Самоформируемая нитрид-кремниевая наномаска и ее применения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Самоформируемая волнообразная наноструктура возникает на поверхности монокристаллического или аморфного кремния в процессе ее распыления наклонным пучком ионов азота. Волнообразная наноструктура — это твердая наномаска, плотный массив нанополос из нитрида кремния с периодом в интервале 30–90 нм. Рассмотрена индуцированная пространственная когерентность наномаски за счет формирования резких геометрических границ на поверхности кремния в области ионной бомбардировки. На основе наномаски и процессов травления (жидкостных и сухих) сформированы различные наноструктуры, которые находят применение в разных областях высоких технологий. Созданы прототипы солнечных элементов, нанопроволочных поляризаторов, наноструктурированных кремниевых подложек для поверхностно-усиленной спектроскопии комбинационного рассеяния света. Представлены результаты исследования начальных стадий кристаллизации белка лизоцима на наноструктурированных кремниевых подложках.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. К. Смирнов

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН; ООО “Квантовый кремний”

Автор, ответственный за переписку.
Email: smirnov@wostec.ru
Россия, Ярославль, 150067; Москва, 107078

Д. С. Кибалов

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН; ООО “Квантовый кремний”

Email: smirnov@wostec.ru
Россия, Ярославль, 150067; Москва, 107078

П. А. Лепшин

ООО “Квантовый кремний”

Email: smirnov@wostec.ru
Россия, Москва, 107078

И. В. Журавлев

ООО “Квантовый кремний”

Email: smirnov@wostec.ru
Россия, Москва, 107078

Г. Ф. Смирнова

ООО “Квантовый кремний”

