Разработана технология формирования наноприборов для нанофотоники

Разработана технология формирования наноприборов для нанофотоники

CUDOS ARC Centre of Excellence/Indicator.Ru

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.

Упорядоченные массивы наноколец диоксида ванадия, селективно синтезированных на поверхности цилиндров, вытравленных из кремния  с помощью Бош-процесса

Упорядоченные массивы наноколец диоксида ванадия, селективно синтезированных на поверхности цилиндров, вытравленных из кремния с помощью Бош-процесса

«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.