Спосіб вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку
Власники патенту UA 2418110:
Винахід відноситься до галузі нанотехнології та наноелектроніки, а конкретно - до отримання латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. Спосіб включає формування на робочій стороні підкладки затравного шару оксиду цинку, що осаджується на горизонтальну поверхню робочої сторони підкладки суцільною плівкою. Після осадження затравного шару оксиду цинку на нього наносять шар захисного матеріалу, літографічно формують локальні області затравного шару і захисного шару матеріалу з збігаються торцевими ділянками. Підкладку занурюють і витримують в хімічному травнику оксиду цинку для підтравлювання торцевих ділянок затравного шару оксиду цинку кристалів оксиду цинку робочою стороною підкладки донизу. Технічний результат, що полягає в підвищенні відтворюваності процесу, досягається за рахунок використання краю захисного шару, що нависає, який не дозволяє рости нанокристалам оксиду цинку у вертикальному напрямку. 2 з.п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до галузі нанотехнології та наноелектроніки, а саме до отримання латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку.
Відомий спосіб вирощування вертикально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку [1]. Спосіб включає створення поверхні підкладки вертикально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку методом низькотемпературного рідинного хімічного осадження з водного розчину цинкових солей з додаванням гексаметилтетраміну і метинаміну.Недоліком даного способу є неможливість створення латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку.
Відомий спосіб вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку [2]. Спосіб включає формування на робочій стороні підкладки фоторезистивної маски, формування двошарового покриття послідовним осадженням оксиду шарів цинку і захисного матеріалу. Як захисний вибирають матеріал, хімічно інертний до хімічного розчину, для зростання нанокристалів оксиду цинку. Як захисний матеріал використовують хром. За допомогою техніки вибухової літографії формують локальні області двошарового покриття з вертикально розташованими торцевими ділянками. Отриману структуру занурюють та витримують у хімічному розчині для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. Як хімічний розчин використовують водний розчин, що містить цинковмісні солі і гексаметилтетрамін. Потім підкладку витягають із хімічного розчину і сушать. Зростання нанокристалів оксиду цинку у цьому способі відбувається при температурі від 60 до 90°С. Недоліком даного способу є мала відтворюваність процесу латерального росту ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку, так як частина нанокристалів зростає в різних напрямках щодо латерального. Крім того, як хімічний розчин для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку використовують розчин, що забезпечує лише гомогенний ріст ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку, що значною мірою підвищує ймовірність утворення в об'ємі розчину кристалітів оксиду цинку і, як наслідок, також знижує відтворюваність процесу ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку.
Найбільш близьким до пропонованоготехнічного рішення є спосіб вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку [3]. Спосіб включає формування на робочій стороні кремнієвої підкладки затравного шару оксиду цинку. Для цього на робочій стороні підкладки кремнієвої формують фоторезистивну маску. Селективно у кремнієвій підкладці створюють поглиблення. Методом магнетронного напилення під кутом 45 градусів до поверхні робочої сторони кремнієвої підкладки наносять шар наночастинок оксиду цинку (несуцільний шар). Потім на затравному шарі оксиду цинку проводять вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. Зростання нанокристалів оксиду цинку здійснюють із газової фази. Недоліком даного методу є мала відтворюваність процесу латерального росту ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку, так як частина нанокристалів зростає у різних напрямках щодо латерального. Крім того, через використання операції газофазного осадження ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку при температурах більше 500°С, не забезпечується можливість застосування підкладок, що характеризуються невисокою тепловою стійкістю (наприклад, металоорганічних), що обмежує номенклатуру оксиду, що використовуються для вирощування ниткоподібних нанокристалів.
Завдання винаходу - підвищення відтворюваності процесу латерального зростання ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку.
Сутність винаходу полягає у наступному.
Спосіб вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку включає формування на робочій стороні підкладки затравного шару оксиду цинку. При цьому затравний шар оксиду цинку беруть в облогу на горизонтальну поверхню робочої сторони підкладки суцільною плівкою. Після осадження затравного шаруоксиду цинку на нього беруть в облогу шар захисного матеріалу. Як шар захисного матеріалу може бути використана плівка титану. Літографічно формують локальні області затравного шару і шару захисного матеріалу з торцевими ділянками, що збігаються. Підкладку занурюють і витримують у хімічному травнику оксиду цинку для травлення торцевих ділянок затравного шару оксиду цинку на величину не меншу 5 нм. Проводять вирощування на шарі затравки латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. Вирощування проводять зануренням та витримкою підкладки у хімічному розчині для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку робочою стороною підкладки донизу. В якості хімічного розчину для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку може бути використаний водний розчин солей, що містять цинк з додаванням лугу.
Детальний аналіз способу-прототипу показав, що частина нанокристалів оксиду цинку зростає з відхиленням від латерального спрямування. Це з тим, що у цьому способі відсутня обмежувач зростання нанокристалів у вертикальному напрямі. У запропонованому способі такий обмежувач росту створюють тим, що підкладку занурюють і витримують у хімічному травнику оксиду цинку для травлення торцевих ділянок шару оксиду цинку (підтравлення шару оксиду цинку з торцевих ділянок). Травлення торцевих ділянок шару оксиду цинку проводять на величину не менше 5 нм. В результаті цього над шаром оксиду цинку утворюється частина захисного шару (козирок), що нависає, служить ефективним обмежувачем зростання нанокристалів у вертикальному напрямку. З проведеного нами детального експериментального дослідження було встановлено, що при травленні торцевих ділянок шару оксиду цинку на величину, меншу за 5 нм, суттєвозбільшується число нанокристалів оксиду цинку, що відхиляються від ростуть у горизонтальному напрямку.