Email: smirnov@wostec.ru
Россия, Москва, 107078

Список литературы

  1. Navez M., Sella C., Chaperot D. // C.R. Acad. Sci. Paris. 1962. V. 254. P. 240.
  2. Carter G., Vishnyakov V., Nobes M.J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1996. V. 115. P. 440. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(95)01522-1
  3. Erlebacher J.D., Aziz M.J., Chason E., Sinclair M.B., Floro J.A. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82. № 11. P. 2330. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.2330
  4. Elst K., Vandervorst J., Alay J., Snauwaer J., Hellemans L. // J. Vac. Sci. Technol. B. 1993. V. 11. № 6. P. 1968 https://doi.org/10.1116/1.586529
  5. Macko S., Frost F., Ziberi B., Forster D.F., Michely T. // Nanotechnology. 2010. V. 21. № 8. P. 085301. https://doi.org/10.1088/0957-4484/21/8/085301
  6. Vajo J.J., Doty R.E., Cirlin E.H. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1996. V. 14. № 5. P. 2709. https://doi.org/10.1116/1.580192
  7. Alkemade P.F.A., Jiang Z.X. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2001. V. 19. № 5. P. 1699. https://doi.org/10.1116/1.1389903
  8. Wittmaack K. // Surf. Sci. 1999. V. 419. P. 249.
  9. Смирнова М.А., Бачурин В.И., Чурилов А.Б. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2022. Т. 15. № 3.3. С. 8. https://doi.org/10.18721/JPM.153.301
  10. Kataoka Y., Wittmaack K. // Surf. Sci. 1999. V. 424. P. 299.
  11. Smirnov V.K., Kibalov D.S., Krivelevich S.A., Lepshin P.A., Potapov E.V., Yankov R.A., Skorupa W., Makarov V.V., Danilin A.B. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1999. V. 147. P. 310. doi: 10.1016/S0168-583X(98)00610-7
  12. Смирнов В.К., Кибалов Д.С. // Тр. XIX междунар. конф. “Взаимодействие ионов с поверхностью ВИП-2009”. Звенигород, 2009. Т. 1. С. 36.
  13. Rudy A.S., Smirnov V.K. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1999. V. 159. P. 52. https://doi.org/ 10.1016/S0168-583X(99)00490-5
  14. Bachurin V.I., Lepshin P.A., Smirnov V.K. // Vacuum. 2000. V. 56. № 4. P. 241. https://doi.org/10.1016/S0042-207X(99)00194-3
  15. Reisner W., Morton K.J., Riehn R., Wang Y.M., Yu Z., Rosen M., Sturm J.C., Chou S.Y., Frey E., Austin R.H. // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. № 19–20. P. 196101. https://doi.org/ 10.1103/PhysRevLett.94.196101
  16. Унтила Г.Г., Кост Т.Н., Чеботарева А.Б., Белоусов М.Э., Самородов В.А., Поройков А.Ю., Тимофеев М.А., Закс М.Б., Ситников А.М., Солодуха О.И. // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45. Вып. 3. С. 379.
  17. Унтила Г.Г., Кост Т.Н., Чеботарева А.Б., Закс М.Б., Ситников А.М., Солодуха О.И. // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39. Вып. 11. С. 1393.
  18. Beard M.C., Knutsen K.P., Yu P., Luther J.M., Song Q., Metzger W.K., Ellingson R.J., Nozik A.J. // Nano Lett. 2007. V. 7. № 8. P. 2506. https://doi.org/10.1021/nl071486l
  19. Nozik A.J. // Chem. Phys. Lett. 2008. V. 457. P. 3. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2008.03.094
  20. Jacobs S., Levy M., Marchena E., Honsberg C.B. // Proc. 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference. San Diego, 2008. P. 4922718. https://doi.org/10.1109/PVSC.2008.4922718
  21. Ahn S.W., Lee K.D., Kim J.S., Kim S.H., Park J.D., Lee S.H., Yoon P.W. // Nanotechnology. 2005. V. 16. P. 1874. https://doi.org/10.1088/0957-4484/16/9/076
  22. Kim S.H., Park J.-D., Lee K.-D. // Nanotechnology. 2006. V. 17. P. 4436. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/17/025
  23. George M.C., Wang B., Petrova R., Li H., Bergquist J. // Proc. SPIE. 2013. V. 8704. P. 87042E. https://doi.org/10.1117/12.2016221
  24. Pelletier V., Asakawa K., Wu M., Adamson D.H., Register R.A., Chaikin P.M. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. P. 211114. https://doi.org/10.1063/1.2206100
  25. Papalia J.M., Adamson D.H., Chaikin P.M., Register R.A. // J. Appl. Phys. 2010. V. 107. P. 084305. https://doi.org/10.1063/1.3354099
  26. Weber T., Kroker S., Käsebier T., Kley E.-B., Tünnermann A. // Appl. Opt. 2014. V. 53. № 34. P. 8140. https://doi.org/10.1364/AO.53.008140
  27. Siefke T., Kroker S., Pfeiffer K., Puffky O., Dietrich K., Franta D., Ohlídal I., Szeghalmi A., Kley E.-B., Tünnermann A. // Adv. Opt. Mater. 2016. V. 4. № 11. P. 1780. https://doi.org/ 10.1002/adom.201600250
  28. Schmidt M.S., Boisen A., Hübner J. // Proc. 8th IEEE Conference on Sensors. Christchurch, New Zealand, 2009. P. 1763. https://doi.org/10.1109/ICSENS.2009.5398468
  29. Кукушкин В.И., Гришина Я.В., Егоров С.В., Соловьев В.В., Кукушкин И.В. // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. Вып. 8. С. 572. https://doi.org/10.7868/S0370274X16080038
  30. Zhang C., Jiang S.Z., Yang C., Li C.H., Huo Y.Y., Liu X.Y., Liu A.H., Wei Q., Gao S.S., Gao X.G., Man B.Y. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 25243. https://doi.org/ 10.1038/srep25243
  31. Bandarenka H.V., Girel K.V., Zavatski S.A., Panarin A., Terekhov S.N. // Materials. 2018. V. 11. № 5. P. 852. https://doi.org/10.3390/ma11050852
  32. Nanev C.N., Saridakis E., Chayen N.E. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 35821. https://doi.org/10.1038/srep35821
  33. Krauss I.R., Merlino A., Vergara A., Sica F. // Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14. P. 11643. https://doi.org/10.3390/ijms140611643
  34. Pechkova E., Bragazzi N.L., Nicolini C. // NanoWorld J. 2015. V. 1. № 2. P. 46. https://doi.org/10.17756/nwj.2015-006
  35. Pechkova E., Nicolini C. // NanoWorld J. 2018. V. 8. № 8. P. 48. https://doi.org/10.17756/nwj.2018-060
  36. Бойкова А.С., Дьякова Ю.А., Ильина К.Б., Марченкова М.А., Серегин А.Ю., Просеков П.А., Волковский Ю.А., Писаревский Ю.В., Ковальчук М.В. // Кристаллография. 2018. Т. 63. № 5. С. 703. https://doi.org/10.1134/S0023476118050065
  37. Pechkova E., Sartore M., Giacomelli L., Nicolini C. // Rev. Sci. Instrum. 2007. V. 78. P. 093704. https://doi.org/10.1063/1.2785032
  38. Дьякова Ю.А., Ковальчук М.В. // Кристаллография. 2022. Т. 67. № 5. С. 831. https://doi.org/10.31857/S0023476122050034
  39. Попов А.М., Дороватовский П.В., Мамичев Д.А., Марченкова М.А., Николаева А.Ю. // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 2. С. 259. https://doi.org/10.1134/S002347611902022X

