1.3 Phƣơng pháp chế tạo Transistor hiệu ứng trƣờng sợi Silic
1.3.2 Phƣơng pháp Bottom up
Là phƣơng pháp tạo sợi Silic từ các các nguyên tử, phân tử ban đầu. PP này thƣờng dùng để chế tạo các sợi nano bán dẫn của các nguyên tố nhóm 4 và sợi nano của các oxide kim loại. PPBU có thể tạo các sợi nano chất lƣợng cao, tuy nhiên hình dáng các sợi này mọc ngẫu nhiên theo nhiều hƣớng khác nhau và đƣợc đặc trƣng bởi sự phân bố độ dài và đƣờng kính sợi nano. Sự thay đổi về hình thái học (tính định hƣớng thấp) của các sợi nano so với các sợi đƣợc tổng hợp bằng PPTD (tính định hƣớng cao) làm giới hạn khi chế tạo các CB khi so sánh với sợi đƣợc tổng hợp bằng PPBU vì sự kém đồng nhất, mất trật tự về vị trí và hƣớng phát triển các sợi. Phƣơng pháp BU cho phép chế tạo sợi nano trên một diện tích rộng của đế, nó chỉ bị giới hạn bởi nhiệt độ của quá trình đƣợc dùng để tạo sợi nano 800-10000C. Trong phƣơng pháp này, hầu hết đế là wafer Si. Tuy nhiên có thể lựa chọn các đế là các vật liệu có nhiệt độ thấp hơn bằng cách phát triển sợi nano trên một đế có nhiệt độ ổn định sau đó chuyển chúng sang đế mới ở nhiệt độ ổn định thấp hơn nhƣ thủy tinh hoặc nhựa. Có hai hƣớng tiếp cận chính để chế tạo sợi nano theo phƣơng pháp BU là:
- CVD (chemical vapor deposotion) dựa trên cơ chế chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng rồi cuối cùng ổn định ở trạng thái rắn (VLS vapor liquid solid). Trong phƣơng pháp tổng hợp VLS, sợi nano đƣợc tổng hợp theo kiểu từng nguyên tử một. Các hạt nano mồi, xúc tác đƣợc phân tán đồng đều trên đế, một dịng khí chứa các nguyên tử cần thiết để hình thành sợi nano đƣợc thổi vào đế ở một nhiệt độ xác định. Các chất ban đầu này (nhƣ SiH4 để tạo sợi Si) trƣớc tiên đƣợc tách ra trên mầm hạt kim loại xúc tác, sau đó giải phóng kim loại ở trạng thái nóng chảy để hình thành hợp kim ở trạng thái lỏng. Chất bán dẫn kết tủa để mọc lên thành NW có kích thƣớc do hạt nano mầm (xúc tác) quyết định kích thƣớc hạt sợi nano, đƣờng kính sợi nano bằng với kích thƣớt hạt mầm xúc tác. Một ƣu điểm của cơ chế VLS là nồng độ pha tạp có thể dễ dàng đƣợc điều chỉnh bằng cách thêm chất pha tạp vào trong khí gas mang vào để có đƣợc sợi nano loại N hay P. Sợi nano sau đó đƣợc chuyển lên đế Silic tinh khiết và dùng kỹ thuật định hƣớng chúng, kết quả ta có màng sợi nano song song và đồng nhất. Ngoài cách lắng đọng hơi lịng rắn, với những chất khơng có các tiền chất hỗn hợp của nó ban đầu, chúng ta có phƣơng pháp kích thích bay hơi vật liệu bằng tác nhân laser (laser ablation).
- Bốc bay laser: nguồn laser đƣợc hội tụ tại một vùng không gian nhỏ với năng
lƣợng cao làm bay hơi chất bán dẫn ban đầu đang ở thể rắn. Khí kim loại này đƣợc mang vào buồng lắng đọng bằng dịng khí mang. Tƣơng tự cơ chế VLS, đế Si cũng