Метод за отглеждане на странично разположени мустачки нанокристали от цинков оксид

Притежатели на патенти RU 2418110:

Изобретението се отнася до областта на нанотехнологиите и наноелектрониката и по-специално до производството на странично разположени мустакови нанокристали от цинков оксид. Методът включва формиране на зародишен слой от цинков оксид върху работната страна на субстрата, който се отлага върху хоризонталната повърхност на работната страна на субстрата като непрекъснат филм. След отлагането на зародишния слой от цинков оксид върху него се нанася слой от защитен материал, локалните области на зародишния слой и слоя от защитен материал се оформят литографски със съвпадащи крайни секции. Субстратът се потапя и държи в химически ецващ препарат за цинков оксид, за да се ецват крайните участъци на зародишния слой от цинков оксид със стойност не по-малка от 5 nm, и странично разположени нанокристали от цинков оксид с форма на мустаци се отглеждат върху зародишния слой чрез потапяне и задържане на субстрата в химически разтвор за отглеждане на нанокристали от цинков оксид с мустаци с работната страна на субстракта надолу. Техническият резултат, който се състои в повишаване на възпроизводимостта на процеса, се постига чрез използване на надвисналия ръб на защитния слой, който не позволява растеж на нанокристали от цинков оксид във вертикална посока. 2 т.п. ф-лия, 1 ил.

Известен метод за отглеждане на вертикално подредени мустаци нанокристали от цинков оксид [1]. Същността на метода включва създаване на вертикално разположени нанокристали от цинков оксид във формата на мустаци върху повърхността на субстрата чрез метода на нискотемпературно течно химическо утаяване от воден разтвор на цинкови соли с добавяне на хексаметилтетрамин и метенамин.Недостатъкът на този метод е невъзможността за създаване на странично разположени нишки нанокристали от цинков оксид.

Известен метод за отглеждане на нанокристали от цинков оксид, разположени странично, с мустаци [2]. Методът включва формиране на фоторезистивна маска от работната страна на субстрата, формиране на двуслойно покритие чрез последователно нанасяне на слоеве от цинков оксид и защитен материал. Като защитен материал се избира материал, който е химически инертен към химически разтвор за растеж на нанокристали от цинков оксид. Хромът се използва като защитен материал. С помощта на техниката на експлозивна литография се формират локални зони на двуслойно покритие с вертикално разположени крайни участъци. Получената структура се потапя и държи в химичен разтвор за отглеждане на нановискери от цинков оксид. Като химичен разтвор се използва воден разтвор, съдържащ цинк-съдържащи соли и хексаметилтетрамин. След това субстратът се отстранява от химическия разтвор и се изсушава. Растежът на нанокристали от цинков оксид при този метод става при температура от 60 до 90°C. Недостатъкът на този метод е ниската възпроизводимост на процеса на страничен растеж на нишковидни нанокристали от цинков оксид, тъй като някои от нанокристалите растат в различни посоки спрямо страничната. В допълнение, като химически разтвор за отглеждане на мустаци на нанокристали от цинков оксид се използва разтвор, който осигурява само хомогенен растеж на мустаци на нанокристали от цинков оксид.

най-близо до предложенототехническо решение е метод за отглеждане на странично разположени мустаци на нанокристали от цинков оксид [3]. Методът включва формиране на зародишен слой от цинков оксид върху работната страна на силициевия субстрат. За да направите това, върху работната страна на силициевия субстрат се формира фоторезистивна маска. Трапчинки се създават избирателно в силиконовия субстрат. Използвайки магнетронно разпрашване под ъгъл от 45 градуса спрямо повърхността на работната страна на силициевия субстрат, се нанася слой от наночастици цинков оксид (непрекъснат слой). След това върху зародишния слой от цинков оксид се отглеждат странично разположени нанокристали от цинков оксид. Растежът на нанокристали от цинков оксид се осъществява от газовата фаза. Недостатъкът на този метод е ниската възпроизводимост на процеса на страничен растеж на нишковидни нанокристали от цинков оксид, тъй като някои от нанокристалите растат в различни посоки спрямо страничната. В допълнение, поради използването на операцията на отлагане в газова фаза на мустаци на нанокристали от цинков оксид при температури над 500 ° C, не е възможно да се използват субстрати, характеризиращи се с ниска термична стабилност (например органометални), което ограничава обхвата на субстратите, използвани за отглеждане на мустаци на нанокристали от цинков оксид.

