RU2270164C2 - Способ изготовления нановолокон - Google Patents
Способ изготовления нановолокон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270164C2 RU2270164C2 RU2003129901/28A RU2003129901A RU2270164C2 RU 2270164 C2 RU2270164 C2 RU 2270164C2 RU 2003129901/28 A RU2003129901/28 A RU 2003129901/28A RU 2003129901 A RU2003129901 A RU 2003129901A RU 2270164 C2 RU2270164 C2 RU 2270164C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibers
- substrate
- layer
- strips
- film structure
- Prior art date
Links
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001647 drug administration Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000001017 electron-beam sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нанотехнологии, изготовлению наноструктур, а именно к способам производства нановолокон. Сущность изобретения: в способе изготовления нановолокон на подложке формируют многослойную структуру, содержащую, по крайней мере, один жертвенный слой и пленочную структуру из вещества, предназначенного для формирования волокон, разделенную на узкие полоски, селективно удаляют жертвенный слой, за счет этого узкие полоски освобождаются от связи с подложкой, образуя волокна. Многослойная структура может содержать несколько жертвенных и несколько слоев, из которых будут получаться волокна. Пленочную структуру разделяют на полоски после выращивания, либо ее формируют изначально разделенной на узкие полоски путем формирования ее на подложке со специальным рельефом. Техническим результатом изобретения является создание простой и эффективной технологии формирования твердотельных нановолокон из различных веществ, что позволяет получить нановолокна, обладающие прочностью и стойкостью к внешней среде, а также другими необходимыми свойствами. Процесс совместим со стандартными технологиями изготовления интегральных схем. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к нанотехнологии, изготовлению наноструктур, а именно нановолокон, способам производства химических нитей, мононитей, волокон.
В настоящее время существуют различные методы производства нановолокон - методы химического синтеза, метод осаждения из пара или из жидкой фазы, выращивание волокон на специальных субстратах. Методы химического синтеза дают неупорядоченные, шерстеобразные, различные по толщине, спутанные волокна. Классический пример - синтез углеродных трубок с использованием электрической дуги.
Известен синтез волокон на субстрате (T.Takami "Nanofiber and method of manufacturing nanofiber", заявка на патент США № 0129761, 2002). Он дает возможность получать упорядоченные волокна, ориентированные приблизительно в одном направлении. Метод использует процесс самоорганизации. На поверхности подложки определенным образом (либо литографией, либо плазменным травлением, либо путем самоорганизации при взаимном расположении идентичных гранул на поверхности подложки) создаются зародыши для роста нановолокон. При последующем химическом синтезе из зародышей формируются нановолокна. Таким образом, удается контролировать расположение, диаметр, размер нановолокон, ориентировать их в одном направлении.
Известен процесс получения свободностоящих углеродных нанотрубок, выбранный прототипом (Z.F.Ren, Z.P.Huang, D.Z.Wang and J.G.Wen, Growth of a single freestanding multiwall carbon nanotube on each nanonickel dot. Applied Physics Letters, v.75, № 8). Этот метод позволяет выращивать углеродные трубки перпендикулярно к субстрату, на заранее заданных местах подложки. На кремниевую подложку осаждают никелевую пленку, через слой резиста с литографическим рисунком таким образом, что на подложке образуется никелевая пленка только в тех местах, где должны вырасти трубки. Конечный «никелевый рисунок» остается после удаления резиста. Далее осуществляют синтез углеродных трубок при давлении из смеси ацетилена и аммиака. Трубки вырастают на Ni, но не на кремнии. Получают массив вертикальных трубок, расположенный на месте никелевой пленки.
Используемый набор технологических операций и сам принцип создания волокон ограничивает максимально достижимую длину волокон размерами порядка 10 мкм, методы не позволяют изготовлять волокна большой длины. Эти методы не позволяют контролируемо, с прецизионной точностью задавать размер и положение волокон. Для производства нановолокон используется ограниченный круг материалов.
Последнее время нановолокна находят применения во все большем количестве областей. Например, в наномеханике, микроэлектронике, магнитоэлектронике, вакуумной электронике и материаловедении как эмиттеры электронов, для электродов, для солнечных батарей, для фильтрации, биомедицинские применения (введение лекарств, защита ран и др.), для изготовления новых материалов.
