Title

DETERMINAÇÃO DOS DIAGRAMAS ESTÁVEIS E METAESTÁVEIS EM RELAÇÃO AO DESENVOLVIMENTO DE NANOFIOS SEMICONDUTORES

DETERMINATION OF STABLE AND METASTABLE DIAGRAMS INVOLVED IN THE DEVELOPMENT OF SEMICONDUCTOR NANOWHISKERS

Authorship

Hourlier, Djamila; Perrot, Pierre

DOI

10.5151/2594-5327-0167

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Abstract

Os nanofios semicondutores são sintetizados por diferentes métodos usando um gás, fases condensadas e nano-gotas metálicas como, por exemplo, gotas de ouro depositadas sobre uma bolacha de silício. A supersaturação, necessária para descrever o processo de síntese, carece duma força motriz que permita a evolução do sistema entre dois estados metaestáveis. Se silício é fornecido por um precursor, tal como silano ou clorosilano, a presença da força motriz é óbvia e um mecanismo coerente pode ser desenvolvido. O problema torna-se mais complexo quando nanofios crescem sem precursor gasoso. Ainda não é claro se o processo implica a existência de estados meta-estáveis, até porque os mecanismos frequentemente apresentados na literatura contradizem as regras dos diagramas de fases. O objetivo deste trabalho é de mostrar como os argumentos de natureza termodinâmica e os dados experimentais fornecem um modelo geral e mais adequado para descrever o mecanismo SLS, envolvido no crescimento de nanofios cristalinos à base de silício. Este modelo já foi aplicado com sucesso para o crescimento de nanofios de germânio, assim como de semicondutores III-V.

 

Semiconductor nanowires are developed by many synthetic routes using gas, condensed phases and nanosized liquid metals such as gold droplets deposited on a silicon wafer. The supersaturation put forward to describe the process, needs the presence of a driving force allowing the evolution of the system between two metastable states. When the silicon is brought by a precursor such as silane or chlorosilane, the presence of a driving force is obvious and a coherent mechanism may be developed. When nanowires are grown without gaseous precursor, it is not clear whether or not the process implies the existence of metastable states and the mechanisms presented in the literature often contradicts the laws of phase diagrams. A coherent model is presented, using elementary thermodynamics by taking into account surface phenomena. Such a model having shown with silicon its predictive capacity, for instance the relationship between bulk and surface compositions or the existence of a minimum diameter for the silicon nanowire, it enlightens strongly the understanding of observed phenomena. The model has been successfully applied to the synthesis of germanium nanowires without precursor gas and the growth conditions for III-V semiconductors such as gallium arsenide has also been devised.

Keywords

Nanofios; Diagramas de fases; Termodinâmica.

Nanowires; Phase diagrams; Thermodynamics.