تولید انبوه نانوسیم‌های یکنواخت

محققان موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) با رسوب‌دهی لایه به لایه اتم‌ها روی
یک بلور سیلیکونی تحت خلأ بالا، نانوسیم‌های نیمه‌رسانا از جنس آلیاژهای نیترید
گالیوم رشد دادند. آنها توانایی بسیار بالایی در تولید نانوسیم‌ها بدون استفاده از
کاتالیزورهای فلزی دارند که این امر لومینسانس این ساختارها را بهبود بخشیده و نقص
ساختاری آنها را کاهش می‌دهد. نانوسیم‌های تولید شده با این روش ویژگی‌های مکانیکی
بسیار خوبی نیز دارند.

در این روش خلوص و ساختار بلوری بی‌نقص نانوسیم‌ها حفظ شده و کنترل بیشتری روی قطر
و جایدهی این ساختارها نسبت به روش‌های دیگر مبتنی بر کاتالیزورها وجود دارد. برای
استفاده وسیع از نانوسیم‌ها، کنترل قطر و موقعیت آنها بسیار ضروری است.

کلید اصلی روش این گروه رشد دادن نانوسیم‌ها در حفرات بسیار دقیقی است که روی یک
روکش استنسیل مانند روی ویفر سیلیکونی ایجاد شده‌اند. این نانوسیم‌ها در امتداد
سوراخ‌هایی در ماسک نیترید سیلیکون الگودهی شده رشد می‌یابند. با استفاده از این
روش حدود ۳۰۰۰۰ نانوسیم روی یک ویفر به عرض ۷۶ میلی‌متر ایجاد شدند. با این روش
موقعیت نانوسیم تقریباً به‌صورت دقیق کنترل می‌شود. نانوسیم‌ها در بیشتر حفرات به
صورت بی‌نقص رشد یافته و تقریباً روی سطح ماسک هیچ نانوسیمی رشد نیافت.

قطر حفرات روی ماسک از ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ نانومتر (با افزایش ۱۰۰ نانومتر-۱۰۰ نانومتر)
متغیر بود. در هر حفره ۳۰۰ یا ۴۰۰ نانومتری یک نانوسیم منفرد شش‌وجهی با یک نوک
متقارن با ۶ وجه رشد یافت. حفرات بزرگ‌تر نتایج متغیری دربر داشتند. در حفرات ۴۰۰
تا ۹۰۰ نانومتری نانوسیم‌هایی با نوک‌های دارای چندین وجه رشد یافت. درون حفرات با
قطر ۱۰۰۰ نانومتر تجمعی از نانوسیم‌ها ایجاد شد که به هم فشرده شده بودند. در طول
سه روز ارتفاع تمام نانوسیم‌ها به ۱۰۰۰ نانومتر رسید.

رشد دادن نانوسیم‌ها روی سیلیکون یکی از راهکارهای محققان NIST برای تولید ابزارهای
«نانوسیم روی تراشه» است. کریس برتنس، محقق ارشد این کار می‌گوید با وجودی که دمای
رشد نانوسیم‌ها بسیار بالا بوده (بالای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد) و برای مدارات
سیلیکونی غیرقابل تحمل است، می‌توان ابتدا نانوسیم‌ها را رشد داده و سپس آنها را در
طول فرایند تولید مدارات محافظت کرد.

جزئیات این تحقیق در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.