Ионный луч формирует «дюны» на поверхности полупроводника

Современные полупроводниковые устройства, такие как светодиодные экраны или солнечные батареи, базируются на массивах регулярных наноструктур, изготовление которых требует сложных технологических процессов.

Метод, продемонстрированный Стефаном Фаско (Stefan Facsko) из дрезденского Центра Гельмгольца (HZDR) и доктором Син У (Xin Ou) из шанхайского Института микросистем и ИТ (SIMIT) Китайской Академии Наук, позволяет существенно ускорить и удешевить получение таких структур благодаря тому, что они организуются самостоятельно под воздействием облучения пучком ионов. Полученные немецкими и китайскими учеными результаты опубликованы в журнале Nanoscale.

Авторы направляли широкий пучок заряженных атомов, аналогичный тем, что используются в производстве транзисторов, на заготовку из арсенида галлия. Они сравнивают свой метод с пескоструйной обработкой поверхностей. Подобно песчинкам, ионы размалывают поверхность материала в порошок, который затем самостоятельно укладывается в регулярную структуру, подобно создаваемым ветром песчаным дюнам. Расстояние между такими нанодюнами составляет всего 50 нм — в две тысячи раз меньше толщины человеческого волоса.

При комнатной температуре бомбардировка ионами разрушает кристаллическую структуру и полупроводниковые свойства арсенида галлия, поэтому группа Фаско в Ионно-лучевом Центре HZDR предварительно нагревала образец примерно до 400 °C. При такой температуре разрушенная ионами структура быстро восстанавливалась.

Исследователи обнаружили, что разогнанные ионы не только сдвигают атомы, с которыми сталкиваются, но и выбивают некоторые из них полностью из кристаллической решетки. При этом высвобождающийся мышьяк испаряется с поверхности, на которой спустя непродолжительное время остаются одни атомы галлия.

Для того, чтобы компенсировать отсутствующие связи с атомом мышьяка, пары атомов галлия формируют длинные ряды. Если затем ион выбивает атом рядом с ними, галлиевые пары не могут просто сместиться на образовавшуюся ступеньку, так как температура недостаточно высока для этого. В конечном итоге, таким образом формируются параллельные нанодюны, разделенные непрерывными промежутками.

Описанный метод «обратной эпитаксии» работает для многих материалов, и, благодаря использованию ионов с невысокой энергией (менее одного киловольта) может быть достаточно просто реализован в условиях промышленного производства.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI