Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, работающие в составе международной научной группы, разработали и представили метод выращивания полупроводниковых нанокристаллов сложной формы с применением золота. Эти нанокристаллы потенциально могут послужить основой для создания электронных устройств. О результатах исследования сообщается в научном журнале Nanotechnology.
Полупроводниковые наноматериалы находят широкое применение в науке и технике, что объясняется их уникальными характеристиками, возникающими благодаря нанометровым размерам и специфической структурой. Устройства на их основе используются в оптоэлектронике, фотонике, медицине, альтернативной энергетике и других направлениях. К ним относятся квантовые ямы, нановискеры (нитевидные нанокристаллы) и квантовые точки. За открытие последних в 2023 году выпускник Санкт-Петербургского университета Алексей Екимов был удостоен Нобелевской премии.
Нитовидные нанокристаллы (ННК) – это микроскопические структуры, характеризующиеся значительно большей длиной по сравнению с их поперечным размером. Благодаря своим уникальным свойствам, ННК открывают широкие возможности для создания инновационных устройств в оптоэлектронике, силовой электронике, медицине и других сферах. В настоящее время на их основе уже разрабатываются диоды, транзисторы, лазеры, газовые и световые датчики, нанопьезогенераторы и другие функциональные элементы.
Нетевидные нанокристаллы, в отличие от обычных полупроводников, демонстрируют особые физические характеристики. Их нанометровые размеры позволяют существенно сократить размеры электронных компонентов. Это открывает возможность для размещения большего количества элементов на одном чипе, что приводит к повышению производительности электронных устройств.
Наноструктуры сложной формы и их интеграция с кремниевой платформой, являющейся основой микроэлектроники, в настоящее время вызывают большой интерес у исследователей. Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета впервые разработали способ выращивания наночастиц из алюминия, галлия и мышьяка (AlGaAs) непосредственно на поверхности кремния, используя золото в качестве катализатора.
«Мы уже демонстрировали, что характеристики наноструктур на основе мышьяка могут существенно отличаться от свойств объемного материала, что создает возможности для разработки новых приборных решений. Применение золота, в свою очередь, позволяет точно регулировать геометрические и структурные параметры нитевидных нанокристаллов. Для создания таких структур была разработана специальная методика, а также проведено исследование их свойств», — рассказал руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ Родион Резник.
По его словам, данная наноструктура аналогична дереву. Сначала создаётся основной «ствол» — нанокристалл первого поколения, а затем на нём формируются «ветви» — последующие поколения наноструктур. Такая организация существенно увеличивает площадь поверхности, что повышает эффективность готового прибора. «Ветви» соседних «деревьев» способны соединяться, образуя разветвлённую проводящую сеть, что особенно важно при создании электронных устройств и логических схем. Также, такие разветвлённые структуры могут служить надёжной платформой для нанесения других материалов, что расширяет возможности для разработки солнечных элементов, батарей и других перспективных устройств.
Физики из Санкт‑Петербургского университета являются мировыми лидерами в разработке полупроводниковых наноструктур. В лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ работают ученые, стоящие в авангарде этой области занимаются изучением новых материалов для микроэлектроники: источников одиночных фотонов, эффективных светодиодов, солнечных элементов, лазеров, нанопьезогенераторов, а также интегрируют их с кремниевой платформой.
Эти достижения стали результатом дальнейшей работы над усовершенствованием квантовых технологий для микроэлектроники, начатой двумя нобелевскими лауреатами: Алексеем Екимовым, выпускником СПбГУ и лауреатом Нобелевской премии по химии, и Жоресом Алферовым, организатором и ректором СПбАУ. Подробнее о своей работе Родион Резник рассказывал в подкасте СПбГУ «Генрих Терагерц».
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