원자단자 저각도 그림자

Atomic-terrace low-angle shadowing

아토믹 테라스 로우 앵글 섀도우잉(ATLAS)은 비파상 표면의 분자 빔 에피택스를 이용해 평면 나노와이어 또는 나노도트 배열을 성장시킬 수 있는 표면과학 기법이다.ATLAS는 그러한 나노구조를 위한 템플릿으로 표면의 고유한 단계적 구조를 이용한다.[1][2]이 기법은 골수 기판에서 플럭스 물질의 저각 발생을 포함한다.Vicinal 기판은 원자 스텝으로 분리된 원자 테라스로 구성되어 있다.ATLAS 기법은 석판술에 의해 달성할 수 없는 치수의 잘 정의된 플라스모닉 나노구조체의 평면 배열의 제작을 가능하게 한다.

원자나 분자의 시준된 빔은 기질에 비스듬히 증발된다.이로 인해 계단이 빔을 "그림자"하게 되고, 분자는 증발기의 직접적인 시야에 있는 계단의 노출된 부분에만 흡착된다.

이 기술의 주된 매력은 여러 개의 석판화 단계를 수반하지 않고 금속, 반도체 또는 산화 표면에 똑같이 적용할 수 있기 때문에 상대적인 단순성이다.

이 기법은 "상향식" 접근법이며, 배열 내의 나노구조체 분리는 물론 개별적인 폭도 크게 제어할 수 있다.분리는 기질의 원자 테라스의 크기에 의해 제어되며, 기질 테라스의 크기는 기본 지수에서 잘못 절단되어 결정되며, 나노 구조체의 폭은 증착의 비스듬한 각도로 제어된다.

ATLAS는 금속, 반도체, 자기 나노와이어와 나노도트의 성장이 다양한 원천 재료와 기판을 사용하여 입증되는 등 매우 다재다능한 기법임을 보여 왔다.[3]

기본 원리

Schematic showing both "downhill" and "uphill" deposition models used in ATLAS
그림 1.골격 표면의 얕은 각도로 침적 (a) 외부 계단 가장자리에 나노 구조물이 쌓이고, "하향" 방향을 따라 각도 β의 빔, (b) 기질이 180° 회전하며 빔이 "상향" 방향으로 향한다.

그림 1(a)는 "다운힐" 방향, 즉 외부 스텝 가장자리에서 하부 테라스로의 침적 도식을 보여준다.빔과 표면 사이의 증착각 β가 작아서(1°-3°) 테라스의 일부가 빔에 노출되고, 다른 부분은 기하학적으로 그림자가 드리워진다.

증착각 β는 다음과 같은 관계에 따라 나노구조의 폭을 결정한다.

여기서 w는 나노구조물 너비, a는 1단계의 높이, α는 오절각, β는 입사빔과 표면 사이의 증착각(α와 β는 작다고 가정하여 라디안으로 측정한다)이다.

그림 1(b)은 유사한 상황을 보여주지만, 이번에는 기판을 180° 회전시켜 입사 빔이 이제 "업힐" 방향에 있고, 표면과 거의 평행하게 된다.이 경우 스텝 페이스는 접착 부위를 제공하고 스텝 플로우 성장 메커니즘과 유사하게 스텝을 따라 침전물이 성장한다.

폭이 15나노미터 이하인 나노와이어를 재배하려면 표면에 있는 아다톰의 평균 자유 경로가 몇나노미터로 제한되도록 양쪽 방향의 증착 온도를 선택해야 한다.

실험 개발

ATLAS 시스템은 더블린 소재 트리니티 칼리지의 응용물리학 그룹 내에서 개발되었다.실험 절차는 석판화 또는 기타 접근방식과 비교할 때 비교적 간단하며, 이는 표준 장비만 필요하다는 것을 의미한다.

셋업은 초고진공실실(낮은−10 10 Torr 범위의 기본 압력)으로 구성되며, 샘플은 증발원으로부터 큰 작동 거리(40-100 cm)에 장착된다.이 큰 거리는 ATLAS 기법에 필요한 높은 콜리메이션을 제공한다.시료 자체는 회전 단계에 탑재되어 있으며, ±0.5°의 정밀도로 200°까지 기울일 수 있다.

기판은 반도체용 샘플을 통해 직류를 전달하거나 산화물 절연을 위해 기판 아래에 있는 별도의 가열 호일을 통해 전류를 구동하여 증착 시 가열할 수 있다.

다용도

이 시스템의 성능은 먼저 10~30nm 폭의 금속 나노와이어 배열을 계단으로 하여 단계분쇄 Si(111)와 α-AlO23(0001)의 두 종류에 걸쳐서 시험하였다.이러한 기판에 Au와 Ag를 증착하면 너비와 높이가 15nm와 2nm이고 약 30nm로 분리되는 와이어 어레이가 생성된다.

ATLAS는 2008년 도입 이후 여러 계단 기판에 15nm, 2nm의 두께로 다양한 소재의 나노와이어를 제작할 수 있는 간단한 기법으로 입증됐다.

제한 사항

비록 ATLAS가 다용도 기술이지만, 몇몇 제한은 존재한다.나노와이어의 초기 성장은 특정 우선 흡착 사이트에서 핵으로 이루어진다.이것은 서로 독립적으로 자라는 상피 씨앗을 만날 때까지 형성할 수 있으며, 이것은 전체적인 다결정 철사를 형성한다.이 다결정성은 공기에 노출될 때 전선의 안정성에 영향을 줄 수 있으며, 결함으로 인해 저항을 증가시킬 수 있다.격자 매칭으로 나노와이어의 상피성을 높이거나 기판 난방을 통해 초기 이동성을 높이는 것이 현재 진행 중인 연구 주제다.

이러한 한계에도 불구하고, ATLAS의 15nm 폭의 결과는 다른 얕은 각도의 기술에 비해 대략 5배 정도 크기가 줄어든 것이다.[4]

참조

  1. ^ F. 쿠쿠치두, V.우소프, S. 머피, C. O. 코일레인, I. V. 슈베츠, 플라나르 나노와이어 배열은 원자-테라스의 저각 섀도잉으로 형성되어 있다, Sci. Instrum. 79, 053907 (2008), [1] 보관소에 2014-04-09 오늘 보관.
  2. ^ Cuccureddu, F.; Usov, V.; Murphy, S.; Coileain, C.O.; Shvets, I. (20 May 2008). "Planar nanowire arrays formed by atomic-terrace low-angle shadowing". Review of Scientific Instruments. 79 (5): 053907–053907–4. Bibcode:2008RScI...79e3907C. doi:10.1063/1.2929835. hdl:2262/40319. ISSN 0034-6748. PMID 18513079.
  3. ^ 플로리아노 쿠쿠치두, 셰인 머피, 이고르 5세슈벳, 마우로 포르쿠, H. W. 잔드베르겐, Nano Lett, 2008, 8(10), pp 3248–3256, [2] 원자 테라스 저각 섀도우에 의해 성장한 실버 나노입자 배열에서의 플라스몬 공명
  4. ^ J. 오스터, M. 칼마이어, L. Wiehl, H. J. Elmers, H. Adrian, F. Porrati, M.Huth, J. Appl. 체육관 97, 014303(2005), [3]