ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΝΑΝΟΝΗΜΑΤΩΝ ΠΥΡΙΤΙΟΥ Λασπάς Θεόδωρος Υπεύθυνος Καθηγητής: Δ. Τσουκαλάς

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μια από τις βασικές αιτίες ανάπτυξης των νανονημάτων πυριτίου (SiNW) ήταν η ανάγκη κατασκευής όλο και μικρότερων και αποδοτικότερων στοιχείων για την περαιτέρω ανάπτυξη λογικών κυκλωμάτων υψηλής απόδοσης, αισθητήρων, μικροεπεξεργαστών.

ΝANONHMATA Ταξη μεγέθους 10-9 m Κβαντικό νήμα (1-D) Επικρατούν φαινόμενα κβαντικού περιορισμού Κβάντωση αγωγιμότητας ακέραιο πολλαπλάσιο της τιμής 2e2/h ≈ 12.9 kΩ-1

ΠΡΟΤΕΡΗΜΑΤΑ Καλές ηλεκτρικές ιδιότητες Ευελιξία διαμόρφωσης ιδιοτήτων in-situ Πολύ καλά καθορισμένα μορφολογικά χαρακτηριστικά κατά την ανάπτυξή τους Δυνατότητα μαζικής παραγωγής

ΤΡΟΠΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Υπάρχουν 2 μέθοδοι προσέγγισης για την ανάπτυξη ΝW bottom-up και top-down Στην ανάπτυξη NW-FET έχει επικρατήσει η bottom-up προσέγγιση λόγω των πλεονεκτημάτων στον έλεγχο που παρέχει στην κρυσταλλική δομή,στις διαστάσεις και τη δυνατοτητα κατασκευής ετεροδομών κατά την παραγωγή τους

ΤΡΟΠΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Ο πιο καθιερωμένος τρόπος παραγωγής Si-NW είναι η VLS (vapor-liquid-solid) διαδικασία ανάπτυξης. Πυρίτιο σε μορφή ατμών προσροφάται από νανοσυστάδες χρυσού (Au) σε υγρή φάση, οι οποίες έχουν εναποτεθεί σε υπόστρωμα πυριτίου, αναπτύσοντας έτσι κρυσταλλικά νανονήματα.

ΤΡΟΠΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Το πυρίτιο σε αέρια φάση παρέχεται με διάφορες διαδικασίες CVD (χημική εναπόθεση ατμών) CBE (χημική επιταξεία δέσμης) Laser ablation

Κρυσταλλικό Si-ΝW κατασκευασμένο με VLS ΤΡΟΠΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Ιδιαίτερα δημοφιλής είναι η CVD. Ακριβής ρύθμιση κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης Διαμέτρου Μορφολογίας Προσμίξεων Ηλεκτρικών ιδιοτήτων Κρυσταλλικό Si-ΝW κατασκευασμένο με VLS

Συνήθης διεύθυνση ανάπτυξης νανονημάτων (111) και (100)

Αντίσταση 2 νανονημάτων για θερμοκρασία 300 K Αντίσταση 2 νανονημάτων για θερμοκρασία 300 K. Ο κύκλος και το τετράγωνο αντιστοιχούν σε πάχος νήματος 6.5 nm και 9.7 nm αντίστοιχα

SiNW-FET λ= Σκοπό είναι επίτευξη δημιουργίας πύλης SiNW μήκους ~ 10 nm Ηλεκτροστατικώς, το NWFET περιγράφεται επιτυχώς από την Poisson (1-D). Το λ αναφέρεται σαν ένα μέτρο του πόσο αποτελεσματικά το δυναμικό της πύλης Φgs διαμορφώνει το Φf (επιφανειακό δυναμικό) λ=

SiNW-FET Για να περιοριστούν τα φαινόμενα βραχυκύκλωσης μεταξύ πηγής και απαγωγού (short-channel effects) πρέπει το μήκος του νανονήματος να συσχετίζεται με το λ ως εξής: L ~10 λ

SiNW-FET Μια απλή προσέγγιση για την κατασκευή SiNW-FET είναι η τοποθέτηση του πάνω σε ένα υπόστρωμα οξειδίου πυριτίου συνδέοντας τα άκρα του με μεταλλικές επαφές που δρούν σαν πηγή και απαγωγός αντίστοιχα.

SiNW-FET Αρχικά αναπτύσσεται το οξείδιο της πύλης γύρω από το νανονήμα. Στη συνέχεια αφαιρείται το οξείδιο με etching από τα άκρα ώστε εναποθέτοντας το Ni να δημιουργηθούν διεπαφές μετάλλου/ημιαγωγού (πηγή και απαγωγός).

SiNW-FET Τρεις διαφορετικές διαμορφώσεις διατάξεων NW-FEΤ: (a) back gate (b) ημικυλινδρικού top gate και (c) κυλινδρικού gate-all-around

SiNW-FET Μια διαφορετική προσέγγιση κατασκευής NW-FET είναι η κατασκευή νανονήματος ετεροδομής Ge/Si.Εδώ αναπτύσεται με επιταξία φλοιός πυριτίου πάνω σε πυρήνα γερμανίου (διαμέτρου ~10 nm). Λόγω ενεργειακής διαφοράς των ζωνών σθένους (~0.5 eV) δημιουργείται Ωμική επαφή

Χαρακτηριστικές Ιd-Vd Ge/Si NWFET για μήκη (a) L =1mm και (b) L =190nm Τα διάφορα χρώματα υποδεικνύουν διαφορετικές τιμές Vds

ΑΛΛΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ NW ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΣΥΣΤΟΙΧΕΙΕΣ Li-ion ΜΠΑΤΑΡΙΩΝ ΧΡΗΣΗ ΣΕ ΒΙΟΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΝΑΝΟΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΑ ΠΟΛΥ ΜΙΚΡΕΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ ΔΙΑΔΡΟΜΗ ΦΟΡΕΩΝ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΕΡΗ ΣΥΛΛΟΓΗ ΦΟΡΕΩΝ ΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΝΑΝΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ Li-ion ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΦΟΡΤΙΟΥ ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΡΚΕΙΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙΑΣ ΜΕΧΡΙ ΚΑΙ 10 ΦΟΡΕΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΚΑΤΑ 90% ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΑΡΚΕΤΕΣ ΧΡΗΣEIΣ ΑNΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΑΝΟΔΩΝ ΜΕ CORE/SHELL SiNW ΑΝΤΙ ΓΡΑΦΙΤΗ

ΜΠΑΤΑΡΙΕΣ Li-ion ΑΝΑΠΤΥΣΟΝΤΑΙ ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ ΠΑΝΩ ΣΤΟ ΣΥΛΛΕΚΤΗ ΠΥΡΗΝΑΣ ΑΠΟ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟ ΠΥΡΙΤΙΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΣ ΦΛΟΙΟΣ ΑΠΟ ΑΜΟΡΦΟ ΠΥΡΙΤΙΟ

ΒΙΟΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΝΑΝΟΝΗΜΑΤΩΝ ΠΑΝΩ ΣΕ ΚΥΤΑΡΑ ΜΗ ΤΟΞΙΚΑ Π.Χ. ΧΡΗΣΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΟΣΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