Способ изготовления прозрачных с фронтальной стороны покрытий на основе массива несросшихся индивидуальных наностержней оксида цинка

Авторы патента:

H01L21/00 - Способы и устройства для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей (способы и устройства, специально предназначенные для изготовления и обработки приборов, относящихся к группам H01L 31/00- H01L 49/00, или их частей, см. эти группы; одноступенчатые способы изготовления, содержащиеся в других подклассах, см. соответствующие подклассы, например C23C,C30B; фотомеханическое изготовление текстурированных поверхностей или поверхностей с рисунком, материалы или оригиналы для этой цели; устройства, специально предназначенные для этой цели вообще G03F)[2]

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2762993:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (государственный университет "Дубна") (RU)

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам, в частности к нанотехнологиям получения активных покрытий, которые могут быть использованы для разработки новых приборов, таких как солнечно-слепые фотодетекторы ближнего ультрафиолетового излучения (БУФИ), сенсоры, пьезоэлектрические генераторы и т.д. Задачей изобретения является создание способа получения отдельно стоящих наностержней оксида цинка, доступных для видимого и ближнего ультрафиолетового излучения с фронтальной стороны и с высокой однородностью их по размерам, при этом снизив расход материалов при изготовлении. Поставленная задача решается за счет использования импульсного электрохимического осаждения (ИЭХО) одновременно с использованием шаблона в виде трековой мембраны для выращивания наностержней закрепленной на прозрачной подложке с нанесенным прозрачным электропроводящим покрытием. При этом формируется полупроводниковый наноструктурированный слой ZnO n-типа проводимости в виде наностержней оксида цинка, выращенных в порах трековой мембраны и разделенных друг от друга ей же. 1 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам, в частности к нанотехнологиям получения активных покрытий, прозрачных с фронтальной стороны, которые могут быть использованы для разработки новых приборов, таких как солнечно-слепые фотодетекторы ближнего ультрафиолетового излучения (БУФИ).

Известен способ получения вертикально-ориентированных массивов наностержней оксида цинка методом электрохимического осаждения (Патент США № US 2011/0048956 А1 Electrodeposition method for the production of nanostructured ZnO). Данный способ получения массивов наностержней ZnO n-типа проводимости с заданной геометрией и пространственной организацией проводился путем электрохимического осаждения в трехэлетродной ячейке на проводящие подложке: FTO, ITO, Au, Ag, Si и полимеры с проводящим покрытием. Раствор водного электролита содержал 1-20 ммоль/л Zn(NO₃)₂ в качестве источника цинка, и HNO₃, NH₄NO₃ или NH₄ОН – в качестве добавки, повышающей концентрацию Н⁺ в электролите. Рабочая температура электролита соответствовала диапазону от 60 ^оС до 90 ^оС. Катодные потенциалы на рабочем электроде относительно Pt электрода сравнения выбирались из диапазона значений от -1.2 В до -1.8 В при преимущественных значениях от -1.3 В до -1.4 В.

В данной работе, комбинируя потенциостатический и гальваносатический режимы, получали наностержни ZnO диаметром от 100 до 280 нм. С помощью предложенного метода можно регулировать морфологию поверхности и размеры нанородов, меняя прикладываемый потенциал и концентрацию реактивов в электролите. Основным недостатком такого метода является невозможность выращивания отдельных наностержней. Получаемые наностержни срастаются друг с другом, а также они имеют большой разброс по размерам ввиду отсутствия преград между соседними наностержнями.

Другой известный способ получения массива наностержней оксида цинка диаметром 40 нм и длинной 1 мкм для использования в качестве LED, полевого транзистора, фотодетектора и др. описан в патенте США (Патент US 2006/0189018 A1 США, МПК H01L 21/00; H01L 33/00. Заявлено 25.06.2004; Опубл. 24.08.2006.) Способ получения нано-устройств основан на получении оксида цинка в результате разложения органических прекурсоров цинка (Zn(CH₃)₂, Zn(C₂H₅)₂, Zn(CH₃СOO)₂*H₂O, Zn(CH₃СOO)₂, Zn(C₅H₇O₂)₂, и т.д.) в атмосфере содержащей кислород: О₂, О₃, NO₂, H₂O (пар), СО₂, C₄H₈O и т.д. В результате чего пары прекурсора цинка и кислорода (или кислородсодержащего соединения) вступая в контакт с полупроводником р-типа, сформированного в виде тонкой пленки на поверхности субстрата, при температуре в диапазон 400-700 °С и давлении 0.1 - 10 мм рт.ст. формируют наностержни ZnO.

