Новости/ 28 февраля 2011
Углеродные покрытия - легирование азотом
В Белгороде модифицировали наноразмерные углеродные покрытия.
Вся современная микроэлектроника основана на использовании монокристаллического кремния, и маловероятно, что в ближайшие годы
какой-либо другой полупроводник сможет его вытеснить. Учёные из Белгородского государственного университета (БелГУ) в последние
несколько лет исследуют свойства углеродных покрытий, наносимых на кремний. Такие покрытия позволяют сделать материал более твёрдым
и устойчивым к механическим повреждениям. Кроме того, покрытие позволяет модифицировать электрофизические свойства кремния в нужном
направлении. В новой работе Александр Колпаков и его коллеги из научно-исследовательской лаборатории проблем разработки и внедрения
ионно-плазменных технологий БелГУ изучили свойства углеродного покрытия, легированного атомами азота. Статья об исследовании выйдет
в следующем номере журнала «Российские нанотехнологии». Работа была поддержана ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
Свойства углеродного покрытия определяются формой электронных облаков атомов углерода. В случае sp3-гибридизации
электронных облаков атом углерода оказывается вписан в воображаемую пирамиду с треугольным основанием: четыре электронных облака,
окружающих ядро, отходят друг от друга под углом в 109 градусов. Такая электронная структура характерна для атомов
алмаза. Высокая доля связей с sp3-гибридизацией обуславливает высокую плотность
покрытия (до 3 г/см3) и большую ширину запрещённой зоны (до 5,5 эВ). Увеличение доли атомов с sp2-гибридизацией,
характерной для графита, снижает плотность покрытия и ширину запрещённой зоны. Изменяя условия формирования углеродного покрытия,
можно управлять соотношением фаз и получать материал с заданными свойствами.
Учёные продемонстрировали, что при увеличении доли атомов азота, включённых в углеродное покрытие, возрастает доля атомов с
sp2-гибридизацией и повышается электропроводность материала. Правда, так происходит только до определённого предела:
когда атомов азота становится слишком много, в покрытии формируются молекулы нитрида углерода и электропроводность снова начинает
снижаться. Авторы также исследовали зависимость свойств покрытия от его толщины. Выяснилось, что с уменьшением толщины покрытия
его удельная электропроводность снижается.
Сканы поверхности углеродных покрытий, легированных азотом,
полученные методом сканирующей зондовой микроскопии.
Иллюстрация авторов исследования:
Исследование структуры поверхности покрытия с помощью сканируемой зондовой микроскопии показало, что в её структуре встречаются
кластеры размером от 10 до 100 нм (в зависимости от толщины самого покрытия). На их поверхности электрофизические свойства материала
изменяются. Возможно, эти структурные особенности в будущем найдут применение в электронике.
Легированное углеродное покрытие само по себе обладает полупроводниковыми свойствами, и его электропроводностью можно управлять,
изменяя температуру окружающей среды. В то же время изменяются электрофизические свойства комплекса «кремний-покрытие». При нанесении
углеродных покрытий с различным содержанием азота ширину запрещённой зоны комплекса можно изменять от 1,12 эВ (ширина запрещённой зоны,
характерная для кремния) до 0,19 эВ. Это свойство покрытий «делает перспективным их применение в нанотехнологии и микроэлектронике», пишут авторы.
По материалам статьи:
А. Я. Колпаков, И. В. Суджанская, М. Е. Галкина, И. Ю. Гончаров, А. И. Поплавский, С. С. Манохин
«Влияние степени легирования азотом и толщины на электропроводность и морфологию наноразмерных углеродных покрытий на кремнии».
Российские нанотехнологии, № 3–4, 2011 год.
28 февраля 2011
Источник: www.strf.ru, под.ред. Казанцевой Анастасии
Дополнительно:
Богатое семейство углеродных материалов. Дунаев А., Шапорев А., под рук. Авдеева А.А. [Читать статью]
Перейти в раздел "Новости"
| 
