Возможность изменять состав, степень легирования, кристаллическую структуру и морфологию полупроводниковых нанопроволок в процессе синтеза позволяет расширить число способов и эффективность их применения. Однако синтез иерархических структур изучен очень мало, поэтому внимание ученых привлек синтез витых двумерных нанопроводов, витки в которых расположены строго в определенных местах, а сам провод лежит в одной плоскости (Рис. 1а). В качестве метода синтеза предложен аналог синтеза металл-органических каркасов, а вторичными строительными блоками при этом являются два монокристаллических звена, расположенных под углом 120о, соединенных "шарниром". Обратите внимание, что угол 120о как раз составляют между собой векторы (112) и (110) в кубической решетке или вектора (11-20) и (1-100) в гексагональной при повороте, соответственно, вокруг оси (111) или (0001). Образование нанопровода включает 3 основных шага:
-
аксиальный рост одномерного звена - сегмента нанопровода
-
продувка газообразных реагентов для предотвращения роста звена
-
пересыщение и инициация роста нанопровода с последующим повторным вводом реагентов.
Как показано на примере кремния, концентрация реагентов, приводящих в условиях осуществления процесса к осаждению кремния, падает при продувке, а при пересыщении достигает максимума. При повторении шагов (1) и (3) образуется двумерная цепочка. Впервые такой подход был продемонстрирован при синтезе кремниевых нанопроводов толщиной 80 нм с преимущественной аксиальной ориентацией (112) с использованием VLS (пар-жидкость-кристалл) метода и золотыми кластерами в качестве "катализатора". На Рис. 1с показана типичная витая структура (СЭМ), полученная повторением шагов (1) и (3) с тем расчетом, чтобы длины сегментов были одинаковыми. При этом оказывается, что, во-первых, длины звеньев соответствуют времени роста, а диаметр не меняется вдоль провода. А во-вторых, на концах явно видны "капельки" золота, на которых, по-видимому, и начинается рост, а в-третьих, угол остается равен 120о, в полном соответствии с теорией. При этом выход продукта довольно высок - до 40% в случае 80-нанометровых проводов с временем продувки 15 с. Чтобы оценить потенциал предложенного метода, был получен витой провод с постоянно возрастающей длиной звена. На Рис. 1d показано шесть таких звеньев с длинами звеньев 180-2500 нм. Показано, что длина звена находится в линейной зависимости от времени роста. Атомная структура двумерного провода изучалась методами ПЭМ и ЭД в выбранной области (SAED). Эти данные свидетельствуют о том, что вся структура является монокристаллической, а звенья и шарниры не содержат объемных дефектов, дислокаций и двойников.
