Queste sono immagini ottiche e SEM dell'array di nanofili InAsyP1-y. Credito:UNIST
Ricercatori dell'Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan, Corea del Sud, e l'Università dell'Illinois hanno sviluppato i nanofili III-V di crescita eteroepitassiale su larga scala su un wafer di silicio.
Il team di ricerca ha dimostrato un nuovo metodo per sintetizzare epitassialmente nanofili ternari InAsyP1-y ternari strutturalmente e composizionalmente omogenei e spazialmente uniformi su scala di wafer utilizzando la deposizione di vapore chimico metallo-organico (MOCVD). L'elevata qualità dei nanofili si riflette nella larghezza del picco dei raggi X e PL notevolmente ridotta e nel fattore di idealità estremamente basso nel diodo nanowire/Si InAsyP1-y.
Un nanofilo è una nanostruttura con un diametro dell'ordine di un nanometro (10-9 metri). In alternativa, i nanofili possono essere definiti come strutture che hanno uno spessore o un diametro vincolato a decine di nanometri o meno e una lunghezza non vincolata. La tecnologia relativa ai nanofili è stata selezionata come una delle 10 tecnologie innovative del 2004 dal MIT Technology Review.
I semiconduttori ad alto rapporto d'aspetto hanno portato a scoperte significative nel campo elettrico convenzionale, ottico, e dispositivi per la raccolta di energia. Tra tali strutture, I nanofili semiconduttori III-V offrono proprietà uniche derivanti dalla loro elevata mobilità degli elettroni e coefficienti di assorbimento, così come i loro bandgap diretti.
Una tecnica comune per creare un nanofilo è la sintesi Vapor-Liquid-Solid (VLS). Questo processo può produrre nanofili cristallini di alcuni materiali semiconduttori. Però, catalizzatori metallici, metalli nobili solitamente costosi, dovrebbe essere usato per avviare il meccanismo VLS. Inoltre, questi catalizzatori metallici sono noti per degradare significativamente la qualità dei nanofili semiconduttori creando livelli profondi, limitando così le applicazioni pratiche dei nanofili nei dispositivi optoelettronici.
Questa è una caratterizzazione elettrica delle celle solari ad eterogiunzione composte da array di nanofili n-InAs0.7P0.3 su substrato p-Si (111). Credito:UNIST
In questo lavoro, però, Il gruppo del prof. Choi ha sviluppato una nuova tecnica per far crescere nanofili semiconduttori III-V senza catalizzatori metallici o nano-patterning. Deposizione da vapore chimico metallo-organico (MOCVD, AIXTRON A200) è stato utilizzato per la crescita di InAsyP1-y. Un wafer di Si (111) da 2 pollici è stato pulito con tampone ossido di attacco per 1 minuto e acqua deionizzata (DI) per 2 secondi. Quindi, il wafer è stato immediatamente immerso in una soluzione di poli-L-lisina (Sigma-Aldrich inc.) per 3 minuti quindi risciacquato in acqua deionizzata per 10 secondi. Il substrato di Si è stato quindi caricato nel reattore MOCVD senza alcun ritardo. La pressione del reattore è stata abbassata a 50 mbar con 15 litri/min di flusso di gas idrogeno. Quindi il reattore è stato riscaldato alle temperature di crescita (570 – 630 ), e stabilizzato per 10 minuti.
Kyoung Jin Choi, Professore Associato presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Corea, e Xiuling Li, Professore all'Università dell'Illinois, Gli Stati Uniti hanno guidato la ricerca e questa descrizione della nuova ricerca è stata pubblicata sul web il 7 maggio in ACS Nano . (Titolo:Wafer-Scale Production of Uniform InAsyP1-y Nanowire Array su silicio per l'integrazione eterogenea).
"Se sviluppiamo una nuova tecnologia che gestisce la densità del nanofilo e l'energia del bandgap con ulteriori studi, è anche possibile produrre celle solari su larga scala ad alta efficienza e a basso costo, " ha detto il Prof. Choi. "Questa tecnologia ci darà la possibilità di guidare la ricerca sulle nuove energie rinnovabili".
