Полупроводниковые наноструктуры и наноустройства

Изменение размера кластера приводит к сдвигу энергии поглощения и люминесценции оптического излучения полупроводниковых нанокластеров. В качестве примера рассмотрим оптические наноустройства - светоперестраиваемые диоды на основе селенида кадмия .

В светоизлучающей ячейке нанокластеры находились в тонком слое на поверхности люминесцирующего полимера (поли- n -фениленвинилена). Полимер был выращен на слое оксида индия и олова , способном пропускать носители в виде дырок. С другой стороны нанокластеры покрывались пленкой магния и алюминия для инжекции в нанокластеры электронов. Приложение электрического напряжения к такой системе вызывает электролюминесценцию, длина волны которой изменяется путем изменения размера кластера.

Спонтанное возникновение периодических упорядоченных наноструктур на поверхности твердых тел и в эпитаксиальных пленках используется для создания нанокластеров(квантовых точек) и нанопроволок.

Рис.4 а) Наноструктуры, обладающие модуляцией состава твердого раствора;

б) Фасетированные поверхности с периодом D;

в) Периодические структуры с участием плоских упругих доменов;

г) Упорядоченные структуры нанокластерных напряженных островков (2) на подложке(1), L -размер основания пирамиды, D-период чередования островков.

Выделяются четыре группы упорядоченных наноструктур, которые представлены на рис.4:

1.Наноструктуры с периодической модуляцией состава в эпитаксиальных пленках твердых растворов полупроводников.

2.Периодически фасетированные поверхности.

3.Периодические структуры плоских поверхностных доменов.

4.Упорядоченные структуры трехмерных когерентно напряженных островков (нанокластеров) в гетероэпитаксиальных наноструктурах на поверхности подложки.

Для первой группы возможность спонтанного возникновения структур с периодической модуляцией состава связана с неустойчивостью однородного твердого раствора относительно спиноидального распада.

Для второй группы наноструктур причиной спонтанного фасетирования поверхности является ориентационная зависимость поверхностной энергии. Плоская поверхность стремиться самопроизвольно, трансформироваться в систему впадин и гребней. Периодически фасетированные поверхности дают возможность получения массивов изолированных квантовых проволок и сверхрешеток квантовых проволок.

Третья группа наноструктур плоских доменов возникает, при наличии на поверхности различных фаз, островков монослойной высоты. Соседние домены имеют различные значения тензора поверхностных натяжений, что вызывает упругие деформации на поверхности.

Четвертая группа спонтанно упорядоченных наноструктур в виде массивов трехмерных когерентно напряженных островков возникает из-за наличия двух источников полей упругих напряжений и зависимости поверхностной энергии от деформации, обусловленной капиллярными эффектами. Разные постоянные решетки осаждаемого материала и подложки и скачок тензора поверхностных натяжений на ребрах островков приводят к суммированию объемной упругой энергии, упругой энергии на ребрах и энергии взаимодействия двух упругих полей.