наноострівців на поверхні аналізувалася по комп'ютерному Фур'є-перетворенню АСМ-зображення. АСМ-зображення 11 мкм поверхні кристала CdTe та їх Фур'є-перетворення зображено на графічних матеріалах. Креслення: Фіг. 1, Фіг. 2 та Фіг. 3 - відповідають значенням густини енергії I1, І2 та І3 відповідно. Аналіз Фур'є-претворення показує, що при опроміненні імпульсами лазерного випромінювання з густиною потужності I1 спостерігається чотири максимуми, що вказує на утворення двовимірної структури (Фіг. 1b). При опроміненні з густиною потужності I2 спостерігається квазігексагональна структура - Фур'є-перетворення АСМ-зображення поверхні складається з кільця скінченої товщини з декількома парами локальних максимумів на ньому (шість максимумів, які групуються по три вздовж діагонального напрямку) (Фіг. 2d), що свідчить про початок нелінійної кутової самоорганізації, тобто про утворення гексагональної структури. При опроміненні з густиною потужності І3 Фур'є-претворення показує утворення одномірної структури (два максимуми вздовж діагонального напрямку) (Фіг. 3f) Спосіб забезпечує стабільно відтворюване просте і надійне отримання поверхневих впорядкованих острівцевих нанорозмірних структур. Джерела інформaції 1. Емельянов В.И. Самоорганизация упорядоченных дефектно-деформационных микро- и наноструктур на поверхности твердых тел под действием лазерного излучения. // Квантовая электроника. 1999. - Т. 28. - № 1. - С. 2-18. 2. Емельянов В.И Байдуллаева. А., Власенко А.И., Кузан Л.Ф., Литвин О.С., Мозоль П.Е. Плазменно-деформационный механизм образования ансамбля нанокластеров на поверхности кристаллов CdTe при одноимпульсном лазерном воздействии. // Письма в ЖТФ. - 2006. - Т. 32. В. 16. - С. 90-94. 3. Андрианов В.Е., Виноградов Г.Н., Баранов А.В. Самоорганизация квантовых нанокристаллов CdTe на гидрофобной поверхности // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2008 - Выпуск 51. "НАУЧНЫЕ ШКОЛЫ В СПбГУ ИТМО" - С. 300-308 4. Власенко O.I., Байдулаєва А., Бойко М.І. Спосіб лазерно-індукованого формування острівцевих нанорозмірних структур на поверхні монокристалів CdTe. Патент України на корисну модель № 61730. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб формування впорядкованих острівцевих наноструктур на поверхні монокристалів CdTe, який ґрунтується на ефекті самоорганізації, при одноразовому опроміненні імпульсами -8 рубінового лазера (λ=694 нм) тривалістю  =2·10 с, при нормальному падінні променя на 2 UA 73662 U поверхню кристала, який відрізняється тим, що опромінення здійснюють з густиною потужності 2 2 імпульсу I, величина якої лежить в межах 10 МВт/см  І  18 МВт/см , тобто відповідає режиму сильно нерівноважних станів та розвитку деформаційної нестійкості. 3 UA 73662 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4