Техническим результатом изобретения является создание простой и эффективной технологии формирования твердотельных нановолокон из различных типов веществ (полупроводниковые, металлические). За счет возможности выбирать химический состав нановолокон в широких пределах нановолокна обладают прочностью и стойкостью к внешней среде (температуре, давлению, свету, химической стойкостью и т.д.), а также другими желаемыми свойствами, присущими веществу, из которого их формируют. Процесс изготовления является совместимым со стандартными методами изготовления интегральных схем, массовым, возможно одновременно непрерывно изготавливать большое количество нановолокон на одной подложке, размеры и ориентация нановолокон строго задаются при их формировании.
Технический результат достигается тем, что нановолокна изготовляют, осаждая на подложку вещество, предназначенное для формирования волокон, подложке формируют многослойную структуру, содержащую, по крайней мере, один жертвенный слой, и пленочную структуру из вещества, предназначенного для формирования волокон, разделенную на узкие полоски шириной 0,001-100 микрометров, причем толщина пленочной структуры составляет 1-200 нанометров, затем селективно удаляют жертвенный слой, за счет этого узкие полоски освобождаются от связи с подложкой и превращаются в нановолокна.
Многослойную структуру формируют содержащей несколько жертвенных слоев и несколько слоев из вещества, предназначенного для формирования волокон, причем эти слои периодически чередуются между собой.
Многослойную структуру разделяют на полоски после формирования на подложке.
Многослойную структуру формируют изначально разделенной на узкие полоски путем формирования ее на подложке с периодическим рельефом.
Пленочную структуру из вещества, предназначенного для формирования волокон, формируют напряженной.
Пленочную структуру из вещества, предназначенного для формирования волокон, формируют разделенной на узкие криволинейные полоски.
Пленочную структуру, разделенную на узкие полоски, формируют из InGaAs/GaAs, а жертвенным слоем является слой AlAs.
Пленочную структуру формируют из легированного кремния, а жертвенным слоем является слой нелегированного кремния.
Пленочную структуру формируют из Ti/Au, а жертвенным слоем является слой Al.
Многослойную структуру формируют селективной эпитаксией на подложке, являющейся многослойной эпитаксиальной структурой с V-канавками.
На фигуре 1 схематично изображен процесс получения нановолокон из цельной многослойной пленочной структуры.
На фигуре 2 изображены спиралевидные волокна.
На фигуре 3 схематично изображена многослойная GaAs/AlGaAs/GaAs/AlGaAs гетероструктура с V-канавками.
На фигуре 4 изображено длинное (более 200 мкм) нановолокно из Si/SiGe (10 нм/5 нм).
Для изготовления нановолокон мы использовали ультратонкие пленки, разделенные на узкие полоски. Пленку выращивают на подложке, а потом отсоединяют от подложки нановолокна. Причем разделять пленку на узкие полоски можно как после выращивания, так и сразу выращивая ее в виде узких полосок.
На подложке InP выращивали жертвенный слой AlAs 1 нм, на нем выращивали напряженный слой In0.6Ga0.4As толщиной 2 нм, затем напряженный слой 2 нм In0.4Ga0.6As, далее этот набор из трех слоев повторяли несколько раз (мы изготовляли до 20 периодов), см.фиг.1. Далее с помощью литографии эпитаксиальные слои разделяли на полоски шириной 20 нм (достижимы и меньшие размеры). Ширина волокон определяется возможностями литографии, поэтому мы использовали электронную литографию, для промышленного производства следует предпочесть импринт-литографию. Чтобы волокна остались закреплены на подложке, т.е. были скреплены в массив, оставляли с одного края подложки область, где пленка не разделена на полоски. Далее производили плазменное травление до уровня подложки, чтобы разделить пленку на полоски - будущие волокна и обеспечить доступ травителя к жертвенным слоям, см.фиг.1. Затем проводили травление в 10% водном растворе HF. Плавиковая кислота растворяет жертвенные слои AlAs, и полоски-волокна освобождаются от подложки. Внутренние напряжение в пленке In0.6Ga0.4As/In0.4Ga0.6As способствует отделению волокон от подложки. Полученные волокна имеют небольшой изгиб, радиус изгиба волокон для данной структуры составляет около 5 см, что придает устойчивость массиву волокон и препятствует спутыванию волокон друг с другом. Длина волокон ограничена размерами подложки (мы использовали подложку диаметром 10 см). Но в настоящее время в полупроводниковом производстве обычны подложки диаметром 30 см и существует тенденция к увеличению размеров подложек. При ширине волокна 10 нм с одной пластины, содержащей хотя бы 10 периодов (жертвенный и напряженный) слоев, можно получить сотни миллионов нановолокон длиной до 30 см. Следует заметить, что современные промышленные установки позволяют одновременно обрабатывать несколько пластин, что еще больше увеличивает эффективность производства.
