Onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology, Zuid-Korea, en University of Illinois ontwikkelden de grootschalige hetero-epitaxiale groei III-V nanodraden op een Si-wafer.

Het onderzoeksteam demonstreerde een nieuwe methode om structureel en compositorisch homogene en ruimtelijk uniforme ternaire InAsyP1-y nanodraad op Si op waferschaal epitaxiaal te synthetiseren met behulp van metaal-organische chemische dampafzetting (MOCVD). De hoge kwaliteit van de nanodraden wordt weerspiegeld in de opmerkelijk smalle PL- en röntgenpiekbreedte en extreem lage idealiteitsfactor in de InAsyP1-y nanodraad/Si-diode.

Een nanodraad is een nanostructuur met een diameter in de orde van een nanometer (10-9 meter). Alternatief, nanodraden kunnen worden gedefinieerd als structuren met een dikte of diameter die beperkt is tot tientallen nanometers of minder en een onbeperkte lengte. Technologie met betrekking tot nanodraden is door MIT Technology Review geselecteerd als een van de 10 doorbraaktechnologieën van 2004.

Halfgeleiders met een hoge beeldverhouding hebben geleid tot belangrijke doorbraken in conventionele elektrische, optisch, en apparaten voor het oogsten van energie. Onder dergelijke structuren, III-V halfgeleider nanodraden bieden unieke eigenschappen die voortvloeien uit hun hoge elektronenmobiliteit en absorptiecoëfficiënten, evenals hun directe bandgaps.

Een veelgebruikte techniek voor het maken van een nanodraad is Vapour-Liquid-Solid (VLS) synthese. Dit proces kan kristallijne nanodraden van sommige halfgeleidermaterialen produceren. Echter, metaalkatalysatoren, meestal dure edelmetalen, moet worden gebruikt voor het initiëren van het VLS-mechanisme. In aanvulling, het is bekend dat deze metaalkatalysatoren de kwaliteit van halfgeleidernanodraden aanzienlijk verslechteren door diepe niveaus te creëren, waardoor praktische toepassingen van nanodraden in opto-elektronische apparaten worden beperkt.

In dit werk, echter, De groep van prof. Choi ontwikkelde een nieuwe techniek voor het kweken van III-V halfgeleider nanodraden zonder metaalkatalysatoren of nanopatronen. Metaal-organische chemische dampafzetting (MOCVD, AIXTRON A200) werd gebruikt voor de groei van de InAsyP1-y. 2 inch Si (111) wafel werd gereinigd met bufferoxide-ets gedurende 1 minuut en gedeïoniseerd (DI) water gedurende 2 seconden. Vervolgens, de wafel werd onmiddellijk gedurende 3 minuten in poly-L-lysine-oplossing (Sigma-Aldrich inc.) gedompeld en vervolgens gedurende 10 seconden in DI-water gespoeld. Het Si-substraat werd vervolgens zonder enige vertraging in de MOCVD-reactor geladen. De reactordruk werd verlaagd tot 50 mbar met 15 liter/min waterstofgasstroom. Vervolgens werd de reactor verwarmd tot groeitemperaturen (570 – 630 ℃), en gedurende 10 minuten gestabiliseerd.

Kyoung Jin Choi, Universitair hoofddocent aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Korea, en Xiuling Li, Professor aan de Universiteit van Illinois, U.S.A. leidde het onderzoek en deze beschrijving van het nieuwe onderzoek werd op 7 mei op internet gepubliceerd ACS Nano . (Titel:productie op waferschaal van uniforme InAsyP1-y Nanowire-array op silicium voor heterogene integratie).

"Als we nieuwe technologie ontwikkelen die de dichtheid van nanodraad en bandgap-energie beheert met verder onderzoek, het is ook mogelijk om zeer efficiënte en goedkope grootschalige zonnecellen te produceren, " zei Prof. Choi. "Deze technologie geeft ons een kans om het onderzoek naar de nieuwe hernieuwbare energie te leiden."