Scalable nanofabrication techniques for III-V compound semiconductors and dielectrics

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Fotoniikan ja elektroniikan uusimpien nanorakenteiden ja laitteiden toteuttaminen vaati nykyisten nanovalmistustekniikoiden rajoitteiden ylittämistä. Tämä väitöskirja käsittelee uusia skaalattavia menetelmiä nanorakenteiden valmistukseen III-V-yhdistepuolijohteista ja eristemateriaaleista.  Työssä kehitetyistä menetelmistä tärkeimmät ovat: (1) menetelmä suuren pinta-alan GaAs-nanolankahilojen valmistamiseen käyttäen laserinterferenssilitografiaa, kuivaetsausta ja metallo-orgaanista kaasufaasiepitaksiaa, (2) menetelmä uuden matalataitekertoimisen nanohuokoisen konformaalisen alumiinioksidinanoruohoheijastuksenestokalvon valmistamiseen lasille ja (3) GaN (0001) -kidetason atomikerrosetsausprosessi.  Suuren pinta-alan nanolankahilojen valmistaminen on haastavaa, koska monet nanovalmistusmenetelmät perustuvat peräkkäiseen valmistukseen, esimerkiksi elektronisuihkulla piirtämiseen. Tässä työssä kehitetty menetelmä perustuu valon inteferenssiin ja suuri pinta-ala voidaan kirjoittaa samalla kertaa. GaAs-nanolankahilat ovat mielenkiintoisia, koska niitä voidaan käyttää esimerkiksi seuraavan sukupolven halpojen ja tehokkaiden aurinkokennojen valmistamiseen.  Alumiinioksidinanoruoho valmistetaan pinnoittamalla haluttu kappale alumiinioksidilla käyttäen atomikerroskasvatusta ja käsittelemällä kyseinen kalvo lämpimällä vedellä. Alumiinioksidinanoruoho on täysin uudenlainen tapa valmistaa optisia pinnoitteita, sillä sitä voidaan käyttää satojen optisten komponenttien pinnoittamiseen samaan aikaan. Alumiinioksidinanoruohoa voidaan käyttää jopa pinnoilla, joita ei voida pinnoittaa muilla menetelmillä johtuen äärimmäisen hankalista pinnanmuodoista. Alumiinioksidinanoruoho toimii lasin päällä heijastuksenestokalvona mahdollistaen laajakaistaisen ja kulmariippumattoman läpäisevyyden valon näkyvällä alueella, johtuen nanoruohon taitekerroingradientista. Tämän ilmiön löytäminen on yllättävää, sillä atomikerroskasvatettu alumiinioksidi on hyvin tunnettu ja laajalti käytetty materiaali.  Atomikerrosetsausprosessi kehitettiin GaN (0001) -kidetasoa varten. Menetelmällä voidaan poistaa yksi molekulaarinen kerros (Ga + N) kerrallaan galliumnitridiä. Menetelmää voidaan käyttää atomintarkkojen nanorakenteiden ja korkealiikkuvuustransistorien valmistamiseen käyttäen tavanomaisia fotoresistejä etsausmaskeina. Menetelmän kehittämisestä saatua kokemusta käytettiin lisäksi piin atomikerrosetsauksella tehdyn nanomittakaavan kuvioiden siirron ja korkean tarkkuuden nanoleimaisimien valmistuksen analysointiin. Myös muuta III-N-teknologiaa kehitettiin. Tutkittiin GaN:n kasvua SOI-kiekkojen (eng., silicon on insulator) päälle ja typpi-polaarisen AlN:n kasvua 4H-SiC:in päälle.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8351-3
Sähköinen ISBN978-952-60-8352-0
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • nanolanka, taitekerroin gradientti, atomikerrosetsaus

ID: 32029595