Получение кремниевых нитевидных нанокристаллов

Abstract

Представлены результаты серии экспериментальных исследований по выращиванию нитевидных нанокристаллов (ННК) кремния методом химического парового осаждения в открытой проточной системе по механизму «пар—жидкость—кристалл» (ПЖК). В результате выполненных ростовых экспериментов получены ННК кремния со средним диаметром ≅ 100 нм. На основе метода кинетического эксперимента выполнено моделирование аксиального и радиального роста ННК. Кроме того, были определены следующие кинетические параметры роста: эффективное перенасыщение в газовой фазе, кинетический коэффициент кристаллизации и критический диаметр. Показано, что кристаллы диаметром 50—70 нм растут по механизму ПЖК, в то время как кристаллы больших диаметров растут согласно двум механизмам – ПЖК и ПК, что обусловливает формирование более выраженных гетероструктур с кристаллическим ядром и внешней пористой оболочкой.

Представлено результати серії експериментальних досліджень з вирощування ниткуватих нанокристалів (ННК) кремнію методою хемічного парового осадження у відкритій проточній системі за механізмом «пара—рідина—кристал» (ПРК). У результаті виконаних ростових експериментів одержано ННК кремнію з середнім діяметром ≅ 100 нм. На основі методи кінетичного експерименту виконано моделювання аксіяльного і радіяльного росту ННК. Крім того, визначено наступні кінетичні параметри росту: ефективну перенасиченість у газовій фазі, кінетичний коефіцієнт кристалізації та критичний діяметер. Показано, що кристали діяметром 50—70 нм ростуть за ПРК-механізмом, у той час як кристали більших діяметрів ростуть за двома механізмами – ПРК і ПК, що зумовлює утворення більш виражених гетероструктур із внутрішнім ядром та зовнішньою пористою оболонкою.

The results of experimental studies of silicon nanowires (NW) grown by the chemical vapour deposition (CVD) method in open system according to ‘vapour—liquid—solid’ (VLS) mechanism are presented. As a result of experiment, the Si NW with an average diameter of ≅ 100 nm are grown. Based on kinetic experiment, a mathematical simulation of the axial and radial silicon NW growth is performed. In addition, the following kinetic parameters are determined: effective supersaturation in a gas phase, kinetic crystallization coefficient, and cut-off diameter. As shown, the 50—70 nm diameter crystals grow according to the VLS mechanism, while the larger-diameter crystals grow according to two mechanisms, VLS and VS, that causes formation of more pronounced heterostructures with inner core and outer porous shell.