Целта на изобретението е да се повиши възпроизводимостта на процеса на страничен растеж на мустачкови нанокристали от цинков оксид.

Същността на изобретението е следната.

Методът за отглеждане на странично разположени нишки нанокристали от цинков оксид включва образуването на зародишен слой от цинков оксид върху работната страна на субстрата. В този случай зародишният слой от цинков оксид се отлага върху хоризонталната повърхност на работната страна на субстрата като непрекъснат филм. След отлагането на семенния слойцинков оксид, върху него се нанася слой защитен материал. Като защитен материал може да се използва титанов филм. Оформете литографски локални зони от зародишния слой и слоя от защитен материал със съответстващи крайни секции. Субстратът се потапя и се държи в химически ецващ препарат за цинков оксид, за да се ецват крайните участъци на зародишния слой цинков оксид със стойност не по-малка от 5 nm. Прекарайте отглеждане върху зародишния слой на странично разположени нишковидни нанокристали от цинков оксид. Растежът се извършва чрез потапяне и накисване на субстрата в химически разтвор за отглеждане на мустачки от нанокристали цинков оксид с работната страна на субстрата надолу. Като химически разтвор за отглеждане на мустаци на нанокристали от цинков оксид може да се използва воден разтвор на цинк-съдържащи соли с добавяне на алкали.

Детайлен анализ на прототипния метод показа, че част от нанокристалите на цинковия оксид растат с отклонение от страничната посока. Това се дължи на факта, че при този метод няма ограничител за растежа на нанокристалите във вертикална посока. В предложения метод такъв ограничител на растежа се създава чрез потапяне на субстрата и задържането му в химически ецващ препарат за цинков оксид за ецване на крайните секции на слоя цинков оксид (ецване на слоя цинков оксид от крайните секции). Гравирането на крайните участъци на слоя цинков оксид се извършва със стойност не по-малка от 5 nm. В резултат на това над слоя цинков оксид се образува надвиснала част от защитния слой (козирка), която служи като ефективен ограничител за растежа на нанокристалите във вертикална посока. От нашето подробно експериментално изследване беше установено, че когато крайните участъци на слоя цинков оксид са гравирани със стойност, по-малка от 5 nm, това е значителноброят на нанокристалите цинков оксид, отклоняващи се от растящите в хоризонтална посока, се увеличава.

В обема на химическия разтвор за отглеждане на нанокристали от цинков оксид непрекъснато се образуват кристалити от цинков оксид, които могат да се отлагат върху странично израснали нанокристали с мустаци и да възпрепятстват по-нататъшния им насочен растеж. При предложения метод субстратът се потапя и държи в химически разтвор в хоризонтално положение с работната страна на субстрата надолу. Това прави възможно да се избегне получаването на кристалити върху отгледаните нанокристали от цинков оксид.

Като химически разтвори за отглеждане на мустаци на нанокристали от цинков оксид се използват разтвори, които осигуряват както хомогенен, така и хетерогенен растеж на мустаци на нанокристали цинков оксид. В първия случай вероятността за образуване на кристали от цинков оксид в обема на разтвора значително се увеличава и в резултат на това намалява възпроизводимостта на процеса на растеж на странично разположени нишковидни нанокристали от цинков оксид. Като химичен разтвор за отглеждане на нанокристали на мустаци от цинков оксид в предложения метод се предлага да се използва воден разтвор на цинк-съдържащи соли с добавяне на алкали. Това прави възможно извършването на хетерогенен растеж на мустаци на нанокристали от цинков оксид и значително намаляване на вероятността от образуване на кристали от цинков оксид в насипния разтвор.

Титанът има висока адхезия към слоя цинков оксид, проявява други свойства на защитния материал, така че е ефективен материал за създаване на защитен слой.