Основным недостатком данного метода является низкая производительность и большой расход прекурсоров ввиду разложения их на нагревательных элементах и стенках камеры, что крайне неэффективно.

Наиболее близкий к заявленному изобретению является способ изготовления фотодетектора описанный в патенте РФ (Патент № 2641504 C1 РФ, МПК H01L 31/18. Заявлено 24.10.2016; Опубл. 17.01.2018), поэтому данный способ принят за прототип. Известный способ включает в себя:

1) использование стеклянной подложки с высокопроводящим односторонним покрытием из легированного фтором оксида олова (SnO₂:F), именуемым согласно сложившейся терминологии как FTO и имеющим поверхностное сопротивление R_КВ = 10 Ом/квадрат;

2) выращивание МНС-ZnO поверх FTO методом катодного импульсного электрохимического осаждения (ИЭХО), содержащем 0.05 мМ Zn(NO₃)₂ и 0.1M NaNO₃, при напряжении на катоде (FTO) относительно насыщенного хлор-серебряного электрода сравнения (НХСЭС) U_К = -1.4 и -0,8 В, температуре электролита Т_Э = (60±5) °С, частотой импульсов 2 Гц в течение 1 ч;

3) последующую промывку подложки с выращенным МНС-ZnO в деионизированной воде и сушку на воздухе;

В результате получены прозрачные с фронтальной стороны покрытия, которые могут использоваться как активный элемент для датчиков ультрафиолетового излучения, т.к. подложка, на которой выращены наностержни оксида цинка прозрачна для электромагнитного излучения соответствующей длины волны.

Результаты атомно-силовой микроскопии показали наличие неоднородностей (которые приняты в данном патенте за наностержни), которые имеют характерный размер 200-400 нм. При этом наностержни оксида цинка имеют большой разброс по толщине и являются сросшимися.

Задачей изобретения, как и прототипа, является создание покрытий которые могли бы использоваться в оптических приборах. Для этого предлагается способ получения отдельно стоящих наностержней оксида цинка с высокой однородностью их по размерам при этом снизив расход материалов при изготовлении. Также стоит отметить, что в результате использования прозрачной подложки при изготовлении покрытия, элемент прозрачен с фронтальной стороны, что делает возможным в перспективе его использование в качестве элементов оптических приборов.

Поставленная задача решается за счет использования импульсного электрохимического осаждения (ИЭХО) одновременно с использованием шаблона для выращивания наностержней. При этом формируется полупроводниковый наноструктурированный слой ZnO n-типа проводимости в виде наностержней оксида цинка, выращенные в порах трековой мембраны и разделенные друг от друга ей же. Данный способ включает в себя следующие этапы:

1) Использование односторонне покрытой слоем FTO (сопротивлением 7-10 Ом/квадрат) прозрачной стеклянной подложки, подвергнутой комплексной жидкофазной химической очистке (в перхлорэтилене, серной кислоте и деионизированной воде в ультразвуке, в парах изопропилового спирта) от возможных загрязнений органической и неорганической природы;

2) Приклеивание к поверхности стеклянной подложки со стороны проводящего слоя, трековой мембраны с использованием эпоксидной смолы, которая после нанесения и полимеризации удалялась из пор трековой мембраны растворением в ультразвуке в растворе ацетона/изопропилового спирта в соотношении 4:1. Время УЗ воздействия 15 мин. Нанесение эпоксидной смолы проводилось при 60 °С методом спинкоатинга. Данная обработка позволяет сделать доступными каналы для выращивания наностержней оксида цинка, а также предотвращает оптическую блокировку сигнала между прозрачным покрытием и наностержнями оксида цинка.

3) Катодное импульсное электрохимическое осаждение ZnO на часть тыльной стороны неподвижной подложки со слоем FTO при температуре 75 °С и длительности процесса до 6 часа в водном нитратном электролите, содержащем Zn(NO₃)₂ и NaNO₃;

4) Последующую промывку подложки с ZnO в деионизированной воде и сушку в потоке теплого воздуха.

