Новости химической науки > нанолегирование

Широкое использование полупроводников в различных устройствах основано на возможности изменять концентрацию носителей заряда (электронов или дырок) путем легирования – введения примесных атомов. Бурное развитие наноэлектроники ставит вопрос о разработке способов контроля физико-химических свойств полупроводниковых наноструктур.

Казалось бы, осуществить это можно за счет все того же легирования. Однако наночастицы “сопротивляются” добавлению в них примесей: с одной стороны, имеют место процессы “самоочищения” нанокристаллов от примесей, а с другой – если примеси и удается внедрить, они сильно искажают кристаллическую структуру в своей окрестности, что приводит к деградации электрических и магнитных характеристик нанокристаллов.

Сотрудники Naval Research Laboratory и Department of Chemical Engineering & Materials Science, University of Minnesota (США) в работе, опубликованной в Nature 436, 91-94, показали, что проблемы с нанолегированием обусловлены фундаментальным различием механизмов, регулирующих включение примесей в объемные материалы и в наночастицы. Если в макроскопических твердых телах ключевую роль играют термодинамические соображения (именно они, в частности, накладывают ограничения на предельную равновесную концентрацию примесей), то в наноструктурах все определяется кинетикой, и в первую очередь – поверхностной кинетикой.

Согласно развитой авторами теории (и подтвержденной ими же экспериментально), примесь может попасть внутрь нанокристалла только в том случае, если она способна закрепиться на его поверхности в течение времени, достаточного для формирования нового поверхностного слоя. Поэтому, в отличие от объемных образцов, на первый план выходит не равновесная термическая диффузия примесных атомов, а сила их сцепления с теми или иными гранями растущего нанокристалла, которая количественно характеризуется величиной энергии связи.

Основываясь на результатах своих расчетов и варьируя соответствующим образом ориентацию граней (путем изменения химического состава раствора), авторы изготовили нанокристаллы CdSe, легированные марганцем, чего ранее сделать никому не удавалось.

Указанная работа открывает путь к созданию огромного числа новых типов полупроводниковых наноструктур для самых различных приложений – от солнечных батарей до спинтроники.

Источник: Перст