Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств
Теоретически обоснована возможность создания перспективных термоэлектрических преобразователей на основе квантовых проводов. Разработаны и апробированы технологические методы изготовления массивов InSb-нанопроводов, имеющих высокое аспектное отношение диаметра к длине, в модифицированных матрицах на...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100472 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств / Г.Г. Горох, И.А. Обухов, А.А. Лозовенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 1. — С. 3-12. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859655309721600000 |
|---|---|
| author | Горох, Г.Г. Обухов, И.А. Лозовенко, А.А. |
| author_facet | Горох, Г.Г. Обухов, И.А. Лозовенко, А.А. |
| citation_txt | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств / Г.Г. Горох, И.А. Обухов, А.А. Лозовенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 1. — С. 3-12. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Теоретически обоснована возможность создания перспективных термоэлектрических преобразователей на основе квантовых проводов. Разработаны и апробированы технологические методы изготовления массивов InSb-нанопроводов, имеющих высокое аспектное отношение диаметра к длине, в модифицированных матрицах нанопористого анодного оксида алюминия. Исследована микроструктура и состав сформированных наноструктур. Представлены результаты электрофизических исследований массивов InSb-нанопроводов в порах анодного оксида алюминия и рассмотрены перспективы их практического применения при изготовлении новых типов генерирующих и охлаждающих устройств.
Теоретично обгрунтовано можливість створення перспективних термоелектричних перетворювачів на основі квантових проводів. Розроблено та апробовано технологічні методи виготовлення масивів InSb-нанопроводів, що мають високе аспектне відношення діаметра до довжини, в модифікованих матрицях нанопористого анодного оксиду алюмінію. Досліджено мікроструктуру та склад сформованих наноструктур. Представлено результати електрофізичних досліджень масивів InSb-нанопроводів в порах анодного оксиду алюмінію та розглянуто перспективи їх практичного застосування при виготовленні нових типів генеруючих і охолоджувальних пристроїв.
The authors have theoretically substantiated the possibility to create promising thermoelectric converters based on quantum wires. The calculations have shown that the use of quantum wires with lateral dimensions smaller than quantum confinement values and high concentration and mobility of electrons, can lead to a substantial cooling of one of the contacts up to tens of degrees and to the heating of the other. The technological methods of manufacturing of indium antimonide nanowires arrays with high aspect ratio of the nanowire diameters to their length in the modified nanoporous anodic alumina matrixes were developed and tested. The microstructure and composition of the formed nanostructures were investigated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:38:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 3
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 621.396.6.029.64+621.36
К. т. н. Г. Г. ГОРОХ1, к. ф.-м. н. И. А. ОБУХОВ2, А. А. ЛОЗОВЕНКО1
Рåñïóбëèêà Бåëàðóñь, ã. Мèíñê, 1Бåëîðóññêèé ãîñóдàðñòâåííыé óíèâåðñèòåò èíфîðмàòèêè
è ðàдèîýëåêòðîíèêè; Рîññèÿ, Мîñêîâñêàÿ îбë., 2НПП «Сèñòåмíыå ðåñóðñы»
E-mail: gorokh@bsuir.by, i_obukhov@systemres.ru
МАССИВЫ НАНОПРОВОÄОВ
ИЗ АНÒИМОНИÄА ИНÄИЯ ÄЛЯ ПЕРСПЕÊÒИВНЫХ
ÒЕРМОЭЛЕÊÒРИЧЕСÊИХ ÓСÒРОЙСÒВ
Сîâðåмåííыå íàíîòåõíîëîãèè óжå ñåãîд-
íÿ ïîзâîëÿюò ñîздàâàòь íàíîîбъåêòы, ðàзмåðы
êîòîðыõ ñîèзмåðèмы èëè дàжå мåíьшå дëèíы
ðàзмåðíîãî êâàíòîâàíèÿ Ldq [1]. В òåõ ñëóчàÿõ
êîãдà ïîïåðåчíыå ðàзмåðы îдíîмåðíыõ ïðîâîд-
íèêîâ мåíьшå Ldq, ïðîèñõîдÿò èзмåíåíèÿ â èõ
ïîòåíцèàëьíыõ ðåëьåфàõ дëÿ ýëåêòðîíîâ, âîз-
íèêàюò íåðàâíîâåñíыå êâàíòîâыå ýффåêòы íà
ãðàíèцàõ мåждó êâàíòîâымè ïðîâîдàмè ñ ðàз-
ëèчíымè ïîïåðåчíымè ñåчåíèÿмè è ïðîÿâëÿюò-
ñÿ дðóãèå êâàíòîâыå ýффåêòы [2]. В [3—5] òå-
îðåòèчåñêè ïîêàзàíà âîзмîжíîñòь èñïîëьзîâà-
íèÿ дëÿ òåðмîýëåêòðèчåñêèõ ïðåîбðàзîâàíèé íå-
ðàâíîâåñíыõ ÿâëåíèé, âîзíèêàющèõ íà ãðàíè-
цàõ ïðîâîдÿщåãî êàíàëà è êîíòàêòîâ êâàíòîâî-
ãî ïðîâîдà (ÊÏ). Пðè ñîîòâåòñòâóющåм âыбî-
ðå êîíñòðóêòèâíыõ ïàðàмåòðîâ ÊП ïðîòåêàíèå
òîêà чåðåз ïðèбîð бóдåò ïðèâîдèòь ê îõëàждå-
íèю ýмèòòåðíîãî êîíòàêòà è íàãðåâàíèю êîë-
ëåêòîðíîãî [3]. Пðè íàëèчèè мíîжåñòâà òàêèõ
ÊП ýòîò ýффåêò мíîãîêðàòíî óñèëèòñÿ è мîж-
íî дîбèòьñÿ îõëàждåíèÿ ýмèòòåðíîãî êîíòàêòà
íà дåñÿòêè ãðàдóñîâ. Сîîòâåòñòâåííî, ïðè íàëè-
чèè ðàзíîñòè òåмïåðàòóð мåждó êîíòàêòàмè ÊП
бóдåò âîзíèêàòь ýëåêòðèчåñêèé òîê.
В êàчåñòâå мàòåðèàëîâ дëÿ ñîздàíèÿ ÊП
íàèбîëåå ïðåдïîчòèòåëьíым ÿâëÿåòñÿ àíòèмî-
íèд èíдèÿ, èмåющèé мàëóю шèðèíó зàïðåщåí-
íîé зîíы (0,18 ýВ) è âыñîêóю ïîдâèжíîñòь
ýëåêòðîíîâ (7,8 м2/(В⋅ñ)) [6], бëàãîдàðÿ чåмó
ïðèбîðы íà îñíîâå InSb ñïîñîбíы ïðèíèмàòь
èíфðàêðàñíîå èзëóчåíèå ñ дëèíîé âîëíы дî
λ≈7 мêм è îбëàдàюò íàëóчшèмè чàñòîòíымè
ñâîéñòâàмè [7]. Ещå îдíà åãî âàжíàÿ îñîбåí-
íîñòь — íàíîñòðóêòóðы èз InSb èмåюò мàêñè-
мàëьíóю дëÿ ïîëóïðîâîдíèêîâ ãðóïïы AIIIBV
Теоретически обоснована возможность создания перспективных термоэлектрических преобразова-
телей на основе квантовых проводов. Разработаны и апробированы технологические методы изго-
товления массивов InSb-нанопроводов, имеющих высокое аспектное отношение диаметра к длине, в
модифицированных матрицах нанопористого анодного оксида алюминия. Исследована микрострук-
тура и состав сформированных наноструктур. Представлены результаты электрофизических ис-
следований массивов InSb-нанопроводов в порах анодного оксида алюминия и рассмотрены перспек-
тивы их практического применения при изготовлении новых типов генерирующих и охлаждающих
устройств.
Ключевые слова: массивы нанопроводов, квантово-размерные эффекты, анодный оксид алюминия,
антимонид индия, термоэлектрический преобразователь.
дëèíó ðàзмåðíîãî êâàíòîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ, ñî-
ñòàâëÿющóю 58 íм ïðè êîмíàòíîé òåмïåðà-
òóðå. Пîýòîмó ñíèжåíèå ëèíåéíыõ ðàзмåðîâ
InSb-íàíîñòðóêòóð мåíåå 60—50 íм ïðè òåмïå-
ðàòóðå T=300 K óжå ïðèâîдèò ê èзмåíåíèю õà-
ðàêòåðà êâàíòîâыõ ñîñòîÿíèé ýëåêòðîíîâ è ïðî-
ÿâëåíèю êâàíòîâî-ðàзмåðíыõ ýффåêòîâ [8, 9].
Óмåíьшåíèå жå ðàзмåðîâ InSb-íàíîñòðóêòóð дî
дåñÿòêîâ è åдèíèц íàíîмåòðîâ ïîзâîëÿåò èзмå-
íÿòь шèðèíó èõ ýффåêòèâíîé зàïðåщåííîé зîíы
îò 0,5 дî 3,2 ýВ — â мàêñèмàëьíî шèðîêîм дëÿ
ïîëóïðîâîдíèêîâ ýòîé ãðóïïы дèàïàзîíå [10].
Сðåдè фèзèêî-õèмèчåñêèõ мåòîдîâ ïîëóчå-
íèÿ InSb-íàíîñòðóêòóð íàèбîëåå ïðèâëåêàòåëь-
íым ÿâëÿåòñÿ мåòîд ýëåêòðîõèмèчåñêîãî îñàждå-
íèÿ íà мåòàëëèчåñêèå îñíîâàíèÿ è ïëåíêè (Au,
Ag, Pt, Ni, Cu) â ñïåцèàëьíî ïðèãîòîâëåííыå
«òåмïëåéòы», â чàñòíîñòè â íàíîïîðèñòыå ïëåí-
êè àíîдíîãî îêñèдà àëюмèíèÿ (ÀÎÀ) [11, 12].
Одíàêî ñïåцèфèчåñêàÿ ñòðóêòóðà АОА íå ïî-
зâîëÿåò íåïîñðåдñòâåííî èñïîëьзîâàòь åãî â êà-
чåñòâå шàбëîíà дëÿ ýëåêòðîõèмèчåñêîãî îñàждå-
íèÿ InSb — дëÿ ýòîãî íåîбõîдèмî зàмåíèòь дèý-
ëåêòðèчåñêèé бàðьåðíыé îêñèдíыé ñëîé ó îñíî-
âàíèÿ ïîð íà ïðîâîдÿщóю ïëåíêó. Рàíåå íàмè
быëè ðàзðàбîòàíы мåòîды ýëåêòðîõèмèчåñêîãî
îñàждåíèÿ мåòàëëîâ (Ni, Cu) è ïîëóïðîâîдíèêîâ
(InSb) â мîдèфèцèðîâàííыå мàòðèцы АОА òîë-
щèíîé 0,5—1 мêм íà мåòàëëèзèðîâàííыõ êðåм-
íèåâыõ ïîдëîжêàõ [13, 14]. Рàзðàбîòêà мåòîдîâ
óïðàâëÿåмîãî фîðмèðîâàíèÿ íàíîïðîâîдîâ àí-
òèмîíèдà èíдèÿ зàдàííîé ðàзмåðíîñòè îòêðы-
âàåò ïåðñïåêòèâы дëÿ èñïîëьзîâàíèÿ шèðîêî-
ãî ñïåêòðà êâàíòîâыõ ÿâëåíèé â êàчåñòâå îñíî-
âы фóíêцèîíèðîâàíèÿ мèêðîýëåêòðîííыõ ïðè-
бîðîâ, â òîм чèñëå îñóщåñòâëÿющèõ ýффåêòèâ-
DOI: 10.15222/TKEA2015.1.03
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 14
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
íîå ïðåîбðàзîâàíèå òåïëîâîé ýíåðãèè â ýëåêòðè-
чåñêóю è íàîбîðîò.
