Разработана технология формирования наноприборов для нанофотоники

Российские исследователи смогли управляемо синтезировать высококачественные монокристаллы диоксида ванадия (VO₂) на трехмерных наноструктурах кремния, а также обеспечили селективный рост массивов наноколец VO₂. Результаты могут использоваться для создания логических наноэлементов в нейроморфных компьютерах, сенсорах и оптических фотонных устройствах. Статья опубликована в журнале CrystEngComm.

В настоящее время кремниевая электроника практически достигла предельных параметров. Для дальнейшего прогресса — увеличения быстродействия процессоров и уменьшения энергопотребления — нужны новые материалы с большим спектром функциональных свойств, чем у кремния. Промышленное применение таких материалов затруднено, так как их качество и уровень технологий производства приборов на их основе пока низкие. Ученые из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН и Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН предложили решение проблемы, интегрировав синтез VO₂ — материала с новыми свойствами — в существующую кремниевую технологию.

Преимущество VO₂ в том, что его монокристаллы могут очень быстро переходить из полупроводникового состояния в металлическое. Однако синтезированный на подложке из кремния кристалл разрушается при обычном фазовом переходе. Ученые предложили выращивать нанокристаллы на вершинах кремниевых наноигл диаметром около 20 нм. В этом случае площадь соприкосновения нанокристалла с подложкой минимальна, и разрушения не происходит. Ученые формировали практически все элементы приборов из кремния, используя кремниевую технологию, и только на финальном этапе синтезировали кристаллы VO₂. Такой подход открывает возможность массового формирования высокоточных дешевых наноприборов из VO₂.

«Изучив различные условия синтеза монокристаллов VO₂ из газовой фазы, мы с помощью комплексных исследований морфологии, атомной структуры кристаллов, их состава и электрических характеристик показали, что высококачественные монокристаллы диоксида ванадия синтезируются только при соблюдении оптимальной температуры около 460 °C. Отклонение от нее даже на 20 °C приводит к синтезу дефектных кристаллов, состоящих из нескольких фаз. Мы гарантированно можем выращивать монокристаллы VO₂ М-фазы с практически идеальными характеристиками. Именно кристаллы М-фазы способны переключаться из полупроводникового состояния в металлическое при температурах, близких к комнатной. Более того, мы научились управляемо синтезировать не только отдельные нанокристаллы и их массивы, но и более сложные структуры VO₂ в виде трехмерных массивов наноколец. Отметим, что до наших работ такой управляемый синтез отсутствовал», — говорит соавтор статьи Сергей Мутилин.

Трехмерные массивы наноколец VO₂ могут служить, в частности, оптическими резонаторами в перестраиваемых метаматериалах. Это дает новые возможности для динамического управления светом, в том числе для развития быстродействующих систем передачи и обработки информации.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.