Самоформируемая нитрид-кремниевая наномаска и ее применения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт 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