Написано AZoNano 22 октября 2019 года [194590000] ]

Нанопроволока может быть определена как стержневая структура, диаметр которой обычно уже несколько сотен нанометров. Благодаря своей структуре и размеру, он демонстрирует характерные свойства, которые не видны в больших объемных материалах.

Исследование полупроводниковых нанопроводов III-V вызвало большой интерес в последние несколько десятилетий из-за их потенциального применения в наноразмерном квантовом, электронном, фотонном и энергетическом преобразовании, а также в биологических устройствах на основе их одномерного природа и большое отношение поверхности к объему.

Добавление эпитаксиальной гетероструктуры позволяет контролировать транспортные и электронные свойства таких устройств, демонстрируя потенциал для создания интегрированных систем на основе соединений III-V и Si с более высокими оптическими и электронными функциями.

Доступные в настоящее время составные полупроводники III-V являются одними из самых высоких по эффективности и мобильности фотон-электронного преобразования. Среди них GaAs демонстрирует составной полупроводник III-V, который используется в высокоскоростных транзисторах, а также в высокоэффективных ближних инфракрасных светодиодах, солнечных элементах и ​​лазерах. Оптические устройства на основе GaAs III-V испытывают собственные потери, связанные с выделением тепла.

Чтобы обойти это, в последнее время привлекло внимание использование разбавленного бисмидного сплава GaAsBi с неопасным элементом Bi, поскольку добавление Bi побеждает тепловыделение при одновременном повышении эффективности преобразования электронов в свет. Таким образом, добавление разбавленного бисмидного сплава GaAsBi в нанопроволоки является рациональным методом для создания высокоэффективных оптоэлектронных наноустройств.

На данный момент древовидные или разветвленные нанопроволоки обеспечивают подход, позволяющий повысить структурную сложность и улучшить результирующие операции, что, в свою очередь, позволяет реализовать латеральную связность, структуры с большей размерностью и взаимосвязь между нанопроволоками.

Используя атомно точный метод выращивания кристаллов, известный как молекулярно-лучевая эпитаксия, группа Университета Эхиме регулировала образование Bi-индуцированных наноструктур при выращивании разветвленных нанопроволок GaAs / GaAsBi с ядром-оболочкой. Таким образом, они способствовали созданию неизученных полупроводниковых наноструктур III-V, используя характерное пересыщение капель катализатора, структурные изменения, вызванные деформацией, и интеграцию в матрицу GaAs, связанную с кристаллическими дефектами и ориентациями.

Их результаты исследований были опубликованы в 17 сентября ^-ом выпуске Nano Letters.

Ранее группа приобрела гетероструктурные нанопроволоки GaAs / GaAsBi на Si с концентрацией Bi на 2% меньше, чем в предыдущем отчете. Нанопроволоки имели особые структурные особенности, имеющие неровную поверхность с гофрами, которые, возможно, были вызваны большим дисбалансом решетки и последующим накоплением деформации между сплавом GaAsBi и GaAs.

Кроме того, Bi ведет себя как поверхностно-активное вещество в регулировании поверхностной энергии, тем самым стимулируя синтез наноструктур. Однако влияние интеграции Bi на рост сплава GaAsBi далеко не полностью понято.

В этой статье они исследуют особенности и механизмы роста многослойных ННК GaAs / GaAsBi с многослойной оболочкой на подложках Si (111), концентрируясь на структурной деформации, вызванной Bi. Для синтеза разветвленных нанопроводов III-V традиционно наночастицы металлического катализатора, чаще всего Au, используются в качестве зародышей зарождения для развития ветвей.

Наоборот, команда использовала самокатализированные капли Ga и Bi, которые могут подавлять введение примесей не составляющих элементов. Когда Ga отсутствует во время роста, Bi накапливается в вершине ядер нанопроволок GaAs и действует как катализатор роста нанопроводов для разветвленных структур до определенного кристаллического азимута. Существует надежная связь между накоплением Bi и дефектами упаковки.

Кроме того, Bi предпочтительно добавляют при ограниченной ориентации поверхности GaAs, что приводит к пространственно избирательной интеграции Bi в ограниченную область, которая содержит концентрацию Bi на 7% больше, чем фундаментальный предел. Приобретенная гетероструктура GaAs / GaAsBi / GaAs с границей раздела, созданной кристаллическими двойными дефектами одного атомного слоя, которые, возможно, могут быть применены к квантово-ограниченной структуре.

Находка предлагает рациональную концепцию дизайна для создания наноструктур на основе GaAsBi и управления добавлением Bi сверх фундаментального предела. Эти результаты определяют потенциал уникальной полупроводниковой наноструктуры для эффективной квантовой электроники и приборов, близких к инфракрасному.

Источник: https://www.ehime-u.ac.jp/english/