Синтез наноразмерных структур на основе германия в матрице пористого оксида алюминия

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
3

ФИЗИКА. ХИМИЯ
2011. Вып. 2

Физика и химия наноматериалов

УДК 538.9

А.И. Чукавин, Р.Г. Валеев, А.Н. Бельтюков

СИНТЕЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ГЕРМАНИЯ 
В МАТРИЦЕ ПОРИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

Проведен синтез полупроводниковых наноструктур германия методом термического испарения порошка на 
пористые пленки оксида алюминия, полученные методом одностадийного анодного окисления. Методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции исследовались наноструктуры до и после 
отжига при 350 oC в инертной атмосфере Ar. Показано, что полученные наноструктуры имеют форму нитей 
длиной до 10 мкм, толщина которых соответствует диаметру пор матрицы. Синтезированные нанонити находятся в аморфном состоянии и после отжига кристаллизуются.

Ключевые слова: нанонити германия, пористый оксид алюминия, термическое испарение, сканирующая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция.

Введение

Германий традиционно используется в различных областях техники, а в последнее время все 

шире применяются и наноструктуры на его основе. В течение последних нескольких лет успешно 
развиваются методики, позволяющие получать различные нанообъекты. Наилучшим примером таких 
объектов являются квантовые точки германия на поверхности монокристаллических кремния, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов [1-3].

Простым и технологически распространенным методом получения тонких пленок является ме
тод термического распыления материалов в высоком вакууме или в разряженной среде инертных газов. Также этим методом, при соответствующем подборе технологических режимов, удается получать нанокомпозиты, представляющие собой упорядоченно расположенные наноструктуры полупроводника в диэлектрической матрице.

В качестве таких матриц для создания упорядоченных наноструктур полупроводников возможно 

использование репликации структуры анодного оксида алюминия. Структура таких пленок содержит 
систему упорядоченных пор с плотнейшей гексагональной упаковкой. При этом поры располагаются 
перпендикулярно поверхности подложки, а их диаметр, равно как и расстояние между соседними порами, можно варьировать в широких пределах (диаметр пор – от 2 до 350 нм, расстояние между порами 
– от 5 до 500 нм). Пленки анодного оксида алюминия применяют в качестве неорганических мембран, 
темплатирующего материала для синтеза нанонитей или нанотрубок с контролируемым диаметром и 
высокой геометрической анизотропией. Достижения последних лет в области наносборки с использованием пористого оксида алюминия включают использование материалов на его основе в качестве магнитных устройств хранения информации с высокой плотностью записи, функциональных наносистем, 
показывающих эффекты размерного квантования, высокочувствительных химических сенсоров, электронных устройств нанометровых размеров и биохимических мембран [4; 5].

Приборы и методы

Синтез пористых пленок оксида алюминия проводился в двухэлектродной электрохимической 

ячейке. В качестве катода использовался электрод из нержавеющей стали. Источником тока являлся 
блок питания типа БП-50, позволяющий устанавливать напряжение и ток анодизации в пределах 
0-299 В и 0-299 мА соответственно.

Кристаллическая структура образцов была исследована методом рентгеновской дифракции на 

дифрактометре D8 Advance (Bruker, Германия). Использовалась рентгеновская трубка с Cu Kαизлучением.

Исследование микроструктуры образцов проводилось на растровом электронном микроскопе 

Philips SEM (Philips, Германия). Напряжения на ускоряющем электроде – 1-30 кВ; использованные 
увеличения от x1000 до x200000.