Суть заявляемого технического решения состоит в том, что новый способ изготовления, имеет существенные преимущества в сравнении с описанным в прототипе по ряду важных достигаемых при его применении результатов:

1) в отличие от прототипа в данном изобретении используется трековая мембрана в качестве шаблона, что позволяет снизить расход материала при выращивании покрытий на основе наноструктур оксида цинка за счет снижения площади активной поверхности электрода;

2) разделение наностержней друг от друга сильно снижает количество контактов между ними, что снижает величину рассеяния электронов на неоднородностях и дефектах кристаллической решетки, возникающие в результате сращивания кристаллитов оксида цинка;

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где

На Фиг. 1 схематически изображен общий вид покрытия, получаемого настоящим способом и состоящего из: 1 – прозрачная стеклянная подложка; 2 – высокопроводящий слой FTO с поверхностным сопротивлением 7-10 Ом/квадрат; 3 – слой эпоксидного клея; 4 – трековая мембрана; 5 – наностержни ZnO;

Пример 1. Изготовление покрытия на основе наностержней ZnO и трековой мембраны, общий вид которого схематически показан на Фиг. 1, осуществлялось с использование прямоугольной прозрачной подложки, покрытой с одной стороны слоем FTO с сопротивление 7-10 Ом/квадрат. Затем эти подложки подвергались комплексной химической очистке: в перхлорэтилене в ультразвуке в течение 20 мин; в парах изопропилового спирта в течение 1 часа; промывка в деионизированной воде; очистке в концентрированной серной кислоте в течении 30 секунд; промывка в ультразвуковой ванне с деионизированной водой и сушка в потоке теплого воздуха.

Приклеивание к поверхности отмытой стеклянной подложки со стороны проводящего слоя, трековой мембраны осуществлялось с использованием эпоксидной смолы ЭП-СМ-ПРО с отвердителем 921, которая после нанесения и полимеризации удалялась из пор трековой мембраны растворением 15 мин в ультразвуке в растворе ацетона/изопропилового спирта в соотношении 4:1 при температуре 20-25 °С. Эпоксидная смола с отвердителем наносилась на поверхность подложки методом спинкоатинга при температуре 60 °С. Размер пор трековой мембраны был 20, 40, 70, 100 и 200 нм. В результате данной операции области подложки, ограниченные порами мембраны, остаются прозрачными для видимого излучения и БУФИ.

Осаждение на отмытую стеклянную подложку проводилось в термостатированной трехэлектродной электрохимической ячейке с водным нитратным электролитом, содержащим 0.05 М Zn(NO₃)₂ и 0.1 M NaNO₃. Температура на протяжении всего процесса формирования наностержней ZnO поддерживалась в 75 ⁰С, время формирования 6 ч. В качестве противоэлектрода – анода использовалась платиновая пластинка площадью 2.25 см². Электродом сравнения являлся насыщенный двухключевой хлорсеребряный электрод. На рабочий электрод подавались прямоугольные импульсы напряжения с частотой от 20, 10, 5, 3 и 2 Гц, что соответствует выбору мембраны с размером пор 20, 40, 70, 100 и 200 нм соответственно. U_ВКЛ = -1,4 В и U_ВЫК = -0,8 В в течение 6 ч.

После полученные образцы промывались в дистиллировано воде и сушились на воздухе при 50 °С в течение 8 ч.

Таким образом, использование заявляемого в изобретении способа позволяет изготавливать отдельно растущие наностержни оксида цинка с высокой степенью монодисперсности.

Способ изготовления покрытия в виде наностержней ZnO, ориентированных перпендикулярно поверхности подложки, включающий катодное импульсное электрохимическое осаждение массива наностержней ZnO, отличающийся тем, что получение массива наностержней ZnO, прозрачных с фронтальной стороны, осуществляют в порах трековой мембраны, предварительно нанесенной на поверхность прозрачной подложки для выращивания наностержней оксида цинка.