Цåëью íàñòîÿщåé ðàбîòы быëî îбîñíîâàíèå
âîзмîжíîñòè ñîздàíèÿ òåðмîýëåêòðèчåñêèõ ïðå-
îбðàзîâàòåëåé íà îñíîâå íåðàâíîâåñíыõ ýффåê-
òîâ â êâàíòîâыõ ïðîâîдàõ, фîðмèðîâàíèå мàñ-
ñèâîâ êâàíòîâыõ ïðîâîдîâ ñ бîëьшèм àñïåêò-
íым îòíîшåíèåм èõ дëèíы ê дèàмåòðó ñ ïîмî-
щью íàíîïîðèñòыõ òåмïëåéòîâ èз àíîдíîãî îê-
ñèдà àëюмèíèÿ, à òàêжå èññëåдîâàíèå èõ ñòðóê-
òóðы, ñîñòàâà è ýëåêòðîфèзèчåñêèõ õàðàêòåðè-
ñòèê, чòî íåîбõîдèмî дëÿ ñîздàíèÿ â ïåðñïåê-
òèâå íà èõ îñíîâå íîâыõ òèïîâ ãåíåðèðóющèõ
è îõëàждàющèõ óñòðîéñòâ.
Òеоретические предпосылки для создания
микроэлектронных устройств, основанных
на квантовых неравновесных эффектах
Äëÿ îбъÿñíåíèÿ âîзíèêíîâåíèÿ íåðàâíî-
âåñíыõ ýффåêòîâ â íàíîïðîâîдàõ ïðåдñòàâèм
êâàíòîâыé ïðîâîд â âèдå ïðîâîдÿщåãî êàíàëà
— ïðÿмîóãîëьíîãî ïàðàëëåëåïèïåдà, íà êîíцàõ
êîòîðîãî íàõîдÿòñÿ ýмèòòåðíыé è êîëëåêòîðíыé
êîíòàêòы ÊП (рис. 1). Пîðîãîм дëÿ êâàíòîâыõ
ýффåêòîâ â òâåðдыõ òåëàõ ÿâëÿåòñÿ дëèíà ðàз-
мåðíîãî êâàíòîâàíèÿ: Ldq=π∙(1,5ħτ0/m*)1/2
(ãдå τ0=ħ/(kT) — âðåмÿ ðåëàêñàцèè ýëåêòðîííî-
ãî ãàзà ê òåðмîдèíàмèчåñêîмó ðàâíîâåñèю [5, 8],
ħ — ïîñòîÿííàÿ Пëàíêà), ïîýòîмó â òåõ ñëóчàÿõ,
êîãдà ïîïåðåчíыå ðàзмåðы ïðîâîдÿщåãî êàíàëà
мåíьшå Ldq, ïðè ïðîòåêàíèè òîêà чåðåз ÊП åãî
ýмèòòåðíыé êîíòàêò бóдåò îõëàждàòьñÿ, à êîë-
ëåêòîðíыé — íàãðåâàòьñÿ.
В îñíîâå ýòèõ ÿâëåíèé ëåжèò ýффåêò Пåëьòьå,
ïðîÿâëÿющèéñÿ íà ãðàíèцàõ ýмèòòåðíîãî è êîë-
ëåêòîðíîãî êîíòàêòîâ ÊП. Еñëè ïîïåðåчíыå ðàз-
мåðы ïðîâîдÿщåãî êàíàëà дîñòàòîчíî мàëы, òî
â íàïðàâëåíèè ïåðåíîñà зàðÿдà îí ïðåдñòàâëÿ-
åò ñîбîé ïîòåíцèàëьíыé бàðьåð дëÿ ýëåêòðîíîâ.
В ðåзóëьòàòå ðàзмåðíîãî êâàíòîâàíèÿ мåждó
ýíåðãèåé Фåðмè ýëåêòðîíîâ â êîíòàêòàõ (EF) è
ïåðâым ðàзðåшåííым óðîâíåм èõ ýíåðãèè â ïðî-
âîдÿщåм êàíàëå êâàíòîâîãî ïðîâîдà (E1) âîзíè-
êàåò ýíåðãåòèчåñêàÿ щåëь: ∆=E1–EF>0. Вåëèчèíà
∆ ïðåдñòàâëÿåò ñîбîé íèжíюю ãðàíèцó ýíåðãèè,
êîòîðàÿ мîжåò быòь ïîãëîщåíà ëèбî èñïóщåíà
ýëåêòðîíàмè ïðè ïåðåõîдå èз ñîñòîÿíèÿ ñ ýíåð-
ãèåé íå âышå ýíåðãèè Фåðмè â ñîñòîÿíèå ñ ýíåð-
ãèåé, ðàзðåшåííîé â ïðîâîдÿщåм êàíàëå.
Нà рис. 2 õîðîшî âèдíî, чòî óðîâíè ðàздå-
ëåíы ýíåðãåòèчåñêèмè щåëÿмè, ïðåâышàющèмè
ýíåðãèю òåïëîâыõ фëóêòóàцèé kBT (kB — ïîñòî-
ÿííàÿ Бîëьцмàíà, T — òåмïåðàòóðà) ïðè êîм-
íàòíîé òåмïåðàòóðå, ðàâíóю ïðèмåðíî 0,026 ýВ.
Пîñêîëьêó âыñîòà ïîòåíцèàëьíîãî бàðьåðà, ñîз-
дàâàåмîãî ïðîâîдÿщèм êàíàëîм дëÿ ýëåêòðîíîâ
â ÊП, ÿâëÿåòñÿ фóíêцèåé ïîïåðåчíыõ ðàзмåðîâ
ýòîãî êàíàëà, îò ýòèõ ðàзмåðîâ бóдóò зàâèñåòь
ýëåêòðîфèзèчåñêèå ñâîéñòâà ïðîâîдà. Êðîмå
òîãî, èíжåêцèÿ ýëåêòðîíîâ èз êîíòàêòà â êàíàë
ïî ñâîåмó фèзèчåñêîмó ñмыñëó ýêâèâàëåíòíà èñ-
ïàðèòåëьíîé ýмèññèè [3, 8].
Еñëè ïîðÿдîê âåëèчèí ∆ è kBT îдèíàêîâ, òî,
ïðèêëàдыâàÿ ê ÊП âíåшíåå íàïðÿжåíèå, мîжíî
дîбèòьñÿ îõëàждåíèÿ ýмèòòåðíîãî êîíòàêòà â ðå-
зóëьòàòå ïåðåíîñà зàðÿдà è îõëàждåíèÿ êîëëåê-
òîðíîãî. Òàêèм îбðàзîм, ýòîò ýффåêò îбóñëîâ-
ëåí «èñïàðåíèåм» ýëåêòðîíîâ â óзêîé îбëàñòè
âбëèзè ýмèòòåðíîãî êîíòàêòà è ïîñëåдóющèм
èõ ïåðåíîñîм чåðåз ïðîâîдÿщèé êàíàë ê дðóãî-
мó êîíòàêòó [3—5, 15]. Нà рис. 3, ãдå ïîêàзàíî
ðàñïðåдåëåíèå îòíîшåíèÿ n/neq âдîëь êâàíòîâî-
ãî ïðîâîдà (n — êîíцåíòðàцèÿ ýëåêòðîíîâ ïðè
íàïðÿжåíèè V=0,38 В, neq — ðàâíîâåñíàÿ êîí-
цåíòðàцèÿ ýëåêòðîíîâ, âычèñëåííàÿ êàê êîíцåí-
òðàцèÿ ïðè V=0 В), âèдíî, чòî â îбëàñòè ïðî-
Рèñ. 2. Пîòåíцèàëьíыå ðåëьåфы дëÿ ýëåêòðîíîâ â
ÊП ïðè íóëåâîм íàïðÿжåíèè дëÿ ïðîâîдÿщèõ êàíà-
ëîâ ðàзëèчíîãî дèàмåòðà:
1 — d=Ldq/2; 2 — d=Ldq/3; 3 — d=Ldq/4
0,4
0,3
0,2
0,1
0 100 200 300
Äëèíà ÊП, íм
1
3
2
EF
Э
íå
ðã
èÿ
,
ýВ
Рèñ. 3. Рàñïðåдåëåíèå ýëåêòðîíîâ â ÊП дèàмåòðîм
d=Ldq/4 ïðè V=0,38 В
5
4
3
2
1
0 100 200 300
Äëèíà ÊП, íм
Э
íå
ðã
èÿ
,
ýВ
Рèñ. 1. Иëëюñòðàцèÿ ê îïèñàíèю êâàíòîâîãî ïðîâîдà
Пðîâîдÿщèé êàíàëЭмèòòåðíыé
êîíòàêò
Êîëëåêòîðíыé
êîíòàêò
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 5
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
âîдÿщåãî êàíàëà, ïðèмыêàющåé ê ýмèòòåðíî-
мó êîíòàêòó, êîíцåíòðàцèÿ «èñïàðèâшèõñÿ» èз
ýмèòòåðà ýëåêòðîíîâ â íåñêîëьêî ðàз ïðåâышàåò
ðàâíîâåñíóю êîíцåíòðàцèю. Пðè ýòîм â îбëàñòè
êîëëåêòîðíîãî êîíòàêòà íàбëюдàåòñÿ îбåдíåíèå
ïðîâîдÿщåãî êàíàëà ýëåêòðîíàмè.