Если использовать исходную структуру с большим напряжением, например бислой In0.3Ga0.7As -3 нм/GaAs - 6 нм, то полоски не просто отделяются от подложки, а скручиваются в спирали (при соответствующей ориентации относительно кристаллографических осей, что задает направление сворачивания), см. фиг.2. Такое нановолокно спиралеобразной формы очень гибкое и растяжимое.
Для того чтобы получать волокна, по длине превышающие размеры подложки, с помощью литографии разделяли пленочную структуру на криволинейные полосы, которые не кончаются на краях подложки. Использовали литографический рисунок, представляющий собой спираль, змеевидный зигзаг.
Аналогичным способом мы получали волокна и из однородной пленки, не имеющей внутреннего напряжения. Например, на подложке GaAs выращивали жертвенный слой AlAs, 7 нм, на нем выращивали слой GaAs толщиной 2 нм, затем снова AlAs далее GaAs, эту пару слоев повторяли 5 раз. Далее аналогично разделяли слои на полоски, проводили травление в HF. Однако, так как эти волокна не имели внутреннего напряжения, то они не отделяются от подложки и формируется просто набор спутанных нитей.
Ключевой момент метода - это наличие жертвенного слоя, который может быть селективно удален. Волокна можно изготовлять из великого множества материалов. Необходимо только подобрать вещество, которое может служить жертвенным слоем, и селективный травитель, который травит жертвенный слой и не реагирует с материалом будущих волокон. Нами были получены волокна из InAs; GaAs; InxGaSb/InAs (жертвенный слой AlAs); p+ легированный Si; p+Si/Ge (жертвенный слой нелегированный Si). Кроме того, получали волокна из металлов.
Очевидно, что для целого ряда практических применений в наномеханике, магнитоэлектронике, вакуумной электронике необходимы нановолокна не только из полупроводников, но и из металлов. Металлы привлекательны прежде всего высокой электропроводностью (сверхпроводимостью), механическими и магнитными свойствами. Для создания металлических нановолокон по вышеупомянутому методу необходимо изготовить металлическую бипленку, содержащую сжатые и растянутые слои, а также предусмотреть возможность отсоединения ее от подложки, используя жертвенный слой.
Для создания нановолокон мы ориентировались на дешевый стандартный способ - напыления металлических пленок на подложки большой площади. Известно, что тонкие металлические пленки можно создать и сжатыми, и растянутыми. Причем величину и знак внутренних напряжений можно контролируемо задавать, варьируя условия напыления. Большинство тугоплавких материалов, таких как золото, никель, хром, медь, вольфрам, железо, при напылении в чистых условиях на холодную подложку образуют напряженные растянутые пленки. При осаждении в присутствии добавок формируют сжатые напряженные пленки. Например, никелевые и титановые пленки, напыляемые в вакуумной системе в присутствии кислорода или водорода, формируются напряженно-сжатыми. Многообразие металлов с различными химическими свойствами позволяет организовать и процесс отсоединения бипленки от подложки (травитель жертвенного слоя не должен взаимодействовать с материалом бипленки), оптимально подобрав материал для жертвенного слоя.
Например, на кремниевую подложку методом напыления с помощью электронного луча напыляли 20 нм Al (жертвенный слой), затем 10 нм твердого раствора Ti/Au 60/40, затем 10 нм Ti/Au 40/60. В ряде экспериментов изготовляли несколько периодов подобных слоев. Затем аналогично вышеописанному способу делается литография, и структура подвергается травлению в щелочном растворе. Травитель растворяет жертвенный слой Al, и волокна освобождаются от подложки и друг от друга.
Следует заметить, что особых требований к материалу подложки не предъявляется, а одну и ту же подложку можно использовать многократно. Благодаря тому, что металлы пластичны, нановолокна при отсоединении от подложки можно изгибать и сворачивать без разрушения, можно ткать, вязать, создавать различные архитектурные конфигурации.
Для того чтобы изготовлять волокна прецизионной ширины меньшей, чем достижимо литографией, с помощью селективной эпитаксии выращивали массив - тонкопленочные нанополосоки на боковых гранях многослойной эпитаксиальной структуры при условиях, когда рост идет только на определенных слоях структуры.
