🗊Презентация Классификация нано-объектов

Наномеханика материалов и систем Профессор Чалдышев Владимир Викторович chald.gvg@mail.ioffe.ru

Учебный план. Часть 1 – механика нано-объектов в среде Механизмы формирование наносистем в твердых телах. Упругие деформации и напряжения в наноструктурах. Пластическая деформация наноструктур. Разрушение наноструктур. Упругие волны и внутреннее трение.

Учебный план. Часть 2 – нано-электро-механические системы Материалы и технология изготовления нано-электро-механических систем. Элементы нано-электро-механических систем. 2.1 Пассивные элементы. 2.2 Активные элементы. 2.3 Нанодатчики. Применения нано-электро-механических систем. 3.1 Фотоника. 3.2 Электроника. 3.3 Транспорт. 3.4 Информатика. 3.5 Биология и медицина. 3.6 Микрожидкостные системы. Мировая экономика НЭМС.

Литература Основная Cleland A.N. “Foundations of Nanomechanics” (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2003). Freund L.B., Suresh S. “Thin film materials: stress, defect formation and surface evolution” (Cambridge University Press, Boston, 2003, 2009). Maluf N., Williams K. “An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering” (2nd edition. Artech House, Boston, London, 2004). Дополнительная Hearn E.J. “Mechanics of Materials” vol.1-2 (Butterworth-Heinemann, Oxford, Auckland, Boston, 1997). Hearth J.P., Lothe, J. “Theory of Dislocations” (3rd edition. Willey Interscience, New York, 1982) [Хирт Дж., Лоте И. “Теория дислокаций” (М, Атомиздат 1972)]. Лурье А.И. “Теория упругости” (М., Наука, 1970). Елисеев В.В. “Механика упругих тел” (СПбГТУ, 1999). Работнов Ю.Н. “Сопротивление материалов” (М., Физ.-Мат. Лит., 1962). Ziman J.M. “Priciples of the Theory of Solids” (2nd edition. Cambidge University Press, 1972). [Займан Дж. “Принципы теории твердого тела” (М., Мир, 1974)]. Случинская А.И. “Основы материаловедения и технологии полупроводников” (М., 2002). Вайнштейн Б.К. “Современная кристаллография. Том 1. Симметрия кристаллов. Методы структурной кристаллографии.” (М., Наука, 1979). Johnson K.L. “Contact mechanics” (Cambridge University Press, Boston, 1985).

Классификация нано-объектов

Пример: вертикально излучающий лазер vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)

Пример: нано-электро-механические системы (НЭМС)

Формирование наноструктур Эпитаксия, наращивание, напыление Само-организация на поверхности или в объеме Литография и травление

Планарные технологии

Напыление – Sputtering, Physical deposition

Напыление Бомбардировка ионами, возможно в присутствии внешних полей: СВЧ, магнетронное, и др. Распыляемая мишень осаждается на подложку в вакуумной камере. Типичная скорость напыления 0.1-0.3 мкм/мин. Типичная температура < 150 °С. Материалы: алюминий, титан, хром, платина, палладий, вольфрам, Al/Si и Ti/W сплавы, аморфный кремний, изоляторы, включая стекла и пьезокерамики (PZT и ZnO). Реактивное распыление металлов с участием азота или кислорода приводит к образованию пленок таких соединений как TiN или TiO2.

Молекулярно-пучковая (лучевая) эпитаксия – molecular-beam epitaxy (MBE)

Процессы на поверхности при МПЭ

Газофазная эпитаксия (Vapor Phase Epitaxy) в хлоридной системе или с использованием металло-органических соединений metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD)

Процессы на поверхности при MOCVD

Моды эпитаксиального роста

Движущая сила эпитаксии – пересыщение (supersaturation) газовой фазы и адсорбционного слоя

Само-организация

Три стадии формирования наночастиц Нуклеация (Nucleation) - Гомогенное или гетерогенное образование зародышей новой фазы за счет флуктуаций. Начальный рост (Initial growth) - Рост за счет обеднения прилегающих областей матрицы. Коалесценция (Ostwald ripening) - Рост крупных частиц за счет растворения мелких частиц.

Поверхностная энергия

Нуклеация в объеме

Нуклеация островка на поверхности

Нуклеация при пересыщении на поверхности

Давление под искривленной поверхностью

Самоорганизация при пересыщении на поверхности Выращивание субмонослойных островков Распад тонких пленок на островки Выращивание усов (whiskers, nanowires, rods) – массивов квантовых проволок – по механизму пар-жидкость-кристалл (ПЖК)

Механизм роста ПЖК

ZnO nanowires on sapphire

ZnO nanostructures

Одномерные наноструктуры

Synthesis of core–shell nanowires

Si–Si homoepitaxial core–shell nanowires.

Ge–Si core–shell nanowires

Si–Ge and Si–Ge–Si core–shell nanowires.

Coaxially-gated nanowire transistors

Домашнее задание