Статья:

Новые методы применения наноструктурированных материалов в перспективных электронных устройствах

Конференция: XV Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Лобанова Л.А. Новые методы применения наноструктурированных материалов в перспективных электронных устройствах // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(15). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/4(15).pdf (дата обращения: 17.09.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Новые методы применения наноструктурированных материалов в перспективных электронных устройствах

Лобанова Ладонна Анатольевна
студент, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, РФ, г. Казань
Шульгин Дмитрий Анатольевич
научный руководитель, канд. физ.-мат. наук, доцент, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, РФ, г. Казань

 

Наноструктурированные алюминиевые слои – это многообещающие альтернативы прозрачных полупроводников или металлов. Основными требованиями к прозрачным проводящим электродам (ТВК) являются хорошая прозрачность в ограниченном и четко определенном диапазоне, а также подходящая проводимость. Например, интервал длин волн составляет 300 нм-2500 нм для фотоэлектрических электродов и 400-700 нм для дисплеев. В настоящее время для достижения этой цели лучший материал оксид индия и олова (ITO). Он широко используется во многих видах дисплеев, светодиодов, солнечных элементов и других устройств оптоэлектроники. Средняя передача для ITO составляет приблизительно 80-90% в зависимости от изменения толщины. Для маленьких толщин у ITO лучше передача и сопротивление, и наоборот. Диапазон сопротивления листа ITO составляет 10-100 Ом/см [1].

Предполагая, что ITO является «идеальным», новые ТВК должны иметь такие же свойства или даже лучше. Тонкие прозрачные пленки на основе металлов привлекательны благодаря своим плазмонным свойствам и лучшей гибкости. Плоскостные металлические пленки имеют плохие оптические характеристики, однако специальная наноструктура может увеличить пропускание. Сшитый слой меди со средним коэффициентом пропускания 61 и 75% и сопротивлением листа 10 и 15 Ом/см для ширины линии решетки 120 и 200 нм был продемонстрирован соответствующим образом [2].

Другой формой наноструктурирования является структура нанодырок. Главная особенность этих структур – независимость от поляризации света при определенном расположении дырок. В [3–5] приведены данные о прохождении, отражении и поглощении в зависимости от разного размера отверстия, расстояния между отверстиями и толщины. В этой статье были предложены и реализованы два простых способа изготовления прозрачных проводящих металлических электродов и были найдены и систематизированы оптимальные оптические и электрические параметры.

Стеклянная подложка с 200 нм алюминием (Al) используется для первого способа изготовления ТВК [6]. Полный процесс проиллюстрирован на рисунке 1, где для простоты дырочный глинозем (Al2O3) не включен.

 

Рисунок 1. Первый способ изготовления ТВК: а) начало образования ТВК Al (время t0); б) Конец образования Al ВТК (время t1 или t2)

 

Когда начинается электрохимическое анодирование Al, дырки растут в форме сферы. В момент времени t0 (этап а) отверстия (сфера) контактируют с подложкой и формируется алюминиевый электрод. В этом положении прозрачность мала, и требуется дальнейшее анодирование (шаг b). В момент времени t1> t0 передача увеличивается, а в момент времени t2> t1 имеет самые большие значения. Проводимость имеет противоположное поведение и имеет наименьшее значение в момент времени t2. Таким образом, компромисс между прозрачностью и проводимостью необходим

Чтобы найти оптимальные параметры, пакеты FDTD Lumeric [7] и COMSOL Multiphysics [8] используются для моделирования оптических и электрических свойств соответственно.

Было получено сопротивление листа 10-20 Ом/см для дырочных (сферических) радиосигналов r = 60-70 нм и расстояния между отверстиями w = 100 нм.

 

Рисунок 2. Второй способ изготовления ТВК: а) осаждение алюминия, анодирование и расширение отверстий; б) осаждение металла; в) передача металла ТВК

 

Второй предложенный способ образования ТВК включает три этапа, как показано на рисунке 2. Этап а – осаждение алюминия с последующим анодированием и расширением отверстий в растворе, содержащем фосфорную кислоту. Затем металл (в нашем случае золото Au) осаждается электронным испарением (этап b). Заключительным этапом с является перенос полученного ТВК на клейкую подложку.

Оптические свойства Au TCE при различных размерах отверстий r = 100, 150, 200 нм, расстояниях между отверстиями w = 2r + 25, 50, 75 нм и толщине d = 25, 50 нм моделируются с помощью коммерческого программного обеспечения FDTD Lumeric [7]. Больший размер отверстий обеспечивает лучшую среднюю передачу, когда большее расстояние между отверстиями и толщина имеют противоположную зависимость. Au-электрод поглощает только часть света в диапазоне 300-600 нм из-за локализованного плазмонного резонанса. При λ> 700 нм отражение увеличивается.

Структура с r = 100 нм, w = 25 нм и d = 25 нм имеет лучшую среднюю пропускную способность в диапазоне 300-1000 нм (рис. 4) и составляет 82,5%. Значения 10-20 Ом/см были получены для толщины ТВК 25-50 нм четырехзондовым методом.

 

Список литературы:
1. A.L. Dawar and J.C. Joshi, J. Mater. Sci. Lett. 19, 1-23 (1984)
2. M.G. Kang and L.J. Guo, J. Vac. Sci. Technol. B, 25, 2637-2641 (2007).
3. W.A Murray and W.L. Barnes, Adv. Mater., 19, 3771-3782 (2007).
4. X. Shou, A. Agrawal and A. Nahata, Opt. Express, 13, 9834-9840 (2005).
5. Q. Wang, J. Li, C. Huang, C. Zhang and Y. Zhu. Appl. Phys. Lett., 87, 091105-091107 (2005).
6. Smirnov, A. Stsiapanau, A. Mohammed, E. Mukha, H.S. Kwok, A. Murauski, Proc. SID Symposium “Display Week-2011”, Los-Angeles, 1385-1387 (2011).
7. Trial Versions of FDTD Solutions http://www.lumerical.com
8. Porous Silicon Avalanche LEDs and Their Applications in Optoelectronics and Information Displays // P.Jaguiro, P.Katsuba, S.Lazarouk, and A.Smirnov // Acta Physica Polonica A,Vol. 112, No. 5, 2007, pp. 1037–1042