В ðåзóëьòàòå èíжåêцèè ýëåêòðîíîâ èз êîí-
òàêòíыõ îбëàñòåé â ïðîâîдÿщåм êàíàëå ïðî-
èñõîдèò ïîãëîщåíèå è èзëóчåíèå ýëåêòðîíàмè
ýíåðãèè òåïëîâыõ фëóêòóàцèé. Пðè ïîãëîщå-
íèè ýëåêòðîíы ïåðåõîдÿò èз ñîñòîÿíèé ñ ýíåð-
ãèåé мåíьшåé âыñîòы ïîòåíцèàëьíîãî бàðьåðà
â ñîñòîÿíèÿ ñ бîëьшåé ýíåðãèåé. Òàêèм жå îб-
ðàзîм ïðîèñõîдÿò è îбðàòíыå ïåðåõîды ñ èзëó-
чåíèåм òåïëîâîé ýíåðãèè. Еñëè мåждó ýмèòòåð-
íым è êîëëåêòîðíым êàíàëàмè ïðèëîжåíî íå-
íóëåâîå ñмåщåíèå, òî â ÊП âîзíèêàåò ýëåêòðè-
чåñêèé òîê. Эëåêòðîíы, ïîãëîòèâшèå òåïëîâóю
ýíåðãèю, óâëåêàюòñÿ ýòèм òîêîм èз êîíòàêòà ñ
мåíьшèм ïðèëîжåííым íàïðÿжåíèåм â ïðîâî-
дÿщèé êàíàë. Здåñь ýëåêòðîíы íå мîãóò èзëó-
чèòь òåïëîâóю ýíåðãèю, ïîñêîëьêó â ýòîé îбëà-
ñòè îòñóòñòâóюò ñîñòîÿíèÿ ñ ýíåðãèåé, мåíьшåé
âыñîòы ïîòåíцèàëьíîãî бàðьåðà. Изëóчåíèå òå-
ïëîâîé ýíåðãèè è óмåíьшåíèå ýíåðãèè ýëåêòðî-
íîâ ïðîèñõîдèò òîëьêî â îбëàñòè ïðîòèâîïîëîж-
íîãî êîíòàêòà. Сëåдóåò îòмåòèòь, чòî îïèñàííыå
ÿâëåíèÿ мîãóò быòь èñïîëьзîâàíы дëÿ ñîздàíèÿ
íàíîõîëîдèëьíèêîâ èëè, чòî òî жå ñàмîå, «òå-
ïëîâыõ íàñîñîâ» íà îñíîâå мàññèâîâ èз êâàíòî-
âыõ ïðîâîдîâ. Òåîðåòèчåñêèå îцåíêè ïîêàзыâà-
юò, чòî â òàêèõ óñòðîéñòâàõ âîзмîжíî îõëàж-
дåíèå îбъåêòîâ, ïðèмыêàющèõ ê ýмèòòåðíым
êîíòàêòàм êâàíòîâыõ ïðîâîдîâ, íà дåñÿòêè ãðà-
дóñîâ [3, 5].
Êðîмå èñïàðèòåëьíîé ýмèññèè â îбëàñòè ïå-
ðåõîдà мåждó ýмèòòåðíым êîíòàêòîм è ïðîâî-
дÿщèм êàíàëîм íàбëюдàåòñÿ ïîãëîщåíèå фî-
òîíîâ èíфðàêðàñíîãî дèàïàзîíà, чòî ïîзâîëÿåò
èñïîëьзîâàòь ÊП â êàчåñòâå фîòîÿчåéêè [16].
Пðè ñîîòâåòñòâóющåé мîщíîñòè âíåшíåãî ýëåê-
òðîмàãíèòíîãî èзëóчåíèÿ îдèí ÊП мîжåò âы-
ðàбàòыâàòь ïðèмåðíî 10 íВò ýëåêòðîýíåðãèè.
Рàññчèòàííыå зíàчåíèÿ мàêñèмàëьíîé мîщíî-
ñòè, îòбèðàåмîé îò îдíîãî ÊП, è êîýффèцèåí-
òà ïîëåзíîãî дåéñòâèÿ òàêîé ÿчåéêè ïðîïîðцèî-
íàëьíы îòíîшåíèю R0/R, ãдå R0=ħ/e2≈4,1 êОм,
e — зàðÿд ýëåêòðîíà, R — ñîïðîòèâëåíèå êâàí-
òîâîãî ïðîâîдà. Òî åñòь îчåâèдíî, чòî ýффåê-
òèâíîñòь ïðåîбðàзîâàíèÿ òåм âышå, чåм íèжå
ñîïðîòèâëåíèå ÊП.
Êîмбèíàцèÿ «òåïëîâîãî íàñîñà» è фîòî-
ÿчåéêè íà îñíîâå êâàíòîâыõ ïðîâîдîâ ïîзâî-
ëÿåò ïîñòðîèòь êâàíòîâыé òåðмîýëåêòðèчåñêèé
ïðåîбðàзîâàòåëь. Еãî âîзмîжíàÿ ñõåмà ïîêàзà-
íà íà рис. 4, а. Оí ñîñòîèò èз мàòðèцы êâàí-
òîâыõ ïðîâîдîâ, ïðèмыêàющåé ê îõëàждàåмîé
ïîâåðõíîñòè, è àíàëîãèчíîé мàòðèцы, îñóщåñò-
âëÿющåé ïðåîбðàзîâàíèå èíфðàêðàñíîãî èзëó-
чåíèÿ â ýëåêòðèчåñêèé òîê, à òàêжå èз àêêóмó-
ëèðóющåãî è óïðàâëÿющåãî óñòðîéñòâ. Бàзîâым
ýëåмåíòîм дëÿ íàíîõîëîдèëьíèêà, фîòîÿчåéêè
è êâàíòîâîãî òåðмîýëåêòðèчåñêîãî ïðåîбðàзîâà-
òåëÿ мîжåò ñëóжèòь òîíêîïëåíîчíîå фóíêцèî-
íàëьíîå óñòðîéñòâî, ñõåмàòèчåñêè èзîбðàжåí-
íîå íà ðèñ. 4, б.
Рîëь êâàíòîâыõ ïðîâîдîâ â ýòîм óñòðîéñòâå
âыïîëíÿåò мàññèâ íàíîïðîâîдîâ, ñфîðмèðîâàí-
íыõ â ïîðèñòîé мàòðèцå àíîдíîãî îêñèдà àëю-
мèíèÿ, íà ïðîòèâîïîëîжíыõ ñòîðîíàõ êîòîðîé
íàõîдÿòñÿ ýмèòòåðíыé è êîëëåêòîðíыé êîíòàê-
òы. Òåмïåðàòóðó îõëàждåíèÿ â òàêîм óñòðîé-
ñòâå мîжíî ðåãóëèðîâàòь ïðèëîжåííым íàïðÿ-
жåíèåм, ïðè ýòîм îõëàждåíèå бóдåò òåм бîëьшå,
чåм бîëьшå íàïðÿжåíèå è êîíцåíòðàцèÿ ýëåê-
òðîíîâ â ýмèòòåðíîм êîíòàêòå. Рàñчåòы ïîêàзы-
âàюò, чòî ïðè фîðмèðîâàíèè ÊП èз InSb è èõ
ïîïåðåчíыõ ðàзмåðàõ мåíåå 58 íм мîжåò быòь
дîñòèãíóòî зíàчèòåëьíîå îõëàждåíèå ýмèòòåð-
íîãî êîíòàêòà êâàíòîâîãî ïðîâîдà — íà дåñÿò-
êè ãðàдóñîâ.
Изготовление массивов InSb-нанопроводов
в матрице ÀÎÀ
Òåмïëåéòы дëÿ îñàждåíèÿ â íèõ InSb-
íàíîïðîâîдîâ ïîëóчàëè ïóòåм дâóõñòàдèéíî-
ãî ýëåêòðîõèмèчåñêîãî àíîдèðîâàíèÿ фîëьãè
èз Al (99,99%), êîòîðóю ïðåдâàðèòåëьíî ïîд-
âåðãàëè õèмèчåñêîé è мåõàíèчåñêîé îбðàбîòêå.
Пîñëåдîâàòåëьíîñòь îïåðàцèé ïðèãîòîâëåíèÿ
InSb-íàíîïðîâîдîâ â мàòðèцàõ АОА ïîêàзàíà
íà рис. 5. Пåðâóю ñòàдèю àíîдèðîâàíèÿ ïîдãî-
òîâëåííыõ ïîëèðîâàííыõ зàãîòîâîê ïðîâîдèëè
Рèñ. 4. Сõåмàòèчåñêîå èзîбðàжåíèå êâàíòîâîãî òåð-
мîýëåêòðèчåñêîãî ïðåîбðàзîâàòåëÿ (а) è ïðîñòåéшå-
ãî «îõëàждàющåãî» óñòðîéñòâà íà îñíîâå мàññèâîâ
íàíîïðîâîдîâ (б)
à)
б)
Аêêóмóëèðó -
ющåå óñòðîéñòâî
è ñõåмà
óïðàâëåíèÿ
Иñòîчíèê òåïëà
Оõëàждàåмàÿ ïîâåðõíîñòь
Оõëàждàющàÿ ïëåíêà
Фîòîíы ИÊ-дèàïàзîíà
Òåðмîïîãëîщàющàÿ ïëåíêà
Êîëëåêòîðíыé êîíòàêò
Эмèòòåðíыé êîíòàêò
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 16
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
Рèñ. 5. Пîñëåдîâàòåëьíîñòь îïåðàцèé ïðèãîòîâëåíèÿ îбðàзцîâ ñ InSb-íàíîïðîâîдàмè â мàòðèцàõ АОА
дëÿ èзмåðåíèÿ ВАХ
Фîðмèðîâàíèå «жåðòâåííîãî» АОА
Сåëåêòèâíîå ðàñòâîðåíèå АОА
Äâóñòîðîííåå ãëóбîêîå àíîдèðîâàíèå Al
Нàïыëåíèå ñëîÿ мåдè
Мàñêèðîâàíèå мåдè ñëîåм ХСЛ,
ñåëåêòèâíîå ðàñòâîðåíèå АОА
Сåëåêòèâíîå ðàñòâîðåíèå àëюмèíèÿ
Фîòîëèòîãðàфèÿ
Рàñòâîðåíèå БОС
Пåðâèчíîå îñàждåíèå мåдíыõ êîíòàêòîâ
Оñàждåíèå InSb
Оñàждåíèå мåдè дëÿ ñîздàíèÿ êîíòàêòíîé
ïëîщàдêè
Óдàëåíèå фîòîðåзèñòà è ХСЛ
à)
ë)
ê)
è)
з)
ж)
ã)
â)
б)
м) å)
д)
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 7
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
íà ãëóбèíó 5 мêм â 0,5 М âîдíîм ýëåêòðîëèòå
щàâåëåâîé êèñëîòы ïðè ïîñòîÿííîм íàïðÿжå-
íèè 35 В (ðèñ. 5, а). Эëåêòðèчåñêèå ïàðàмåòðы
ýëåêòðîõèмèчåñêîãî ïðîцåññà зàдàâàëè ñ ïîмî-
щью ñòàбèëèзèðîâàííыõ èñòîчíèêîâ ïèòàíèÿ
è êîíòðîëèðîâàëè âыñîêîòîчíымè âîëьòмåòðà-
мè. Иõ ðåãèñòðàцèю è мîíèòîðèíã îñóщåñòâëÿ-
ëè ñ ïîмîщью GPIB-êîíòðîëëåðà, ñîåдèíåííî-
ãî ñ ïåðñîíàëьíым êîмïьюòåðîм c óñòàíîâëåí-
íым ïðîãðàммíым îбåñïåчåíèåм HP Vee 6.01.
