Механизм роста пар--кристалл--кристалл Au-каталитических GaAs-нитевидных нанокристаллов

Abstract

The mechanism of the vapor–solid–solid growth of Au-catalyzed GaAs nanowires in the temperature range of 420–450°C is investigated. For the first time, the effect of elastic stresses caused by a difference in the atomic densities of the catalyst and nanowire material on the solid-phase nucleation rate is considered. By assuming that the growth of the GaAs nucleus at the catalyst–nanowire interface is limited by the As-diffusion flux in the catalyst, it is shown that vapor–solid–solid growth can be implemented through the polycentric-nucleation mode in the temperature range under consideration. The intensity of the nucleation of coherent islands upon vapor–solid–solid growth is shown to be higher than the intensity of nucleation in the case of vapor–liquid–solid growth because a low interphase surface energy is implemented at coherent solid–solid conjugation. It is proved that the nucleation of Au-catalyzed GaAs nanowires by the vapor–solid–solid mechanism is possible only when GaAs-island growth proceeds due to As diffusion along the catalyst–nanowire interface.

XXIV Международный симпозиум Нанофизика и наноэлектроника", Нижний Новгород, 10-13 марта 2020 г. Изменение кристаллической фазы в гетероструктурных Ga(As, P) нитевидных нанокристаллах под воздействием упругих напряжений

“…Аналогично росту на рассогласованных подложках, при различии кристаллических фаз зародыша и предыдущих слоев ННК возникает дополнительный упругий барьер для формирования устойчивого зародыша. Величина дополнительного упругого барьера в расчете на пару атомов III и V групп может быть оценена как [25,26,28]…”

Образование Оксидного Поверхностного Слоя И Его Влияние На Рост Эпитаксиальных Нитевидных Нанокристаллов Кремния

“…В настоящее время нитевидные нанокристаллы (ННК) полупроводниковых материалов (нанопроволоки) имеют большой потенциал для практического применения. Это обусловлено целым рядом их преимуществ, среди которых, естественный механизм эффективной релаксации упругих напряжений и возможность формирования гетероструктур ННК из систем материалов с большим рассогласованием по параметру кристаллической решетки [1,2]; возможность переключения кристаллической фазы в процессе роста, например, по типу сфалерит → вюртцит [3,4]; возможность создания квазиодномерных объектов, имеющих характерные поперечные размеры порядка длины волны де Бройля и квантово ограничивающих движение электронов в двух направлениях [5,6]; возможность создания фотоэлектрических структур, у которых глубина поглощения света в полупроводнике и длина диффузии неосновных носителей заряда не являются конкурирующими конструктивными параметрами [7][8][9]; наличие высокого термоэлектрического эффекта [10]; высокая плотность холодной эмиссии электронов с остриев ННК [11] и др. Однако сдерживающим фактором применения ННК являются проблемы их управляемого выращивания.…”

Роль Упругих Напряжений При Формировании Нитридных Нитевидных Нанокристаллов С Кубической Кристаллической Структурой

“…В настоящей работе исследуется стабилизация роста нитридных ННК в метастабильной фазе за счет упругих напряжений на границе ННК−зародыш нового слоя. Считается, что упругая энергия создает дополнительный барьер для нуклеации нового слоя ННК [11,12], и, как показано далее, в некоторых случаях барьер для формирования метастабильной фазы оказывается ниже, чем для стабильной. При этом очевидно, что дополнительный барьер упругой энергии не возникает, если фазы ННК и зародыша нового монослоя совпадают, а значит, формирование метастабильной фазы на поверхности стабильной маловероятно.…”

“…В первую очередь, следуя работам [11,12], представим упругую энергию, связанную с рассогласованием решеток ННК и зародыша, в виде [14]. Обе причины имеют место и при росте ННК: легирование Mg [10,15], рост на подложке GaAs [9].…”