Границы отдельных монокристаллов в поликристалле отличаются высокой концентрацией металлических примесей

Сечение нанопровода из кремния.

В своей последней работе по изучению наноструктур ученые из США обнаружили, что примеси, поступающие из катализаторов, использующихся при обработке материалов, в основном концентрируются на границах монокристаллов в поликристаллических структурах. Открытие поможет в будущем улучшить качество солнечных батарей и светодиодов с помощью блокирования процесса появления подобных дефектов во время роста поликристалла.

Металлические примеси значительно ухудшают электронные свойства различных полупроводниковых наноструктур и созданных на их основе наноустройств, поэтому одним из важных направлений исследований является поиск этих примесей в различных материалах.

Одним из популярных объектов исследований является кремний. Для отображения дефектов и структуры кремниевых нанопроводов с атомарным разрешением совместная команда из Northwestern University, Lawrence Berkeley National Lab и Argonne National Laboratory (США) в своей последней работе использовала электронную микроскопию высокого разрешения (в том числе оборудование, размещенное в National Center for Electron Microscopy).

Для получения картинки исследователи фокусировали пучок ионов на поверхности нанопровода, «отрезая» с его помощью слой атомов с поперечного сечения структуры. После этого с помощью наноманипуляторов сечение поворачивалось таким образом, чтобы срез оказывался перпендикулярным приборам наблюдения. После чего с помощью микроскопии высокого разрешения получалась картинка среза.

Специальная техника крепления фрагмента нанопровода позволила получить изображения среза при его повороте в пространстве относительно наблюдателя на 140 градусов, что эквивалентно использованию нескольких камер для трехмерной съемки объектов в макромире. После этого средствами специального программного обеспечения полученные изображения были собраны воедино, таким образом, ученые получили цифровую трехмерную модель кремниевого нанопровода для дальнейшего изучения.

Последующие исследования имели своей целью понять, каким образом формы частиц применявшегося при росте нанопровода катализатора связаны с образованием дефектов в его структуре. В ходе исследований были получены удивительные результаты. Ученые впервые обнаружили, что

атомы примеси, поступающие из катализатора, концентрируются на границе монокристаллов в поликристаллических структурах во время их роста. Это открывает широчайшие возможности для манипулирования качеством создаваемых наноструктур. Нанопровода имеют преимущественное направление роста, за счет чего можно выбирать такие условия, что вероятность появления дефектов будет сведена к минимуму.

Помимо полученных результатов для нанопроводов кремния, работа ученых интересна тем, что они предложили новый способ подробного исследования структуры и состава нанообъектов с высоким разрешением. Ученые рассчитывают, что разработанный ими подход поможет в решении других важных задач, касающихся структуры наноматериалов. Работа наглядно показывает, как современные компьютерные технологии позволяют сочетать несколько исследовательских методик для получения более качественного результата, который в дальнейшем поможет разрабатывать новые наноматериалы и устройства.

Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Nano Letters.

Источник(и):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com

http://www.nanonewsnet.ru/news/2011/granitsy-otdelnykh-monokristallov-v-polikristalle-otlichayutsya-vysokoi-kontsentratsiei-me