В обсязі хімічного розчину для вирощування нанокристалів оксиду цинку безперервно утворюються кристаліти оксиду цинку, які здатні осідати на латерально вирощувані ниткоподібні нанокристали і ускладнювати їх подальший спрямований ріст. У запропонованому способі занурення та витримку підкладки у хімічному розчині проводять у горизонтальному положенні робочою стороною підкладки вниз. Це дозволяє уникнути попадання кристалітів на ниткоподібні нанокристали оксиду цинку, що вирощуються.
Як хімічні розчини для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку використовують розчини, що забезпечують як гомогенний, так і гетерогенний ріст ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. У першому випадку значною мірою підвищується ймовірність утворення об'єму розчину кристалітів оксиду цинку, і, як наслідок, знижується відтворюваність процесу росту латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. В якості хімічного розчину для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку в способі, що заявляється, пропонується використання водного розчину цинковмісних солей з додаванням лугу. Це дозволяє проводити гетерогенний ріст ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку та суттєво знизити ймовірність утворення в об'ємі розчину кристалітів оксиду цинку.
Титан має високу адгезійну здатність до шару оксиду цинку, виявляє інші властивості захисного матеріалу, тому є ефективним матеріалом для створення захисного шару.
На кресленні наведено коротку технологічну послідовність вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку, де а - формування напідкладці затравного шару оксиду цинку і шару захисного матеріалу, б - формування локальних областей затравочного шару і шару захисного матеріалу з торцевими ділянками, що збігаються, в - підтравлювання торцевих ділянок шару оксиду цинку, г - вирощування латерально розташованих ниткоподібних 2 - шар оксиду цинку, 3 - шар захисного матеріалу, 4 - латерально розташовані ниткоподібні нанокристали оксиду цинку.
Спосіб вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку включає формування на робочій стороні підкладки затравного шару оксиду цинку. При цьому затравний шар оксиду цинку беруть в облогу на горизонтальну поверхню робочої сторони підкладки суцільною плівкою товщиною 300 нм. Після осадження затравного шару оксиду цинку на нього беруть в облогу шар захисного матеріалу. Як шар захисного матеріалу осаджують плівку титану товщиною 200 нм. Літографічно формують локальні області затравного шару і шару захисного матеріалу з вертикально розташованими збігаються торцевими ділянками. Підкладку занурюють і витримують у хімічному травнику оксиду цинку для травлення торцевих ділянок затравного шару оксиду цинку на величину 10 нм. Як травник використовують розчин 0,1 М соляної кислоти. Потім проводять вирощування на шарі затравки латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. Вирощування проводять зануренням та витримкою підкладки у хімічному розчині для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку робочою стороною підкладки донизу. Як розчин використовують водний розчин цинковмісних солей з додаванням лугу (0,01 М Zn(NO3)2 і 0,4 М NaOH). Занурення та витримку підкладки в хімічному розчині проводять у горизонтальному положенні робочоїстороною підкладки донизу. На закінчення підкладку витягають із хімічного розчину і сушать.
Позитивний ефект від використання запропонованого способу полягає у підвищенні відтворюваності процесу латерального росту ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку. Через застосування низькотемпературного росту ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку в латеральному напрямку забезпечується можливість використання більш дешевих підкладок (у порівнянні з кремнієм), що значно знижує собівартість створення структур, що містять латерально розташовані ниткоподібні нанокристали оксиду цинку.
Практична значимість запропонованого способу полягає у можливості створення на основі структур з латерально розташованими нанокристалами оксиду цинку високочутливих датчиків різних газів, мікрогенераторів струму.
1. Патент США US 007265037, H01L 21/20.
2. Yong Qin, Russen Yang, і Zhong Lin Wang, Рівень Horizontal ZnO Nanowire Arrays на Any Substrate, J. Phys. Chem. C, 2008, vol.112, no.48, p.18734-18736.
3. Патент США US 007208094, C23F 1/00, H01L 21/00 – прототип.
1. Спосіб вирощування латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку, що включає формування заробітної сили суцільною плівкою , після осадження затравного шару оксиду цинку на нього беруть в облогу шар захисного матеріалу, літографічно формують локальні області затравочного шару і шару захисного матеріалу з збігаються торцевими ділянками, потім підкладку занурюють і витримують в хімічному.травнику оксиду цинку для підтравлювання торцевих ділянок затравного шару оксиду цинку на величину, не меншу 5 нм, а вирощування на затравному шарі латерально розташованих ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку проводять зануренням і витримкою підкладки в хімічній розчині підкладки вниз.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що шаром захисного матеріалу осаджують плівку титану.
3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що в якості хімічного розчину для вирощування ниткоподібних нанокристалів оксиду цинку використовують водний розчин солей, що містять цинку з додаванням лугу.