На подложке GaAs выращивали многослойную гетероструктуру - слой Al0.7Ga0.3As 5 нм, слой GaAs 3 нм, этот набор - (AlGaAs-GaAs-AlGaAs-GaAs) слоев повторяется 5 раз (можно и более). Далее на структуре формировали массив V-образных канавок: в литографическом резисте открывали окна в виде полосок, ориентированных в направлении (110). При травлении в травителе Н3PO4:Н2O2:Н2O 1:1:3 за счет анизотропии травления получаются канавки V-формы, так как боковые стенки этих канавок являются кристаллографическими плоскостями (111), см.фиг.3. Всю структуру подвергали окислению в атмосферном воздухе. После этого структуру нагревали до 600°С, чтобы селективно удалить оксид с полосок GaAs, при этом оксид на полосках AlGaAs остается. Молекулярной эпитаксией селективно на боковых полосках GaAs выращивали слои: жертвенный слой AlAs 7 нм, на нем выращивается напряженный слой In0.6Ga0.4As толщиной 2 нм, затем слой GaAs 2 нм. Данные слои растут только на полосках GaAs, а на окисленных полосках AlGaAs роста не происходит. Таким образом, на стенках V-канавок формируются полоски прецизинной ширины, равной толщине слоя GaAs на стенке V-канавки. Далее структура подвергается травлению в 5% растворе HF. Травитель растворяет жертвенный слой AlAs и волокна (бислои In0.6Ga0.4As/GaAs) освобождаются от подложки. Полученные волокна за счет внутренних напряжений будут отогнуты от подложки. Дугообразная форма волокон придаст им большую устойчивость. Для того чтобы получить массив волокон, закрепленных на подложке, необходимо воспрепятствовать отсоединению волокон от подложки с одного края, для этого перед травлением с одного края подложки заполняли V-канавки, напыляли через узкую щель золото (можно использовать другой устойчивый к травителю материал), это препятствовало доступу травителя, под ним не происходило травления и полоски оставались закрепленными на подложке. В зависимости от целей последующего использования волокна можно получать не из бислоев, а из одного слоя. В этом случае волокна будут ненапряженные, более тонкие и гибкие.
В данном методе ширина выращенных полосок достигает наноразмеров и задаеться с высочайшей точностью, так как определяется толщиной слоев многослойной эпитаксиальной структуры, что, в свою очередь, задается с точностью до атомного слоя. Данный метод применим для массового изготовления прецизионных нановолокон. После отделения волокон периодически профилированные многослойные структуры можно использовать повторно для роста следующей партии волокон.
Поскольку используется жидкостное травление, при высушивании волокон за счет капиллярных эффектов может произойти слипание волокон как между собой, так и с подложкой. Чтобы этого избежать, мы использовали сушку в суперкритическом СО2. А именно структура после травления, не высушиваясь, промывалась водой от травителя, вода замещалась на спирт. В камере для суперкритической сушки при температуре 4°С, давлении 6 МПа подается жидкий CO2, он замещает собой спирт. Чтобы миновать фазовый переход жидкость-газ, переводим СО2 в суперкритическую фазу - камеру при давлении 12 нагревали до 80°С МПа. Затем уменьшали давление до атмосферного, при этом СО2 переходит в газ и достигается высушивание структуры.
Полученные твердотельные нановолокна обладают супергибкостью, прочностью и упругостью. Невозможно разрушить эти волокна, изгибая их. Деформация Δl/l, возникающая в тонкой пленке при ее изгибе, равна d/R, где d - толщина, a R - радиус изгиба. Для того чтобы в результате изгиба пленки возникла деформация 10%, при которой может начаться разрушение, необходимо изогнуть пленку толщиной 1 нм до радиуса порядка 10 нм. Однако столь резкий изгиб невозможно получить в обычных условиях. Более того, у нас есть основания считать, что в ультратонких пленках толщиной порядка 1 нм, деформация может превышать 25% (мы экспериментально наблюдали с помощью электронного микроскопа спираль диаметром 7 нм, полученную из InAs/GaAs пленки толщиной 1 нм), то есть гибкость у тонких пленок еще больше.
Таким образом, изготовляемые твердотельные (полупроводниковые, металлические) нановолокна, обладая основными свойствами стандартных нановолокон, имеют ряд достоинств. Прежде всего, это прецизионность, стойкость к внешней среде (температуре, давлению, свету и т.д.). Важно также, что из них можно формировать хорошо организованные массивы желаемой конфигурации.