Изобретение относится к нанотехнологиям, а конкретно к технологиям изготовления одноэлектронных транзисторов, которые могут быть использованы для конструирования новых вычислительных, коммуникационных и сенсорных устройств. Электронное устройство на основе одноэлектронного транзистора включает подложку с расположенными на ней электродами стока и истока, управляющими электродами затвора, при этом электроды стока и истока выполнены из проводящего материала, расположены в одной плоскости с образованием зазора и соединены с помощью мостика, содержащего от 2 до 10 примесных атома в его квазидвумерном слое, при этом примесные атомы расположены на расстоянии друг от друга, обеспечивающем туннелирование электронов и создание отрицательного дифференциального сопротивления при подаче напряжения на электроды стока и истока.

Способ изготовления полупроводникового прибора с многослойными проводниками // 2757176

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления многослойных проводников с пониженным значением контактного сопротивления. Согласно изобретению многослойный контакт Au/Pd/Ni/Ge формируют путем последовательного осаждения пленки Ge толщиной 20 нм при давлении 1*10-5 Па, со скоростью осаждения 3 нм/с, пленки никеля Ni толщиной 15 нм при давлении 1*10-5 Па, со скоростью роста 1 нм/с, последующим осаждением слоя Pd толщиной 50 нм при давлении 1*10-5 Па, со скоростью осаждения 0,5 нм/с, и Au толщиной 100 нм, и термообработкой при температуре 450°С в течение 2,5 мин в атмосфере форминг газа.

Способ производства подложки на основе карбида кремния и подложка карбида кремния // 2756815

Изобретение относится к технологии получения подложки из поликристаллического карбида кремния. Способ состоит из этапов предоставления покрывающих слоев 1b, каждый из которых содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид металла, выбранного из группы, состоящей из никеля, кобальта, молибдена и вольфрама, или покрывающих слоев, каждый из которых изготовлен из фосфоросиликатного стекла (PSG) или борофосфоросиликатного стекла (BPSG), имеющего свойства текучести допированного P2O5 или B2O3 и P2O5, на обеих поверхностях основной подложки 1a, изготовленной из углерода, кремния или карбида кремния для подготовки поддерживающей подложки 1, имеющей покрывающие слои, каждый из которых имеет гладкую поверхность; формирования пленок 10 поликристаллического карбида кремния на обеих поверхностях поддерживающей подложки 1 осаждением из газовой фазы или выращиванием из жидкой фазы; и химического удаления, по меньшей мере, покрывающих слоев 1b в поддерживающей подложке для отделения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b от поддерживающей подложки 1 в состоянии отображения гладкости поверхностей покрывающих слоев 1b на поверхности пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b, и получения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b в качестве подложек из поликристаллического карбида кремния.

Способ изготовления омических контактов мощных электронных приборов // 2756579

Способ изготовления омических контактов мощных электронных приборов на полупроводниковой гетероструктуре на основе нитрида галлия, включающий формирование заданной топологии омических контактов на заданном наружном слое упомянутой полупроводниковой гетероструктуры, нанесение материала омических контактов в виде прямой последовательности заданной системы его слоев, в вакууме, согласно заданной топологии, термический отжиг в инертной среде, в котором упомянутое нанесение материала омических контактов осуществляют в виде прямой последовательности системы металлических слоев титан-алюминий-никель-золото, толщиной (25-35)-(115-125)-(25-35)-(95-105) нм соответственно, перед термическим отжигом, на заданный наружный слой полупроводниковой гетероструктуры, с нанесенным материалом омических контактов в виде прямой последовательности системы металлических слоев титан-алюминий-никель-золото, наносят слой нитрида кремния, толщиной 45-55 нм, методом плазмохимического осаждения из газовой фазы состава, м3×10-6 при стандартных условиях: моносилан, аммиак, азот при их соотношении (15-25), (95-105), (1400-1600) соответственно, с частотой генерации плазмы (379-381) кГц, а термический отжиг осуществляют в два этапа: на первом - при температуре (645-655)°С, в течение (25-35) с, на втором - при температуре (795-805)°С, в течение (85-95) с.