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Строение и топология волнообразной наноструктуры: а – ПЭМ-изображение поперечного сечения (λ = 130 нм) нанополосок из аморфного нитрида кремния a-SiN (1) и подслоя из аморфного кремния a-Si (2) на монокристаллическом кремнии c-Si (3), указано направление потока ионов азота (4); б, в – РЭМ-изображения (вид сверху), λ = 30 и 80 нм соответственно. Размер поля зрения по горизонтали: а – 700 нм; б — 1.32 мкм; в – 4 мкм.

Скачать (809KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РЭМ-изображения образцов наноструктурированного кремния, полученного на основе наномаски, изготовленной в многостадийном процессе, и анизотропного щелочного травления кремния: а – Si(110); б — Si(100); в – Si(110); г — Si(113). Вид сверху (а) и под углом 70° (б–г). Период структуры λ: 40 (а–в); 80 нм (г). Размер поля зрения по горизонтали на изображениях: а – 2.347; б — 293.3; в – 293.3; г — 586.7 нм.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. РЭМ-изображения (вид сверху) образцов наномасок, изготовленных в многостадийном процессе, после травления кремния: а – жидкостного, λ = 50 нм; б — реактивного ионного на глубину 150 нм, λ = 80 нм.

Скачать (912KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Спектральная зависимость приращения внутреннего квантового выхода (∆Qi) для разных образцов прототипов солнечных элементов (1–3) на основе наноструктуры “черный кремний” (а). РЭМ-изображение скола образца солнечного элемента (вид под углом 70°): 4 — слой прозрачного проводящего оксида, облегающий острые вершины кремниевых нанохребтов 5 (б). Размер поля зрения по горизонтали 586.7 нм.

Скачать (427KB)
Метаданные
6. Рис. 5. РЭМ-изображения (виды сверху (а, в) и сколы под углом 82° (б, г)) образцов нанопроволочных поляризаторов: а, б — массив кварцевых нанохребтов на основе наномаски, изготовленной в многостадийном процессе, с периодом λ = 90 нм, покрытых слоем Al с правой стороны (видимая область света); в, г — массив нанохребтов из a-Si на основе обычной наномаски с периодом λ = 70 нм на поверхности кварца (ультрафиолетовая область спектра). Поверхности сколов покрыты тонким слоем золота толщиной 10 нм. Размер поля зрения по горизонтали: а – 4; б — 2; в – 4; г — 1.8 мкм.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. РЭМ-изображение (вид сверху) образца подложки для поверхностно-усиленной КРС, полученной на основе плотного массива кремниевых нанопиков с напыленным слоем серебра. Размер поля зрения по горизонтали 1.2 мкм.

Скачать (213KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Наноструктурированная подложка для роста белковых пленок: а – РЭМ-изображение (под углом 70°) скола наноструктуры Si(113), полученной на основе наномаски, изготовленной в многостадийном процессе, с периодом λ = 40 нм и жидкостного анизотропного травления кремния Si(113), размер поля зрения по горизонтали 234.7 нм; б — АСМ-изображение поверхности белковой пленки лизоцима (скан 640 × 640 нм), осажденной на поверхность наноструктуры Si(113); в – увеличенный фрагмент верхней части АСМ-изображения 180 ×130 нм: 1 — наноканавка; 2 — нанополоска; 3 — отдельная глобула лизоцима; 4 — линейная цепочка глобул лизоцима.

Скачать (635KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2024