Atomik teras düşük açılı gölgeleme - Atomic-terrace low-angle shadowing

Atomik Teras Düşük Açılı Gölgeleme ( ATLAS ) , bitişik bir yüzey üzerinde moleküler ışın epitaksi kullanarak düzlemsel nanotel veya nanodot dizilerinin büyümesini sağlayan bir yüzey bilimi tekniğidir . ATLAS , bu tür nanoyapılar için bir şablon olarak yüzeyin doğal basamak ve teras yapısını kullanır . Teknik, yakın substratlar üzerinde akı malzemesinin düşük açılı insidansını içerir. Çevresel substratlar , atomik adımlarla ayrılmış atom teraslarından oluşur. ATLAS tekniği, litografi ile elde edilemeyen boyutlarda , plazmonik nanoyapıların iyi tanımlanmış düzlemsel dizilerinin üretilmesine izin verir .

Bir koşutlanmış kiriş atomu ya da moleküllerin bir buharlaştırılmıştır eğik substrata açısı. Bu "gölge" kirişe adımları neden olur ve moleküller sadece doğrudan adımları açıkta kalan parçaları üzerinde adsorbe edildiği görüş hattı arasında buharlaştırıcı .

Tekniğin temel cazibesi, çok sayıda litografi aşamasını içermediği ve metal , yarı iletken veya oksit yüzeylere benzer şekilde uygulanabileceği için göreceli basitliğidir .

Teknik, " aşağıdan yukarıya " bir yaklaşımdır ve dizi içindeki nanoyapıların ayrılması ve bunların bireysel genişlikleri üzerinde büyük kontrol sağlar. Ayırma, ana indeksten yanlış kesimi ile belirlenen alt tabakanın atomik teraslarının boyutu tarafından kontrol edilir ; ve nanoyapıların genişliği birikimin eğik açısı ile kontrol edilir.

Atlas büyüme ile, çok yönlü bir teknik olduğu gösterilmiştir metalik , yarı-iletken ve manyetik nanotellerin ve nanodots kaynak malzeme ve alt tabakalar kullanarak çeşitli gösterdi.

Temel prensipler

Şekil 1. Bir komşu yüzey üzerinde sığ bir açıyla biriktirme (a) nano yapıların dış basamak kenarlarında biriktirilmesi; kiriş "yokuş aşağı" yön boyunca bir β açısında , (b) alt tabaka 180 ° döndürülür ve kiriş "yokuş yukarı" yönde yönlendirilir.

Şekil 1 (a), "yokuş aşağı" yöndeki, yani bir dış basamak kenarından bir alt terasa olan çökeltmenin bir şematiğini göstermektedir. Kiriş ve yüzey arasındaki biriktirme açısı β küçüktür (1 ° -3 °), bu nedenle terasların bazı alanları kirişe maruz kalır ve diğerleri geometrik olarak gölgelenir .

Biriktirme açısı β , aşağıdaki ilişkiye göre nanoyapıların genişliğini belirler:

${\ displaystyle w \ yaklaşık bir \ sol ({\ frac {1} {\ alpha}} - {\ frac {1} {\ alpha + \ beta}} \ sağ)}$

burada ağırlık nano genişliği, bir tek adımda yüksekliğidir, α miscut açısıdır ve β gelen ışın ile yüzey arasındaki birikim açısıdır ( a ve β küçük olduğu varsayılır ve radyan cinsinden ölçülür).

Şekil 1 (b) benzer bir durumu göstermektedir, ancak bu kez alt tabaka 180 ° döndürülmüştür, böylece gelen ışın şimdi "yokuş yukarı" yönde ve yüzeye neredeyse paraleldir. Bu durumda, basamak yüzleri, bağlanma bölgelerini sağlar ve biriken malzeme, aşamalı akış büyüme mekanizmasına benzer şekilde, basamaklar boyunca büyür .

Onbeş bir genişliğe sahip nanotelleri büyümesi için nanometre ya da daha az, çökeltme sıcaklığı , her iki yön için bu şekilde seçilmelidir , ortalama serbest yolu arasında adatoms yüzeyinde birkaç nanometre ile sınırlıdır.

Deneysel Geliştirme

ATLAS sistemi dahilinde geliştirilen Uygulamalı Fizik Grubu Okulu'ndaki Fizik , Dublin Trinity College . Deneysel prosedür, litografi veya diğer yaklaşımlarla karşılaştırıldığında nispeten basittir, yani yalnızca standart ekipmana ihtiyaç vardır.

Kurulum , numunenin buharlaşma kaynağından büyük bir çalışma mesafesinde (40-100 cm ) monte edildiği ultra yüksek bir vakum odasından (düşük 10 ⁻¹⁰ Torr aralığında temel basınç ) oluşur. Bu büyük mesafe , ATLAS tekniği için gereken yüksek kolimasyonu sağlar . Numunenin kendisi bir dönüş kademesine monte edilmiştir ve ± 0,5 ° hassasiyetle 200 ° eğilebilir.

Alt-tabaka, ya geçirerek yerleştirilmesi sırasında ısıtılabilen doğru akım için numune boyunca yarı iletkenler ya da alt-tabaka için altındaki ayrı bir ısıtma folyo ile tahrik akımı ile izolasyon oksitler .

Çok yönlülük

Sistemin yetenekleri ilk olarak iki tip komşu substrat üzerinde, kademeli gruplanmış Si ( 111 ) ve α-Al ₂ O ₃ ( 0001 ) üzerinde 10-30 nm genişliğinde metalik nanotellerden oluşan büyüyen dizilerle test edildi . Au ve Ag'nin bu substratlar üzerine biriktirilmesi, genişliği ve yüksekliği 15 nm ve 2 nm olan ve yaklaşık olarak 30 nm ile ayrılmış tel dizileri verir.

ATLAS, 2008 yılında piyasaya sürülmesinden bu yana, çeşitli kademeli substratlar üzerinde 15 nm genişliğe ve 2 nm kalınlığa kadar çeşitli malzemelerden nanoteller üretmek için basit bir teknik olarak gösterilmiştir.

Sınırlamalar

ATLAS çok yönlü bir teknik olmasına rağmen, bazı sınırlamalar mevcuttur. Nanotellerin ilk büyümesi , belirli tercihli adsorpsiyon bölgelerinde çekirdeklenir . Bu, birbirlerinden bağımsız olarak büyüyen epitaksiyal tohumlar oluşturabilir ve birleşene kadar genel bir polikristalin tel oluşturur. Bu polikristalite, havaya maruz kaldığında telin stabilitesini etkileyebilir ve kusurlu yapısı nedeniyle direnci artırabilir . Örgü eşleştirme yoluyla nanotellerin epitaksiyalitesini artırmak veya substratın ısıtılması yoluyla başlangıçtaki mobiliteyi artırmak için devam eden bir araştırma konusudur .

Bu sınırlamalara rağmen, ATLAS'ın 15 nm genişliğindeki sonuçları, diğer sığ açı tekniklerine kıyasla boyutta yaklaşık beş kat bir azalmadır.

Referanslar