Способ изготовления тонкопленочного транзистора // 2754995

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочных транзисторов с пониженным значением токов утечек. Способ изготовления тонкопленочного транзистора включает формирование аморфного кремния a-Si осаждением со скоростью 0,5 нм/с в индукционно-плазменном реакторе из смеси РН3-SiH4, при частоте 13,55 МГц, напряжении 250 В, температуре подложки 300°С, давлении газа 6,6 Па, скорости потока смеси 5 см3/мин и отношении концентраций PH3/SiH4=10-6-10-3.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2752125

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов. Технология способа состоит в следующем: на кремниевой подложке 10 Ом*см (100), р-типа проводимости после обработки излучением галогенных ламп в Н2 при температуре 1000°С в течение 10 с формируют пленку оксидного слоя.

Способ изготовления силицида титана // 2751983

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления силицида титана с пониженным значением контактного сопротивления. Способ изготовления полупроводниковых приборов включает процессы формирования активных областей полевого транзистора и электроды к ним, подзатворого диэлектрика и силицида титана, при этом согласно изобретению на подложках кремния р-типа проводимости с ориентацией (100), с удельным сопротивлением 10 Ом*см формируют силицид титана путем осаждения пленки титана Тi толщиной 75 нм при давлении 3*10-6Па, температуре подложки 60°С, со скоростью роста 1 нм/с и последующей обработкой структур ионами Si с энергией 85 кэВ дозой 1*1015-1*1016 см-2, с низкотемпературным отжигом при температуре 650°С в течение 30 с в атмосфере азота N2 и с проведением высокотемпературного отжига при температуре 1050°С в течение 20 с в атмосфере азота N2.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2751982

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления биполярного транзистора с повышенным коэффициентом усиления. Способ изготовления полупроводникового прибора включает формирование на кремниевой подложке эпитаксиального слоя, областей коллектора, базы и эмиттера, при этом область эмиттера формируют ионным внедрением мышьяка с энергией 50 кэВ, дозой 1*1015-1*1016 см-2, с последующим лазерным отжигом с длиной волны излучения 1,06 мкм, длительность импульсов 50 нс, энергией импульсов 3-5 Дж/см2, в атмосфере азота, со скоростью сканирования 12,5 см/с, при температуре 150°С.

Способ испытаний изделий электронной техники к воздействию тяжелых заряженных частиц космического пространства на основе источника сфокусированного импульсного жесткого фотонного излучения на эффекте обратного комптоновского рассеяния // 2751455

Использование: для исследования радиационной стойкости изделий электронной техники (ИЭТ) к воздействию тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ). Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют последовательное точечное сканирование полупроводникового кристалла интегральной микросхемы (ИМС) или дискретного полупроводникового прибора (ДПП) импульсным жестким фотонным (рентгеновским) излучением с длительностью импульсов до 5 пс, энергией электронов 8-12 кэВ и энергией фотонов в импульсе до 500 пДж, что в пересчете в эквивалентные значения линейных передач энергии (ЛПЭ) моделирует воздействие ТЗЧ практически всего спектра галактических космических лучей и позволяет устранить большинство критических недостатков, присущих методам моделирования с использованием ускорителей ионов, лазерных и синхротронных источников, выявление наиболее чувствительных к одиночным радиационным эффектам (ОРЭ) областей, при этом в качестве источника импульсного фотонного излучения используется компактный источник остросфокусированного жесткого фотонного (рентгеновского) излучения пикосекундной длительности на эффекте обратного комптоновского рассеяния, содержащий импульсный ускоритель электронов, источник импульсного лазерного излучения, камеру столкновения электронных и лазерных импульсов, фокусирующую рентгеновскую оптику для создания оптического фокуса размером до 10 мкм в плоскости приборного слоя полупроводникового кристалла ИМС или ДПП.

Способ изготовления гетероэпитаксиальных слоев iii-n соединений на монокристаллическом кремнии со слоем 3c-sic // 2750295

Изобретение относится к полупроводниковой технике. Способ предназначен для изготовления гетероэпитаксиальных слоев соединений нитридов металлов III группы (III-N), таких как AlN, GaN, AlGaN и других, на монокристаллических подложках кремния.

Способ получения электропроводящего композита на основе полианилина и наноразмерной серы // 2762741

Изобретение относится к электроактивным полимерным материалам на основе полианилина и наноразмерной серы, применяющихся в качестве проводящих соединений с приемлемыми технологическими свойствами. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса получения электроактивного полимерного материала на основе полианилина и наноразмерной серы, улучшение технологических характеристик полимерного композита при использовании в качестве катодного материала в Li-S аккумуляторах.