Сфîðмèðîâàííыé «жåðòâåííыé» ñëîé АОА ñå-
ëåêòèâíî óдàëÿëè (ðèñ. 5, б) â ðàñòâîðå èз ñмå-
ñè 20 ã/ë CrO3 è 35 мë/ë H3PO4 [17].
Пîâòîðíîå дâóõñòîðîííåå àíîдèðîâàíèå àëю-
мèíèåâîé зàãîòîâêè ñî ñòðóêòóðèðîâàííîé îò-
ïåчàòêàмè îêñèдíыõ ÿчååê ïîâåðõíîñòью ïðî-
âîдèëè â òåчåíèå 270 мèí â òåõ жå ýëåêòðîõè-
мèчåñêèõ óñëîâèÿõ, чòî è ïåðâîå àíîдèðîâàíèå
(ðèñ. 5, в). Зà ýòî âðåмÿ фîðмèðîâàëñÿ ñëîé АОА
òîëщèíîé 35±1 мêм. Зàòåм ïîëóчåííыå îбðàзцы
АОА îбðàбàòыâàëè â 2 М ðàñòâîðå ñåðíîé êèñ-
лоты при температуре 50°С в течение 3—5 мин,
â ðåзóëьòàòå чåãî ïîðы îчèщàëèñь è óâåëèчèâà-
ëèñь â дèàмåòðå дî 35 íм. Äàëåå íà îдíó èз ñòî-
ðîí àíîдèðîâàííîé зàãîòîâêè ñ ïîðèñòым ñëî-
åм АОА â âàêóóмå íàïыëÿëè ñëîé мåдè òîëщè-
íîé 2 мêм (ðèñ. 5, г). Пîñëå ýòîãî ïîâåðõíîñòь
мåдè зàêðыâàëè ñëîåм õèмèчåñêè ñòîéêîãî ëàêà
(ХСË) è âыñóшèâàëè ñíàчàëà íà âîздóõå â òå-
чåíèå 40 мèí, зàòåм â òåðмîêàмåðå ïðè òåмïå-
ратуре 90°C в течение 10 мин. На следующем
ýòàïå ïðîâîдèëè ñåëåêòèâíîå ðàñòâîðåíèå ñ îб-
ðàòíîé ñòîðîíы зàãîòîâêè: ñíàчàëà — ñëîÿ ïî-
ðèñòîãî АОА â ðàñòâîðå íà îñíîâå îðòîфîñфîð-
íîé êèñëîòы è õðîмîâîãî àíãèдðèдà (ðèñ. 5, д),
зàòåм — îñòàâшåãîñÿ ïîñëå àíîдèðîâàíèÿ ñëîÿ
àëюмèíèÿ â ðàñòâîðå èз 1,25 ã/ë õëîðèдà мåдè,
1 ë ñîëÿíîé êèñëîòы, 158 мë/ë дèñòèëëèðîâàí-
íîé âîды â òåчåíèå 25 мèí (ðèñ. 5, е).
Äëÿ ïðîâåдåíèÿ ýëåêòðîфèзèчåñêèõ èзмåðå-
íèé íåîбõîдèмî быëî ñîздàòь îбëàñòè ñ íàíîïðî-
âîдàмè, ëîêàëьíî îñàждåííымè íà îïðåдåëåí-
íîé ïëîщàдè. С ïîмîщью фîòîëèòîãðàфèè íà
ñòîðîíå бàðьåðíîãî îêñèдíîãî ñëîÿ (БÎС) быë
ñфîðмèðîâàí ðèñóíîê ñî ñâîбîдíымè îò фîòî-
ðåзèñòà îêíàмè ðàзмåðîм 1×1 мм (ðèñ. 5, ж).
Чåðåз мàñêó фîòîðåзèñòà â îñòàâшèõñÿ ñâîбîд-
íымè ñëîÿõ АОА ðàñòâîðÿëè БОС â 5%-íîм ðàñ-
творе ортофосфорной кислоты при 50°С в тече-
íèå 10 мèí (ðèñ. 5, з). В ïîðы ïðèãîòîâëåííыõ
òåмïëåéòîâ ñíàчàëà ïðîâîдèëè ýëåêòðîõèмè-
чåñêîå îñàждåíèå òîíêîãî ñëîÿ мåдè â 0,5 М
ðàñòâîðå CuSO4 ïðè ïëîòíîñòè òîêà 20 мА/ñм2
и температуре электролита 20±2°С в течение
4,5 мèí ñî ñêîðîñòью îêîëî 0,3 мêм/мèí.
Òàêèм îбðàзîм быëè ñфîðмèðîâàíы мåдíыå
êîíòàêòы òîëщèíîé îêîëî 1,4 мêм (ðèñ. 5, и).
Эëåêòðîõèмèчåñêîå îñàждåíèå àíòèмîíèдà èí-
дèÿ íà мåдíыå êîíòàêòы â ïîðàõ АОА îñóщåñò-
âëÿëè â âîдíîм ðàñòâîðå 0,1 М SbCl3, 0,18 M
InCl3, 0,35 M C6H8O7 è 0,17 M K3C6H5O7, дî-
âåдåííîм 20%-íым ðàñòâîðîм HCl дî зíàчåíèÿ
pH=2,0 [11]. Пðè ýëåêòðîõèмèчåñêîм îñàждåíèè
èñïîëьзîâàëè òðåõýëåêòðîдíóю ýëåêòðîõèмèчå-
ñêóю ÿчåéêó ñ õëîðñåðåбðÿíым ýëåêòðîдîм ñðàâ-
íåíèÿ. В êàчåñòâå àíîдà ïðè îñàждåíèè èñïîëьзî-
âàëè óãîëьíыé ýëåêòðîд. Оñàждåíèå InSb ïðîâî-
дèëè ïðè ïîñòîÿííîм òîêå ïëîòíîñòью 20 мА/ñм2
â òåчåíèå 25 мèí ïðè òåмïåðàòóðå ýëåêòðîëèòà
20±2°С и pH=2,0. Êàòîдíыé ïîòåíцèàë îòíîñè-
òåëьíî ýëåêòðîдà ñðàâíåíèÿ (Ag/AgCl) ñîñòàâ-
ëÿë 1,6 В. Зà óêàзàííîå âðåмÿ InSb ïîëíîñòью
зàïîëíÿë ïîðы АОА. Пîñëå òîãî êàê InSb íà-
чèíàë âыõîдèòь èз ïîð, óмåíьшàëàñь ïëîòíîñòь
òîêà, à êîãдà íàïðÿжåíèå ïîíèжàëîñь дî 1,53 В,
ïðîцåññ îñòàíàâëèâàëè (ðèñ. 5, к). Äëÿ îбåñïå-
чåíèÿ õîðîшåãî îмèчåñêîãî êîíòàêòà дîïîëíè-
òåëьíî ïðîâîдèëè ýëåêòðîëèòèчåñêîå îñàждåíèå
мåдè íà ïîâåðõíîñòь InSb ïðè ïëîòíîñòè òîêà
10 мА/ñм2 â òåчåíèå 20 мèí (ðèñ. 5, л). В зàâåð-
шåíèå óдàëÿëè мàñêó фîòîðåзèñòà è ñëîé ХСЛ
ñ îбðàòíîé ñòîðîíы òåмïëåéòà (ðèñ. 5, м), à ãî-
òîâыå îбðàзцы ïðîмыâàëè â дèñòèëëèðîâàííîé
âîдå è âыñóшèâàëè â òåðмîñòàòå.
Эëåêòðîííî-мèêðîñêîïèчåñêèå èзîбðàжåíèÿ
ñåчåíèé íàíîïîðèñòыõ òåмïëåéòîâ èз мåмбðàí
АОА ñ îñàждåííымè íàíîíèòÿмè InSb, à òàêжå
мàññèâ íàíîïðîâîдîâ ïîñëå ñåëåêòèâíîãî óдà-
ëåíèÿ мàòðèцы, ïîêàзàíы íà рис. 6. Êàê âèдíî
èз ñíèмêîâ, â êàждîé ïîðå ïî âñåé дëèíå îбðà-
Рèñ. 6. Эëåêòðîííî-мèêðîñêîïèчåñêèå ñíèмêè ñåчå-
íèÿ АОА ñ íàíîïðîâîдàмè InSb (а) è íàíîïðîâîдîâ
ïîñëå ðàñòâîðåíèÿ мàòðèц АОА (б)
à)
б)
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 18
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
зîâàëèñь íàíîïðîâîдà дèàмåòðîм îêîëî 35 íм,
чòî ñîîòâåòñòâîâàëî ðàзмåðó ïîð èñõîдíыõ òåм-
ïëåéòîâ АОА. В ñîîòâåòñòâèè ñ ïëîòíîñòью ïîð
мàòðèцы АОА, ïîд êàждым êîíòàêòîм íàõîдè-
лось около 2,568∙108 íàíîïðîâîдîâ, ñîåдèíåí-
íыõ мåждó ñîбîé ïîдñëîåм мåдè.
Нà рис. 7 ïðèâåдåíы ðåзóëьòàòы èññëåдîâà-
íèÿ ñîñòàâà InSb-íàíîïðîâîдîâ â ïîðèñòîм òåм-
ïëåéòå èз АОА, êîòîðыå быëè ïîëóчåíы мåòî-
дîм ýëåêòðîííî-зîíдîâîãî ðåíòãåíîñïåêòðàëь-
íîãî мèêðîàíàëèзà ñ ïîмîщью ñêàíèðóющåãî
ýëåêòðîííîãî мèêðîñêîïà, ñíàбжåííîãî ñïåцè-
àëьíîé ïðèñòàâêîé AN 10000 фèðмы Princeton
Gamma-Tech, Inc. Òàêàÿ ïðèñòàâêà ðåãèñòðèðî-
âàëà õàðàêòåðèñòèчåñêîå ðåíòãåíîâñêîå èзëóчå-
íèå îò âñåõ êîмïîíåíòîâ, êîòîðыå ïîïàдàëè ïîд
дåéñòâèå ïåðâèчíîãî ýëåêòðîííîãî ëóчà мèêðî-
ñêîïà ïðè åãî òîðмîжåíèè íà ïîâåðõíîñòè ïðè-
ãîòîâëåííîãî îбðàзцà, âызыâàÿ ãåíåðàцèю òà-
êîãî èзëóчåíèÿ. Хàðàêòåðíыé ðàзмåð ïÿòíà îò
ïåðâèчíîãî ëóчà ñîñòàâëÿë 10×10 мêм, ãëóбèíà
ïðîíèêíîâåíèÿ ëóчà — îò 0,1 мêм дî íåñêîëь-
êèõ мèêðîмåòðîâ.