Чертежът показва кратка технологична последователност на отглеждане на странично разположени мустакови нанокристали от цинков оксид, където a е образуването насубстрата на зародишния слой от цинков оксид и слоя от защитен материал, b - образуването на локални области на зародишния слой и слоя от защитен материал със съвпадащи крайни участъци, c - ецване на крайните участъци на слоя от цинков оксид, d - растеж на странично разположени мустакови нанокристали от цинков оксид, където 1 е субстратът, 2 е слоят от цинков оксид, 3 е слоят от защитен материал, 4 са разположени странично нишковидни нанокристали от цинков оксид.

Методът за отглеждане на странично разположени нишки нанокристали от цинков оксид включва образуването на зародишен слой от цинков оксид върху работната страна на субстрата. В този случай зародишният слой от цинков оксид се отлага върху хоризонталната повърхност на работната страна на субстрата с непрекъснат филм с дебелина 300 nm. След отлагането на зародишния слой от цинков оксид върху него се отлага слой от защитен материал. Като слой от защитен материал е нанесен титанов филм с дебелина 200 nm. Оформете литографски локални зони на зародишния слой и слоя защитен материал с вертикално разположени съвпадащи крайни секции. Субстратът се потапя и се държи в химически ецващ препарат за цинков оксид, за да се ецват краищата на зародишния слой цинков оксид с 10 nm. Като ецващ агент се използва разтвор на 0,1 М солна киселина. След това нишковидните нанокристали от цинков оксид се отглеждат на зародишния слой странично. Растежът се извършва чрез потапяне и накисване на субстрата в химически разтвор за отглеждане на мустачки от нанокристали цинков оксид с работната страна на субстрата надолу. Като разтвор се използва воден разтвор на цинк-съдържащи соли с добавяне на алкали (0,01 M Zn (NO3) 2 и 0,4 M NaOH). Потапянето и накисването на основата в химически разтвор се извършва в хоризонтално положение на изработкатазадната страна надолу. Накрая субстратът се отстранява от химическия разтвор и се изсушава.

Положителният ефект от използването на предложения метод е да се увеличи възпроизводимостта на процеса на страничен растеж на мустаците на нанокристалите от цинков оксид. Поради използването на нискотемпературен растеж на мустаци от цинков оксид в странична посока е възможно да се използват по-евтини субстрати (в сравнение със силиций), което значително намалява разходите за създаване на структури, съдържащи странично разположени мустаци от цинков оксид.

Практическото значение на предложения метод се състои във възможността за създаване на високочувствителни сензори за различни газове, токови микрогенератори на базата на структури със странично разположени нанокристали от цинков оксид.

1. Патент на САЩ US 007265037, H01L 21/20.

2. Yong Qin, Rusen Yang и Zhong Lin Wang, Растеж на хоризонтални масиви от нанопроводници ZnO върху всеки субстрат, J. Phys. Chem. C, 2008, vol.112, no.48, p.18734-18736.

3. Патент на САЩ US 007208094, C23F 1/00, H01L 21/00 - прототип.

1. Метод за отглеждане на странично разположени нишковидни нанокристали от цинков оксид, който включва формиране на зародишен слой от цинков оксид върху работната страна на субстрата, отглеждане на странично разположени нишковидни нанокристали от цинков оксид върху зародишния слой, характеризиращ се с това, че зародишният слой от цинков оксид се отлага върху хоризонталната повърхност на работната страна на субстрата с непрекъснат филм, след отлагане на зародишния слой на цинков оксид върху него се отлага слой от защитен материал, локалните области на зародишния слой и слой от защитен материал със съвпадащи крайни секции се оформят литографски, след което субстратът се потапя и се държи в химикалецващ цинков оксид за ецване на крайните секции на зародишния слой от цинков оксид със стойност не по-малка от 5 nm, а растежът на странично разположени нишковидни нанокристали от цинков оксид върху зародишния слой се извършва чрез потапяне и задържане на субстрата в химически разтвор за отглеждане на нишковидни нанокристали от цинков оксид с работната страна на субстрата надолу.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че титанов филм се отлага като слой от защитен материал.

3. Методът съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че воден разтвор на цинк-съдържащи соли с добавяне на алкали се използва като химичен разтвор за отглеждане на нанокристали на нишки от цинков оксид.