С помощью этой методики можно создавать новые эффективные элементы для солнечных батарей
Ученые Уральского федерального университета и Воронежского
государственного университета при поддержке Российского научного
фонда придумали способ, как вырастить низкодефектные пленки
полупроводников группы GaAs на кремниевых подложках.
Применяя этот способ к разным материалам, в будущем
можно будет создавать новые эффективные элементы для солнечных
батарей, светодиодов и компьютеров. Результаты
исследования опубликованы в Applied
Surface Science.
Идея соединить в одном приборе важнейшие для современной
электроники полупроводники — кремний Si и арсенид
галлия GaAs — давно возникла в физике
наногетероструктур. Свойства арсенида галлия позволяют применять
его в мощных полупроводниковых лазерах и других
оптоэлектронных приборах. Кроме того, этот материал устойчив
к радиации, а значит, может использоваться
и в космосе. Однако арсенид галлия уступает кремнию
по ряду характеристик. Совмещение соединений элементов
третьей и пятой групп Периодической таблицы (обобщенно
их называют AIIIBV-соединения), таких как полупроводники
группы GaAs, с кремниевыми подложками — уникальный шанс
объединить преимущества передовых полупроводниковых материалов
с возможностями кремниевой технологии.
До сих пор известные способы выращивания пленок арсенида
галлия на кремниевой подложке не срабатывали из-за
разницы в параметрах кристаллических решеток
материалов — размеры элементарных ячеек у них
значительно отличаются, что приводит к формированию
дефектов. Не меньшую проблему представляет разница
в коэффициентах температурного расширения материалов: даже
если осаждение молекул арсенида галлия на кремниевую
подложку проходит успешно, остывают слои по-разному,
и образуются трещины.
Справиться с этим, как показали ранее исследования физиков
УрФУ и ВГУ, в некоторых случаях помогает дополнительный
слой кремния — но не обычного, а пористого.
Подложку с таким дополнительным слоем называют «податливой»,
так как пористый кремний подстраивается под кристаллическую
решетку следующего слоя, и число дефектов сокращается.
Но этот метод тоже не идеален — использование
макро- и мезопористого кремния не всегда спасает.
В новом исследовании ученые пошли дальше и объединили
в структуру податливой подложки пористый кремний
и сверхструктурный слой на основе AIIIBV.
Сверхструктурный слой, или дополнительный уровень организации
материала, образован за счет слоевого упорядочения атомов
в элементарной ячейке.
Новая технология роста интегрированных гетероструктур включает
обработку кремниевой подложки, формирование слоя пористого
кремния и последующее осаждение на него тонких слоев
полупроводников из газообразной фазы. Исследования
полученных гетероструктур GaAs/Si несколькими
структурно-спектроскопическими методами показали, что введение
в состав податливой подложки сверхструктурного слоя
нивелирует ряд негативных эффектов эпитаксиального роста
(направленного роста одного кристалла на поверхности
другого). В пленках образуется меньше дефектов, чем при
традиционной технологии. Кроме того, новый способ позволяет
сократить число технологических операций по росту переходных
буферных слоев.
«Мы считаем, что использование сверхструктурного
слоя — ключевой фактор в более эффективном
перераспределении напряжений в гетероструктурах, —
отмечает ведущий научный сотрудник Научно-образовательного
центра „Наноматериалы и нанотехнологии“ УрФУ, заведующий
кафедрой физики твердого тела и наноструктур физического
факультета Воронежского государственного университета Павел
Середин. — Конечно же, здесь еще очень много работы.
Но мы полагаем, что использование податливых
подложек, в которые введены такие дополнительные слои,
позволит улучшить структурные и морфологические свойства
эпитаксиальной пленки, а также добиться ее хороших
оптических характеристик. Еще одна интересная идея в этой
области, которую мы хотели бы реализовать, —
использование податливых подложек для объединения
AIIIBV-полупроводниковых систем в одномерной форме
с кремниевой схемой обработки сигналов. Вместе
с коллегами из РАН мы подготовили заявку
на один из конкурсов Президентской программы грантов
РНФ и надеемся осуществить давнюю мечту оптического
сообщества».Иллюстрация: Поверхность эпитаксиального слоя сформирована
плотной упаковкой блоков (мозаичная структура). Иллюстрация:
Applied Surface Science.
Источник: urfu.ru
Источник: scientificrussia.ru