В ïîëóчåííîм ñïåêòðå ïðèñóòñòâóюò ëèíèè,
ñîîòâåòñòâóющèå ýëåмåíòíîмó ñîñòàâó èñõîдíîé
мàòðèцы: ëèíèÿ ñ мàêñèмóмîм 1,62 ýВ ñîîòâåò-
ñòâóåò àëюмèíèю â ñòðóêòóðå мåмбðàíы АОА;
8,16 ýВ — ïîдñëîю мåдè, íà êîòîðыé îñàждàëè
InSb; 1,26 ýВ — êèñëîðîдó; 1,48 ýВ — чàñòèчíî
îêèñëåííîé мåдè â ïîðàõ. Сîñòàâ íàíîïðîâîдîâ
â ïîðàõ АОА õàðàêòåðèзóåòñÿ íàëèчèåм â ñïåê-
òðå íåñêîëьêèõ ëèíèé, ñîîòâåòñòâóющèõ èíдèю
â ðàзíыõ фîðмàõ (2,87; 3,52; 3,72 è 3,9 ýВ) ñ
мàêñèмàëьíîé ïîëîñîé 3,22 В, à òàêжå ñóðьмå
(3,2; 3,82; 4,15 è 4,6 ýВ) ñ мàêñèмàëьíîé ïîëî-
ñîé 3,52 ýВ. Êðîмå òîãî, â îбðàзцå îбíàðóжåí
õëîð (2,6 è 2,87 ýВ), êîòîðыé, âåðîÿòíî, âñòðî-
èëñÿ â ñòðóêòóðó êîмïîзèòà èз ýëåêòðîëèòà.
В ðåзóëьòàòå мàшèííîé îбðàбîòêè ïîëóчåí-
íыõ дàííыõ быëî ðàññчèòàíî ïðîцåíòíîå ñî-
îòíîшåíèå èíдèÿ è ñóðьмы â ñîñòàâå îñàждåí-
íыõ InSb-íàíîïðîâîдîâ: мàññîâîå — 36,89% In
è 63,11% Sb; àòîмíîå — 38,26% In è 61,74% Sb.
Измерение ÂÀХ
массивов InSb-нанопроводов
Иññëåдîâàíèÿ âîëьò-àмïåðíыõ õàðàêòåðèñòèê
(ÂÀХ) мàññèâîâ íàíîïðîâîдîâ InSb â мàòðèцå
АОА ïðîâîдèëè ñ ïîмîщью àâòîмàòèзèðîâàííîé
ñèñòåмы 4061 фèðмы Hewlett-Packard, ñíàбжåí-
íîé зîíдîâым óñòðîéñòâîм ñ мåдíымè мèêðîêîí-
òàêòàмè, èñòîчíèêà òîêîâ è íàïðÿжåíèé, èмåю-
щåãî цèфðîâîé (GPIB, IEEE 488) èíòåðфåéñ,
è мóëьòèмåòðà Agilent 34401A. Óïðàâëåíèå ðå-
жèмàмè èзмåðåíèé è ðåãèñòðàцèю ïàðàмåòðîâ
ïðîâîдèëè ñ ïîмîщью ïåðñîíàëьíîãî êîмïью-
òåðà, ñîåдèíåííîãî ñ ïðèбîðàмè ñ ïîмîщью
êîíòðîëëåðà USB-GPIB Card фèðмы Agilent
Technologies, ïîзâîëÿющåãî зàïèñыâàòь è îбðà-
бàòыâàòь ïîêàзàíèÿ ñ ðåãèñòðèðóющèõ ïðèбîðîâ
â ðåàëьíîм âðåмåíè. Обðàзцы èññëåдóåмыõ мà-
òðèц ïîмåщàëèñь íèжíåé чàñòью ñî ñïëîшíым
мåдíым ñëîåм (ñм. ðèñ. 5, м) íà ïîêðыòóю мå-
дью ïëàñòèíó. Ê èõ âåðõíèм ïëîщàдêàм, ïðåд-
ñòàâëÿющèм ñîбîé îêíà ðàзмåðîм 1×1 мм, ïðè-
êðåïëÿëñÿ ðàбîчèé êîíòàêò ñ ïîмîщью ïðóжè-
íÿщåãî мåдíîãî зîíдà. В ïðîцåññå èзмåðåíèé ëè-
íåéíî óâåëèчèâàëè/ïîíèжàëè íàïðÿжåíèå íà
ðàбîчåм êîíòàêòå ñî ñêîðîñòью 0,1 В/ñ è ðåãè-
ñòðèðîâàëè íà мîíèòîðå è мóëьòèмåòðå ïîêàзà-
íèÿ òîêà, ïðîòåêàющåãî мåждó íèжíèм è âåðõ-
íèм êîíòàêòàмè.
В ðåзóëьòàòå èññëåдîâàíèé быëî îбíàðóжåíî,
чòî ïðè ïåðâîм âêëючåíèè â ñèñòåмå Cu—InSb—Cu
òîê óâåëèчèâàëñÿ íåëèíåéíî, è ïðè íàïðÿжå-
íèè îêîëî 1 В íàбëюдàëèñь ðåзêèå ñêàчêè òîêà
â âèдå îñцèëëÿцèé (рис. 8, а, êðèâàÿ 1), ïðè
óмåíьшåíèè íàïðÿжåíèÿ òîê ëèíåéíî ñïàдàë дî
íóëÿ (ðèñ. 8, а, êðèâàÿ 2). Пîñëå ñмåíы ïîëÿð-
íîñòè íà êîíòàêòàõ îбðàзцà êàðòèíà ïîâòîðèëàñь,
òîëьêî â îòðèцàòåëьíыõ îðдèíàòàõ (ðèñ. 8, а,
êðèâыå 3 è 4). Òàêîå ïîâåдåíèå òîêà, âåðîÿò-
íî, ñâÿзàíî ñ êîíòàêòíымè ÿâëåíèÿмè íà ãðàíè-
цå íàíîïðîâîдîâ InSb è êîíòàêòîâ èз Cu. В àíî-
дèðîâàííîé мàòðèцå ñ ýëåêòðîõèмèчåñêè îñàж-
дåííымè íàíîïðîâîдàмè ïðèñóòñòâóåò íåêîòîðîå
êîëèчåñòâî ãèдðîêñèдîâ è íåêîмïåíñèðîâàííî-
ãî êèñëîðîдà, êîòîðыå мîãóò âзàèмîдåéñòâîâàòь
ñ мåдíымè êîíòàêòàмè [18], â ðåзóëьòàòå чåãî
ïðè àíîдíîм âêëючåíèè íà êîíòàêòàõ îбðàзóюò-
ñÿ òîíêèå ïëîñêèå êîððîзèîííыå зîíы Cu2O/Cu
è CuO/Cu [19]. Аíîдíî-ñфîðмèðîâàííыå íà
Cu òîíêèå ñëîè Cu2O è CuO îбëàдàюò p-òèïîм
ïðîâîдèмîñòè [20], ïîýòîмó íà ãðàíèцå íàíîïðî-
âîдîâ InSb, ïðåдñòàâëÿющèõ ñîбîé ïîëóïðîâî-
дíèê n-òèïà, è мåдíîãî êîíòàêòà, ïîêðыòîãî àê-
цåïòîðíым îêñèдîм мåдè, îбðàзóåòñÿ зàïèðàю-
щèé êîíòàêò, êîòîðыé íàчèíàåò ïðîбèâàòьñÿ ïðè
íàïðÿжåíèè, бëèзêîм ê 1 В. Пîñëå ïîâòîðíыõ
âêëючåíèé ïðè бîëьшèõ íàïðÿжåíèÿõ îñцèëëÿ-
цèè òîêà èñчåзëè è ВАХ ïðèîбðåëè âèд, ïîêà-
зàííыé íà ðèñ. 8, б: òîê ïðàêòèчåñêè ëèíåéíî
Рèñ. 7. Рåзóëьòàòы ýëåêòðîííî-зîíдîâîãî ðåíòãå-
íîñïåêòðàëьíîãî мèêðîàíàëèзà íàíîïðîâîдîâ InSb
â мàòðèцàõ АОА
2 4 6 8
Äëèíà âîëíы ëèíèè ñïåêòðà, ýВ
И
íò
åí
ñè
âí
îñ
òь
,
îò
í.
å
д.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 9
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
óâåëèчèâàëñÿ è óмåíьшàëñÿ, ñîîòâåòñòâåííî, ñ
ðîñòîм è ñíèжåíèåм íàïðÿжåíèÿ íà êîíòàêòàõ
â дèàïàзîíå ±2 В. Пðè ýòîм зíàчåíèÿ òîêà óâå-
ëèчèëîñь íåзíàчèòåëьíî.
Äàëьíåéшåå óâåëèчåíèå íàïðÿжåíèÿ ïðèâå-
ëî ê бëèзêîмó ê ýêñïîíåíцèàëьíîмó ðîñòó òîêà,
à ïðè U≈7 В ïðîèзîшåë ðåзêèé åãî ñêàчîê
(ðèñ. 8, в). Здåñь, âåðîÿòíî, ïðîèзîшëà «ïðè-
ðàбîòêà» êîíòàêòíыõ ïåðåõîдîâ InSb/Cu, ò. ê.
ïðè ïîñëåдóющèõ âêëючåíèÿõ ВАХ èññëåдóåмыõ
ñòðóêòóð быëè ñòàбèëьíы è íîñèëè ýêñïîíåíцè-
àëьíыé õàðàêòåð ïðè ïðÿмîм è îбðàòíîм âêëючå-
íèÿõ (ðèñ. 8, г). Пðè ýòîм õàðàêòåðíîå óïðàâëÿ-
ющåå íàïðÿжåíèå зíàчèòåëьíî ñíèзèëîñь, à зíà-
чåíèÿ òîêà быëè ñòàбèëьíы âî âðåмåíè è дîñòè-
ãàëè 320 мА, чòî ñîîòâåòñòâîâàëî ïëîòíîñòè òîêà
129,8 А/ñм2 чåðåз ñåчåíèÿ âñåõ íàíîïðîâîдîâ.