В случае изготовления нановолокон из напыленных пленок мы видим возможность непрерывного массового производства. Можно использовать подложки для напыления пленок повторно и даже, проводя напыление на подложку цилиндрическую или подложку в виде движущейся ленты транспортера, на одной части которой будет проводится напыление, а с другой части сниматься готовые волокна.
Созданные нановолокна могут применяться в целях типичных для применений углеродных и других нановолокон. Более того, поскольку наш метод позволяет изготовлять нановолокна из неприменяемых ранее для этих целей материалов (магнитных, проводящих, монокристаллических), а также позволяет создавать упорядоченные массивы контролируемой архитектуры из нановолокон, мы уверены, что это инициирует новые области применения нановолокон.
Claims (10)
1. Способ изготовления нановолокон, включающий в себя осаждение на подложку вещества, предназначенного для формирования волокон, отличающийся тем, что на подложке формируют многослойную структуру, содержащую, по крайней мере, один жертвенный слой и пленочную структуру из вещества, предназначенного для формирования волокон, разделенную на узкие полоски, затем селективно удаляют жертвенный слой, за счет этого узкие полоски освобождаются от связи с подложкой, образуя нановолокна.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что многослойную структуру формируют содержащей несколько жертвенных слоев и несколько слоев из вещества, предназначенного для формирования волокон, причем эти слои периодически чередуются между собой.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленочную структуру, разделенную на узкие полоски, получают разделением пленки на полоски.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленочную структуру формируют изначально разделенной на узкие полоски.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленочную структуру из вещества, предназначенного для формирования волокон, формируют напряженной.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленочную структуру из вещества, предназначенного для формирования волокон, формируют разделенной на узкие криволинейные полоски.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленочную структуру, разделенную на узкие полоски, формируют из InGaAs/GaAs, а жертвенным слоем является слой AlAs.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленочную структуру формируют из легированного кремния, а жертвенным слоем является слой нелегированного кремния.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленочную структуру формируют из Ti/Au, а жертвенным слоем является слой Al.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что многослойную структуру формируют селективной эпитаксией на подложке, являющейся многослойной эпитаксиальной структурой с V-канавками.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129901/28A RU2270164C2 (ru) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Способ изготовления нановолокон |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129901/28A RU2270164C2 (ru) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Способ изготовления нановолокон |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003129901A RU2003129901A (ru) | 2005-03-27 |
| RU2270164C2 true RU2270164C2 (ru) | 2006-02-20 |
Family
ID=35560308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129901/28A RU2270164C2 (ru) | 2003-10-09 | 2003-10-09 | Способ изготовления нановолокон |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2270164C2 (ru) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2323872C1 (ru) * | 2006-10-05 | 2008-05-10 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | СТРУКТУРА ГЕТЕРОГЕННОГО р-n ПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА И ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛЕНКИ |
| RU2359356C1 (ru) * | 2007-11-26 | 2009-06-20 | Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН | Способ создания проводящих нанопроволок на поверхности полупроводниковых подложек |
| RU2359359C1 (ru) * | 2007-11-15 | 2009-06-20 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Способ изготовления наносенсора |
| RU2396634C2 (ru) * | 2008-10-09 | 2010-08-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО p-n ПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА |
| RU2401246C1 (ru) * | 2009-08-27 | 2010-10-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ формирования проводящего элемента нанометрового размера |
| RU2417831C1 (ru) * | 2009-10-05 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНКАТТЕК" | Устройство для получения наночастиц |
| RU2478239C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2013-03-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ формирования проводящего элемента нанометрового размера |
| RU2513555C2 (ru) * | 2012-05-22 | 2014-04-20 | Николай Евгеньевич Староверов | Карбидная нанопленка или нанонить и способ их получения |
| RU2522844C1 (ru) * | 2013-01-23 | 2014-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" | Способ формирования эпитаксиальных наноструктур меди на поверхности полупроводниковых подложек |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2179526C2 (ru) * | 1999-11-29 | 2002-02-20 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Способ получения твердофазных наноструктурированных материалов |