В ïðîцåññå òîêîâыõ èзмåðåíèé ñ ïîмîщью èí-
фðàêðàñíîãî èзмåðèòåëÿ òåмïåðàòóðы DT-8380
ðåãèñòðèðîâàëè зíàчåíèÿ òåмïåðàòóðы âåðõíå-
ãî (êîëëåêòîðíîãî) êîíòàêòà ïðè ïîëîжèòåëь-
íîм âêëючåíèè мàññèâà íàíîïðîâîдîâ è íèжíå-
ãî (ýмèòòåðíîãî) êîíòàêòà ïðè åãî îòðèцàòåëьíîм
âêëючåíèè. Пðè êðàòêîâðåмåííîм ïîëîжèòåëь-
íîм âêëючåíèè îбðàзцà ïðè íàïðÿжåíèè 3 В чå-
ðåз íåãî ïðîòåêàë òîê îêîëî 250 мА, è êîëëåê-
торный контакт за 150 с разогревался до 73°С, а
ïðè îбðàòíîм âêëючåíèè òåмïåðàòóðà ýмèòòåðíî-
го контакта достигала 55°С. Предположительно,
ýòî ÿâëåíèå îбóñëîâëåíî дâóмÿ íåðàâíîâåñíымè
ýффåêòàмè: èíжåêцèåé ýëåêòðîíîâ èз ýмèòòåð-
íîãî êîíòàêòà â ïðîâîдÿщèé êàíàë è íàðóшåíè-
åм ëîêàëьíîãî õèмèчåñêîãî ðàâíîâåñèÿ мåждó
фàзàмè «ýмèòòåðíыõ» è «êîëëåêòîðíыõ» ýëåê-
òðîíîâ. Обà îбíàðóжåííыõ ýффåêòà ÿâëÿюò-
ñÿ ñëåдñòâèåм ïðîòåêàíèÿ òîêà чåðåз îбëàñòè
ñ âыñîêèм ãðàдèåíòîм êîíцåíòðàцèè ýëåêòðî-
íîâ. Иñòîчíèêè íåðàâíîâåñíîñòè ëîêàëèзîâàíы
â n+–n-ïåðåõîдàõ мåждó êîíòàêòàмè è мàññèâîм
íàíîïðîâîдîâ. Зíàчåíèÿ óêàзàííîãî ãðàдèåíòà
îïðåдåëÿюòñÿ êîíцåíòðàцèåé ýëåêòðîíîâ â мà-
òåðèàëàõ êîíòàêòîâ. Пðè ýòîм íåîбõîдèмî îòмå-
òèòь, чòî òåмïåðàòóðíыé ýффåêò быë бы íàмíî-
ãî âышå â ñëóчàå бîëьшåãî ñòðóêòóðíîãî ñîâåð-
шåíñòâà íàíîïðîâîдîâ, à òàêжå ïðè ñîздàíèè êîí-
òàêòà èз дðóãîãî мàòåðèàëà, íàïðèмåð èз зîëîòà.
Пîëóчåííыå ðåзóëьòàòы ñâèдåòåëьñòâóюò î
âîзмîжíîñòè èзãîòîâëåíèÿ мàññèâîâ íàíîïðî-
âîдîâ InSb ñ íåïëîõèмè ýëåêòðèчåñêèмè õà-
ðàêòåðèñòèêàмè. Оíè ïîдòâåðждàюò ñдåëàííыå
ðàíåå òåîðåòèчåñêèå è ýêñïåðèмåíòàëьíыå âы-
âîды î ñèëьíîм âëèÿíèè êîíòàêòíыõ ÿâëåíèé
íà ýòè õàðàêòåðèñòèêè [1—3, 8]. Äëÿ ýффåê-
òèâíîãî èñïîëьзîâàíèÿ мàòðèц íàíîïðîâîдîâ
â êàчåñòâå òåðмîýëåêòðèчåñêèõ ïðåîбðàзîâàòå-
ëåé íåîбõîдèмî îòðàбîòàòь òåõíîëîãèю óñòîé-
чèâîãî фîðмèðîâàíèÿ êîíòàêòîâ ñ мàêñèмàëь-
íîé òóííåëьíîé ïðîзðàчíîñòью è зà ñчåò ýòî-
Рèñ. 8. ВАХ мàòðèц íàíîïðîâîдîâ InSb â мàòðèцàõ АОА íà ðàзëèчíыõ ýòàïàõ èзмåðåíèé
à)
1
2
3
4
I, мА
0,8
0,4
0
–0,4
–0,8
–1,5 –1,0 –0,5 0 0,5 1,0 1,5 U, В
б)
1
2
3
4
I, мА
0,6
0,4
0,2
0
–0,2
–0,4
–0,6
–2 –1 0 1 2 U, В
â)
1
I, мА
480
470
460
20
15
10
5
0 1 2 3 4 5 6 7 U, В
ã)
1
2
3
4
I, мА
300
200
100
0
–100
–200
–300
–4 –3 –2 –1 0 1 2 3 U, В
≈
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 110
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
ãî ïîâыñèòь ïëîòíîñòь òîêà â íàíîïðîâîдàõ дî
104—105 А/ñм2.
Заключение
Пðîâåдåííыå èññëåдîâàíèÿ ïîêàзàëè, чòî â
ñòðóêòóðàõ ñ мàññèâàмè êâàíòîâыõ ïðîâîдîâ,
ïîïåðåчíыå ðàзмåðы êîòîðыõ мåíьшå âåëèчèíы
ðàзмåðíîãî êâàíòîâàíèÿ, èз мàòåðèàëà ñ âыñîêîé
êîíцåíòðàцèåé è ïîдâèжíîñòью ýëåêòðîíîâ ïðè
êîмíàòíîé òåмïåðàòóðå мîжåò быòь дîñòèãíóòî
зíàчèòåëьíîå îõëàждåíèå îдíîãî èз êîíòàêòîâ
íà дåñÿòêè ãðàдóñîâ. Иñïîëьзîâàííыé â ðàбîòå
òåмïëåòíыé мåòîд ýëåêòðîõèмèчåñêîãî îñàждå-
íèÿ àíòèмîíèдà èíдèÿ â íàíîïîðèñòыå мàòðèцы
àíîдíîãî îêñèдà àëюмèíèÿ ïîêàзàë ïåðñïåêòèâ-
íîñòь òàêîãî ñïîñîбà фîðмèðîâàíèÿ êâàíòîâыõ
ïðîâîдîâ InSb ñ бîëьшèм àñïåêòíым ñîîòíîшå-
íèåм èõ дèмåòðà è дëèíы.
Пðîâåдåííыå ýëåêòðîííî-мèêðîñêîïèчåñêèå
èññëåдîâàíèÿ, à òàêжå ýëåêòðîííî-зîíдîâыé
ðåíòãåíîñïåêòðàëьíыé мèêðîàíàëèз ñфîðмèðî-
âàííыõ íèзêîðàзмåðíыõ ñèñòåм ïîêàзàëè, чòî
íèòåâèдíыå íàíîñòðóêòóðы îбðàзóюòñÿ â êàж-
дîé ïîðå íà мåдíîм ïîдñëîå, èõ дèàмåòðы ñî-
îòâåòñòâóюò ðàзмåðàм ïîð, à дëèíà îïðåдåëÿåò-
ñÿ дëèòåëьíîñòью îñàждåíèÿ. Óñòàíîâëåíî, чòî
бèíàðíîå ïîëóïðîâîдíèêîâîå ñîåдèíåíèå InSb
ïðèñóòñòâóåò â ðàзíыõ фîðмàõ, à àòîмàðíîå ñî-
дåðжàíèå èíдèÿ è ñóðьмы â ñîñòàâå íàíîñòðóê-
òóð ñîñòàâëÿåò 38,26 è 61,74% ñîîòâåòñòâåííî.
Пðîâåдåííыå âîëьò-àмïåðíыå èññëåдîâàíèÿ
èзãîòîâëåííыõ ñòðóêòóð ñ íàíîïðîâîдàмè InSb
дèàмåòðîм 35 íм â мàòðèцå АОА òîëщèíîé
35 мêм ïîêàзàëè, чòî чåðåз íèõ мîжåò ïðîòå-
êàòь òîê дî 129,8 А/ñм2 ïðè íàïðÿжåíèè 3 В.
Пðè ýòîм êîëëåêòîðíыé êîíòàêò ïðè êðàòêîâðå-
менных включениях разогревается до 60—70°С.
Òàêèм îбðàзîм, ýêñïåðèмåíòàëьíыå ðåзóëьòàòы
ïîдòâåðдèëè òåîðåòèчåñêèå âыâîды î ñèëьíîм
âëèÿíèè êîíòàêòíыõ ÿâëåíèé íà ýëåêòðèчåñêèå
õàðàêòåðèñòèêè мàññèâîâ êâàíòîâыõ ïðîâîдîâ,
êîòîðыå мîãóò быòь èñïîëьзîâàíы ïðè ñîздàíèè
òåðмîýëåêòðèчåñêèõ óñòðîéñòâ. Оõëàждàющèå
óñòðîéñòâà íà îñíîâå ïîдîбíыõ ñèñòåм êâàíòî-
âыõ ïðîâîдîâ ïîзâîëÿюò óïðàâëÿòь òåïëîâым
ðåжèмîм ýëåêòðèчåñêèõ ñõåм ïðèëîжåííым íà-
ïðÿжåíèåм è мîãóò íàéòè шèðîêîå ïðèмåíåíèå
â òåõíèêå, â чàñòíîñòè, дëÿ îõëàждåíèÿ èíòå-
ãðàëьíыõ ñõåм (ïðîцåññîðîâ).
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ
1. Landis S. Nano-lithography.— London: ISTE, Hoboken
NJ: Wiley.— 2011.— 345 p.
2. Äåмèõîâñêèé В. Я., Вóãàëьòåð Г. А. Фèзèêà êâàí-
òîâыõ íèзêîðàзмåðíыõ ñòðóêòóð.— Мîñêâà: Лîãîñ, 2000.
3. Обóõîâ И. А. Сàмîîõëàждåíèå ýмèòòåðíîãî êîíòàê-
òà êâàíòîâîãî ïðîâîдà // Нàíî- è мèêðîñèñòåмíàÿ òåõíè-
êà.— 2007.— ¹ 5.— С. 21—23.
4. Обóõîâ И. А. Вëèÿíèå âíåшíåãî ýëåêòðîмàãíèòíîãî
èзëóчåíèÿ íà ВАХ êâàíòîâîãî ïðîâîдà // 20-ÿ Мåждóíàð.
Êðымñêàÿ êîíф. «СВЧ-òåõíèêà è òåëåêîммóíèêàцèîí-
íыå òåõíîëîãèè» (ÊðыМèÊî'2010). Ò. 2.— Óêðàèíà,
ã. Сåâàñòîïîëь.— 2010.— С. 833—835.
5. Obukhov I. A. Nonequilibrium effects in one-dimensional
quantum devices.— Lambert Academic Publishing, 2014.
6. Khan M. I., Penchev M., Jing X. et al. Electrochemical
growth of InSb nanowires and report of a single nanowire
field effect transistor // Journal of nanoelectronics and
optoelectronics.— 2008.— Vol. 3, N 2.— P. 199—202.—
DOI: 10.1166/jno.2008.203
7. Chen H., Sun X., Lai K. W. C. et al. Infrared detection
using an InSb nanowire // Proceed. of IEEE Nanotechnology
Materials and Devices Conference (NMDC'09).— USA,
Traverse City.— 2009.— P. 212—216.
8. Обóõîâ И. А. Нåðàâíîâåñíыå ýффåêòы â ýëåêòðîí-
íыõ ïðèбîðàõ.— Сåâàñòîïîëь: Вåбåð, 2010.
9. Yang X., Wang G., Slattery P. et al. Ultrasmall single-
crystal indium antimonide nanowires // Crystal Growth
and Design.— 2010.— Vol. 10, iss.10.— P. 2479—2482.—
DOI: 10.1021/cg100376u
10. Вàñèëьåâ Р. Б., Äèðèí Ä. Н. Êâàíòîâыå òîчêè: ñèí-
òåз, ñâîéñòâà, ïðèмåíåíèå.— Мîñêâà: ФНМ, 2007.
11. Khan M. I., Wang X., Bozhilov K. N., Ozkan C. S.
Templated fabrication of InSb nanowires for nanoelectronics
// Journal of Nanomaterials.— 2008.— Vol. 2008.—
P. 1—5.— DOI: 10.1155/2008/698759
12. Гîðîõ Г. Г., Обóõîâ И. А., Лîзîâåíêî А. А. è дð.
Òåмïëåéòíыé мåòîд фîðмèðîâàíèÿ êâàíòîâыõ íàíîïðî-
âîдîâ InSb ñ бîëьшèм àñïåêòíым îòíîшåíèåм // 23-ÿ
Мåждóíàð. Êðымñêàÿ êîíф. «СВЧ-òåõíèêà è òåëåêîммó-
íèêàцèîííыå òåõíîëîãèè» (ÊðыМèÊî'2013).— Óêðàèíà,
Сåâàñòîïîëь.—2013.— С. 820—823.
13. Гîðîõ Г. Г., Обóõîâ И. А., Пîзíÿê А. А. è дð.
Cèíòåз íàíîïðîâîдîâ InSb â мîдèфèцèðîâàííыõ мàòðèцàõ
àíîдíîãî îêñèдà àëюмèíèÿ // 22-ÿ Мåждóíàð. Êðымñêàÿ
êîíф. «СВЧ-òåõíèêà è òåëåêîммóíèêàцèîííыå òåõíîëîãèè»
(ÊðыМèÊî’2012). Ò.2.— Óêðàèíà, Сåâàñòîïîëь.— 2012.—
С. 655—658.
14. Гîðîõ Г. Г., Обóõîâ И. А., Лîзîâåíêî А. А. è дð.
Фîðмèðîâàíèå íàíîíèòåé InSb â ïîðèñòыõ мàòðèцàõ àíîд-
íîãî îêñèдà àëюмèíèÿ // Òðóды VII Мåждóíàð. íàóч.
êîíф. «Фóëëåðåíы è íàíîñòðóêòóðы â êîíдåíñèðîâàííыõ
ñðåдàõ».— Бåëîðóññèÿ, Мèíñê.— 2013.— С. 377—387.
15. Обóõîâ И. А. Мîдåëèðîâàíèå ïåðåíîñà зàðÿдà â мå-
зîñêîïèчåñêèõ ñòðóêòóðàõ.— Сåâàñòîïîëь: «Вåбåð», 2005..
16. Обóõîâ И. А., Гîðîõ Г Г. Эëåêòðîííыå ïðèбîðы íà
îñíîâå àíòèмîíèдà èíдèÿ // 22-ÿ Мåждóíàð. Êðымñêàÿ
êîíфåð. «СВЧ-òåõíèêà è òåëåêîммóíèêàцèîííыå òåõíîëî-
ãèè» (ÊðыМèÊî’2012). Ò.2.— Óêðàèíà, Сåâàñòîïîëь.—
2012.— С. 653—654.
17. Wood G. C. Oxides and oxide films.— USA, New
York: Marcell Dekker, 1987.
18. Гàíжà С.В., Êóõàðåâà Н.В., Гðóшåâñêàÿ С.Н.,
Вâåдåíñêèé А. В. Êèíåòèêà фîðмèðîâàíèÿ îêñèдîâ Cu(I) è
Cu(II) íà мåдè â щåëîчíîм ðàñòâîðå è îñîбåííîñòè èõ фî-
òîýëåêòðîõèмèчåñêîãî ïîâåдåíèÿ. Чàñòь II. Фîòîïîòåíцèàë
// Êîíдåíñèðîâàííыå ñðåды è мåжфàзíыå ãðàíèцы.—
2010.— Òîм 12, ¹ 1.— С. 42—52.
19. Гàíжà С. В., Мàêñèмîâà С. Н., Гðóшåâñêàÿ С. Н.
Фîðмèðîâàíèå îêñèдîâ íà мåдè â щåëîчíîм ðàñòâîðå è èõ
фîòîýëåêòðîõèмèчåñêèå ñâîéñòâà // Фèзèêîõèмèÿ ïî-
âåðõíîñòè è зàщèòà мàòåðèàëîâ.— 2011.— Òîм 47, ¹ 2.—
С. 146—175.
20. Гðóшåâñêàÿ С.Н., Еëèñååâ Ä. С., Гàíжà С.В.,
Вâåдåíñêèé А. В. Câîéñòâà ïîëóïðîâîдíèêîâыõ îê-
сидов меди, сформированных на сплавах Cu–Au //
Êîíдåíñèðîâàííыå ñðåды è мåжфàзíыå ãðàíèцы.— 2013.—
Òîм 15, ¹ 3.— С. 253—265.
21. Обóõîâ И. А. Оñîбåííîñòè фóíêцèîíèðîâàíèÿ
êâàíòîâыõ ïðèбîðîâ // Нàíî- è мèêðîñèñòåмíàÿ òåõíè-
êà.— 2009.— ¹ 7.— С. 38—45.
Äата поступления рукописи
в редакцию 14.11 2014 г.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 1 11
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
Г. Г. ГОРОХ1, І. А. ОБУХОВ2, А. А. ЛОЗОВЕНКО1
Рåñïóбëіêà Біëîðóñь, м. Міíñьê, 1Біëîðóñьêèé дåðжàâíèé óíіâåðñèòåò іíфîðмàòèêè і ðàдіîåëåêòðîíіêè;
Рîñіÿ, Мîñêîâñьêà îбë., 2НПП «Сèñòåмíі ðåñóðñè»
E-mail: gorokh@bsuir.by, i_obukhov@systemres.ru
МАСИВИ НАНОПРОВОÄІВ З АНÒИМОНІÄА ІНÄІЯ
ÄЛЯ ПЕРСПЕÊÒИВНИХ ÒЕРМОЕЛЕÊÒРИЧНИХ ПРИСÒРОЇВ
Теоретично обгрунтовано можливість створення перспективних термоелектричних перетворювачів на
основі квантових проводів. Розроблено та апробовано технологічні методи виготовлення масивів InSb-
нанопроводів, що мають високе аспектне відношення діаметра до довжини, в модифікованих матри-
цях нанопористого анодного оксиду алюмінію. Äосліджено мікроструктуру та склад сформованих нано-
структур. Представлено результати електрофізичних досліджень масивів InSb-нанопроводів в порах
анодного оксиду алюмінію та розглянуто перспективи їх практичного застосування при виготовленні
нових типів генеруючих і охолоджувальних пристроїв.
Ключові слова: масиви нанопроводів, квантово-розмірні ефекти, анодний оксид алюмінію, антимонід
індію, термоелектричний перетворювач.
G. G. GOROKH1, I. A.OBUKHOV2, A. A. LOZOVENKO1
Republic of Belarus, Minsk, 1Belarusian State University
of Informatics and Radioelectronics;
Russia, Moscow region, 2System Recourses Ltd
E-mail: gorokh@bsuir.by, i_obukhov@systemres.ru
INDIUM ANTIMONIDE NANOWIRES ARRAYS FOR PROMISING
THERMOELECTRIC CONVERTERS
The authors have theoretically substantiated the possibility to create promising thermoelectric converters
based on quantum wires. The calculations have shown that the use of quantum wires with lateral dimensions
smaller than quantum confinement values and high concentration and mobility of electrons, can lead to
a substantial cooling of one of the contacts up to tens of degrees and to the heating of the other. The
technological methods of manufacturing of indium antimonide nanowires arrays with high aspect ratio of
the nanowire diameters to their length in the modified nanoporous anodic alumina matrixes were developed
and tested. The microstructure and composition of the formed nanostructures were investigated. The electron
microscopy allowed establishing that within each pore nanowires are formed with diameters of 35 nm and
a length of 35 microns (equal to the matrix thickness). The electron probe x-ray microanalysis has shown
that the atomic ratio of indium and antimony in the semiconductor nanostructures amounted to 38,26% and
61,74%, respectively. The current-voltage measurement between the upper and lower contacts of Cu/InSb/Cu
structure (1 mm2) has shown that at 2.82 V negative voltage at the emitter contact, current density is 129,8
А/см2, and the collector contact is heated up to 75 degrees during 150 sec. Thus, the experimental results
confirmed the theoretical findings that the quantum wire systems can be used to create thermoelectric devices,
which can be widely applied in electronics, in particular, for cooling integrated circuits (processors), thermal
controlling of the electrical circuits by changing voltage value.
Keywords: nanowire array, quantum size effects, anodic alumina, indium antimonide, thermoelectric converter.
DOI: 10.15222/TKEA2015.1.03
UDC 621.396.6.029.64+621.36
6. Khan M. I., Penchev M., Jing X., Wang X., Ozkan
M., C Ozkan. S., Bozhilov K. N. Electrochemical growth of
InSb nanowires and report of a single nanowire field effect
transistor. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics,
2008, vol. 3, no 2, pp. 199-202. DOI: 10.1166/jno.2008.203
7. Chen H., Sun X., Lai K. W. C., Meyyappan M., Xi
N. Infrared detection using an InSb nanowire. Proceed. of
IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference
(NMDC’09), USA, Traverse City, 2009, pp. 212-216.
8. Obuhov I. A. Neravnovesnye effekty v elektronnykh
priborakh [Non-equilibrium effects in electronic devices].
Sevastopol’, Veber, 2010, 303 p. (in Russian)
9. Yang X., Wang G., Slattery P., Zhang J. Z., Li Y.
Ultrasmall single-crystal indium antimonide nanowires.
Crystal Growth and Design, 2010, vol. 10, iss. 10, pp. 2479-
2482.— DOI: 10.1021/cg100376u
REFERENCES
1. Landis S. Nano-lithography, London UK: ISTE,
Hoboken NJ: Wiley, 2011, 345 p.
2. Demikhovskii V. Ya., Vugal’ter G. A. Fizika kvan-
tovykh nizkorazmernykh struktur [Physics of the quantum
low-dimensional structures]. Moscow, Logos, 2000, 248 p.
(in Russian)
3. Obukhov I. A. Selfcooling of the quantum wire’s emit-
ter contact. Journal of nano and Microsystem Technique,
2007, vol. 5, pp. 21-23. (in Russian)
4. Obukhov I. A. Influence of external electromagnetic radia-
tion on current voltage characteristics of quantun wire. 20th Int.