| DE10159415A1 (de) * | 2001-12-04 | 2003-06-12 | Max Planck Gesellschaft | Herstellung mikro- und nanoskopischer Spulen, Transformatoren und Kondensatoren durch Einrollen oder Umklappen von Leiterschichten beim Ablösen von Hilfsschichten von einem Substrat |
-
2003
- 2003-10-09 RU RU2003129901/28A patent/RU2270164C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2179526C2 (ru) * | 1999-11-29 | 2002-02-20 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Способ получения твердофазных наноструктурированных материалов |
| DE10159415A1 (de) * | 2001-12-04 | 2003-06-12 | Max Planck Gesellschaft | Herstellung mikro- und nanoskopischer Spulen, Transformatoren und Kondensatoren durch Einrollen oder Umklappen von Leiterschichten beim Ablösen von Hilfsschichten von einem Substrat |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Z.F.Ren et all. Growth of a single freestanding multiwall carbon nanotube on each nanonickel dot. Applied Physics Letters, v.75, N8. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2323872C1 (ru) * | 2006-10-05 | 2008-05-10 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | СТРУКТУРА ГЕТЕРОГЕННОГО р-n ПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА И ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛЕНКИ |
| RU2359359C1 (ru) * | 2007-11-15 | 2009-06-20 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Способ изготовления наносенсора |
| RU2359356C1 (ru) * | 2007-11-26 | 2009-06-20 | Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН | Способ создания проводящих нанопроволок на поверхности полупроводниковых подложек |
| RU2396634C2 (ru) * | 2008-10-09 | 2010-08-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО p-n ПЕРЕХОДА НА ОСНОВЕ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА |
| RU2401246C1 (ru) * | 2009-08-27 | 2010-10-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ формирования проводящего элемента нанометрового размера |
| RU2417831C1 (ru) * | 2009-10-05 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНКАТТЕК" | Устройство для получения наночастиц |
| RU2478239C1 (ru) * | 2011-10-12 | 2013-03-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ формирования проводящего элемента нанометрового размера |
| RU2513555C2 (ru) * | 2012-05-22 | 2014-04-20 | Николай Евгеньевич Староверов | Карбидная нанопленка или нанонить и способ их получения |
| RU2522844C1 (ru) * | 2013-01-23 | 2014-07-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" | Способ формирования эпитаксиальных наноструктур меди на поверхности полупроводниковых подложек |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003129901A (ru) | 2005-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3447492B2 (ja) | 炭素材料とその製造方法 | |
| US7267859B1 (en) | Thick porous anodic alumina films and nanowire arrays grown on a solid substrate | |
| Kong et al. | Spontaneous polarization-induced nanohelixes, nanosprings, and nanorings of piezoelectric nanobelts | |
| KR101400686B1 (ko) | 그래핀 기판 상에 나노물질이 적층되어 있는 3차원 나노구조체 및 그 제조방법 | |
| US20200118818A1 (en) | Stretchable crystalline semiconductor nanowire and preparation method thereof | |
| TWI343831B (en) | Method for assembling nano objects | |
| EP2463893B1 (en) | Graphene structure and method of fabricating the same | |
| US8680574B2 (en) | Hybrid nanostructure array | |
| JP2541091B2 (ja) | 炭素材料とその製造方法 | |
| KR100307310B1 (ko) | 다이아몬드 나노 휘스커 제조방법 | |
| EP2047509B1 (en) | A method of fabricating a nanostructure on a pre-etched substrate. | |
| US11950516B2 (en) | Method and substrate for patterned growth on nanoscale structures | |
| RU2270164C2 (ru) | Способ изготовления нановолокон | |
| WO2007001357A2 (en) | System and method for controlling nanostructure growth | |
| Huang et al. | Helices in micro-world: Materials, properties, and applications | |
| JP3995698B2 (ja) | カーボンナノチューブの合成のための触媒層の形成方法及びそれを利用したカーボンナノチューブの製造方法 | |
| KR100388433B1 (ko) | 금속 나노선의 제조방법 | |
| DE102008001005B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Schichtverbundes mit epitaktisch gewachsenen Schichten aus einem magnetischen Formgedächtnis-Material und Schichtverbund mit epitaktischen Schichten aus einem magnetischen Formgedächtnis-Material sowie dessen Verwendung | |
| Prinz | Precise, molecularly thin semiconductor shells: from nanotubes to nanocorrugated quantum systems | |
| RU2238239C1 (ru) | Способ создания нанотрубок | |
| KR101064908B1 (ko) | 신규의 희생층 재료를 이용한 기판 상에서의 나노와이어 패터닝 방법 | |
| Cojocaru et al. | Semiconductor and insulator nanostructures: challenges and opportunities | |
| Rose et al. | Suspended HOPG nanosheets for HOPG nanoresonator engineering and new carbonnanostructure synthesis | |
| KR20020093270A (ko) | 탄소나노튜브 길이별 제조방법 | |
| US20100119708A1 (en) | Filling structures of high aspect ratio elements for growth amplification and device fabrication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051010 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070510 |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070601 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131010 |