Crimean Conf. “Microwave & Telecommunication Technology”,
Ukraine, Sevastopol, 2010, pp. 833-835. (in Russian)
5. Obukhov I. A. Nonequilibrium effects in one-dimensional
quantum devices, Lambert Academic Publishing, 2014, 132 p.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2015, ¹ 112
ÍÎÂÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ ÄËЯ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÎÉ ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÛ
ISSN 2225-5818
10. Vasil’ev R. B., Dirin D. N. Kvantovye tochki: sintez,
svoistva, primenenie [Quantum dots: synthesis, properties
and applications]. Moscow, FNM, 2007, 34 p. (in Russian)
11. Khan M. I., Wang X., Bozhilov K. N., Ozkan C. S.
Templated fabrication of InSb nanowires for nanoelectron-
ics. Journal of Nanomaterials, 2008, vol. 2008, pp. 1-5.—
DOI: 10.1155/2008/698759
12. Gorokh G. G, Obukhov I. A., Lozovenko A. A.,
Zakhlebaeva A. I., Sochneva E. A. Template method of forming
InSb large aspect ratio quantum nanowires. 23rd Int. Crimean
Conf. “Microwave & Telecommunication Technology”,
Ukraine, Sevastopol, 2013, ðð. 820-823. (in Russian)
13. Gorokh G. G., Obukhov I. A., Poznyak A. A., Lozovenko
A. A., Zakhlebaeva A. I., Sochneva E. A. Synthesis of InSb
nanowires in anodic alumina modified matrixes // 22nd Int.
Crimean Conf. “Microwave & Telecommunication Technology”,
Ukraine, Sevastopol, 2012, ðð. 655-658. (in Russian)
14. Gorokh G., Obukhov I., Lozovenko A., Zakhlebaeva
A., Sochneva E. [Formation of InSb nanowires in porous
anodic alumina]. Proceed. VII International Conference
“Fullerenes and nanostructures in condensed matter”, 2013,
pp. 377-387. (in Russian)
15. Обóõîâ И. А. Modelirovanie perenosa zaryada v mezos-
kopicheskikh strukturakh [Simulation of charge transport in me-
soscopic structures]. Sevastopol, Veber, 2005, 226 p. (in Russian)
16. Obukhov I. A., Gorokh G. G. [InSb-based elec-
tron devices]. 22nd Int. Crimean Conf. “Microwave &
Telecommunication Technology”, Ukraine, Sevastopol, 2012,
pp. 653-654. (in Russian)
17. Wood G. C. Oxides and oxide films. USA, New York,
Marcell Dekker, 1987, 537 p.
18. Ganzha S.V., Kukhareva N.V., Grushevskayà S.N.,
Vvedenskii A.V. [The kinetics of the formation of Cu(I)
and Cu(II) oxides on copper in alkaline solutions and the
features of their photoelectrochemical behavior. Part II.
Photopotential]. Condensed matter and interphase boundar-
ies, 2010, pp. 42-52. (in Russian)
19. Ganzha S.V., Maksimova S.N., Grushevskaya S.N.,
Vvedenskii A.V. Formation of oxides on copper in alkaline
solution and their photoelectrochemical properties. Protection
of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2011, vol. 47,
no 2, pp. 191-202.
20. Grushevskayà S.N., Eliseev D. S., Ganzha S.V.,
Vvedenskii A.V. [The Properties of Semiconducting Copper
Oxides Formed on Cu-Au Alloys]. Condensed matter and
interphase boundaries, 2013, vol/ 15, no 3, pp. 253-265.
(in Russian)
21. Obuhov I. A. [Features of functioning of quantum
devices]. Journal of nano and Microsystem Technique, 2009,
no 7, pp. 38-45. (in Russian)
ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ
Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È
Äружинін À. Î., Ìар’ямова І. É., Êутраков Î. Ï. Äатчики механічних
величин на основі ниткоподібних кристалів кремнію, германію та сполук
À3Â5.— Ëьвів: Âидавництво Ëьвівської політехніки, 2015.
Пðîàíàëізîâàíî фізèчíі îñíîâè ñòâîðåííÿ íàïіâïðîâідíèêîâèõ òåíзîðåзèñòèâ-
íèõ дàòчèêіâ мåõàíічíèõ âåëèчèí. Нàâåдåíî õàðàêòåðèñòèêè òåíзîðåзèñòîðіâ íà
îñíîâі íèòêîïîдібíèõ êðèñòàëіâ êðåмíію, ãåðмàíію òà ñïîëóê А3В5 òà ðåзóëьòà-
òè дîñëіджåíь âïëèâó åëåêòðîííîãî îïðîміíåííÿ íà âëàñòèâîñòі íèòêîïîдібíèõ
êðèñòàëіâ êðåмíію. Рîзãëÿíóòî òåõíîëîãічíі îñíîâè âèãîòîâëåííÿ дàòчèêіâ
мåõàíічíèõ âåëèчèí íà îñíîâі íèòêîïîдібíèõ êðèñòàëіâ êðåмíію дëÿ ðізíèõ òåм-
ïåðàòóðíèõ діàïàзîíіâ, à òàêîж їõ êîíñòðóêòèâíі îñîбëèâîñòі. Оïèñàíî дàòчèêè
òèñêó ðізíîãî ïðèзíàчåííÿ òà їõíі õàðàêòåðèñòèêè, à òàêîж дàòчèêè зóñèëëÿ і
ïðèñêîðåííÿ. Рîзãëÿíóòî мîжëèâîñòі ñòâîðåííÿ бàãàòîфóíêціéíèõ дàòчèêіâ дëÿ
âèміðюâàííÿ мåõàíічíèõ і òåïëîâèõ âåëèчèí.
Äëÿ íàóêîâèõ, іíжåíåðíî-òåõíічíèõ ïðàціâíèêіâ і ñòóдåíòіâ, ÿêі íàâчàюòьñÿ зà
íàïðÿмîм “Міêðî- òà íàíîåëåêòðîíіêà”, à òàêîж шèðîêîãî зàãàëó ñïåціàëіñòіâ ó
ãàëóзі ñåíñîðíîї åëåêòðîíіêè òà міêðîåëåêòðîíіêè.
Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È Баришніков Г. Â., Âолинюк Ä. Ю., Гельжинський І. І., Готра З. Ю.,
Ìінаєв Б. Ï., Стахіра Ï. É., Черпак Â. Â. Îрганічна електроніка.—
Ëьвів: Âидавництво Ëьвівської політехніки, 2015.
Нàâåдåíî îñíîâíі ïîñòóëàòè êâàíòîâîї мåõàíіêè дëÿ îðãàíічíîї åëåêòðîíіêè. Оïè-
ñàíî бàзîâі ñòðóêòóðè òà îñîбëèâîñòі фóíêціîíóâàííÿ íàíîðîзміðíèõ åëåмåíòіâ,
ïðèñòðîїâ åëåêòðîííîї òåõíіêè: ñîíÿчíèõ фîòîåëåмåíòіâ, ñâіòëîâèïðîміíюâàëьíèõ
ñòðóêòóð, òðàíзèñòîðíèõ ñòðóêòóð, ñåíñîðіâ òîщî. Рîзãëÿíóòî фізèêî-õімічíі îñíî-
âè òåõíîëîãії ñòâîðåííÿ åëåêòðîííèõ ñòðóêòóð îðãàíічíîї åëåêòðîíіêè.
Пðèзíàчåíî дëÿ ñòóдåíòіâ òà àñïіðàíòіâ, ÿêі íàâчàюòьñÿ зà íàïðÿмîм åëåêòðîíіêè.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100472 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:38:40Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горох, Г.Г. Обухов, И.А. Лозовенко, А.А. 2016-05-22T14:16:52Z 2016-05-22T14:16:52Z 2015 Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств / Г.Г. Горох, И.А. Обухов, А.А. Лозовенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2015. — № 1. — С. 3-12. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2015.1.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100472 621.396.6.029.64+621.36 Теоретически обоснована возможность создания перспективных термоэлектрических преобразователей на основе квантовых проводов. Разработаны и апробированы технологические методы изготовления массивов InSb-нанопроводов, имеющих высокое аспектное отношение диаметра к длине, в модифицированных матрицах нанопористого анодного оксида алюминия. Исследована микроструктура и состав сформированных наноструктур. Представлены результаты электрофизических исследований массивов InSb-нанопроводов в порах анодного оксида алюминия и рассмотрены перспективы их практического применения при изготовлении новых типов генерирующих и охлаждающих устройств. Теоретично обгрунтовано можливість створення перспективних термоелектричних перетворювачів на основі квантових проводів. Розроблено та апробовано технологічні методи виготовлення масивів InSb-нанопроводів, що мають високе аспектне відношення діаметра до довжини, в модифікованих матрицях нанопористого анодного оксиду алюмінію. Досліджено мікроструктуру та склад сформованих наноструктур. Представлено результати електрофізичних досліджень масивів InSb-нанопроводів в порах анодного оксиду алюмінію та розглянуто перспективи їх практичного застосування при виготовленні нових типів генеруючих і охолоджувальних пристроїв. The authors have theoretically substantiated the possibility to create promising thermoelectric converters based on quantum wires. The calculations have shown that the use of quantum wires with lateral dimensions smaller than quantum confinement values and high concentration and mobility of electrons, can lead to a substantial cooling of one of the contacts up to tens of degrees and to the heating of the other. The technological methods of manufacturing of indium antimonide nanowires arrays with high aspect ratio of the nanowire diameters to their length in the modified nanoporous anodic alumina matrixes were developed and tested. The microstructure and composition of the formed nanostructures were investigated. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Новые компоненты для электронной аппаратуры Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств Масиви нанопроводів з антимоніда індія для перспективних термоелектричних пристроїв Indium antimonide nanowires arrays for promising thermoelectric converters Article published earlier |
| spellingShingle | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств Горох, Г.Г. Обухов, И.А. Лозовенко, А.А. Новые компоненты для электронной аппаратуры |
| title | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств |
| title_alt | Масиви нанопроводів з антимоніда індія для перспективних термоелектричних пристроїв Indium antimonide nanowires arrays for promising thermoelectric converters |
| title_full | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств |
| title_fullStr | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств |
| title_full_unstemmed | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств |
| title_short | Массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств |
| title_sort | массивы нанопроводов из антимонида индия для перспективных термоэлектрических устройств |
| topic | Новые компоненты для электронной аппаратуры |
| topic_facet | Новые компоненты для электронной аппаратуры |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100472 |
| work_keys_str_mv | AT gorohgg massivynanoprovodovizantimonidaindiâdlâperspektivnyhtermoélektričeskihustroistv AT obuhovia massivynanoprovodovizantimonidaindiâdlâperspektivnyhtermoélektričeskihustroistv AT lozovenkoaa massivynanoprovodovizantimonidaindiâdlâperspektivnyhtermoélektričeskihustroistv AT gorohgg masivinanoprovodívzantimonídaíndíâdlâperspektivnihtermoelektričnihpristroív AT obuhovia masivinanoprovodívzantimonídaíndíâdlâperspektivnihtermoelektričnihpristroív AT lozovenkoaa masivinanoprovodívzantimonídaíndíâdlâperspektivnihtermoelektričnihpristroív AT gorohgg indiumantimonidenanowiresarraysforpromisingthermoelectricconverters AT obuhovia indiumantimonidenanowiresarraysforpromisingthermoelectricconverters AT lozovenkoaa indiumantimonidenanowiresarraysforpromisingthermoelectricconverters |