8. Самоорганізація в квантових дротинах і квантових точках.

Очень перспективными по сравнению с традиционными методами оказались методы прямого получения нанообъектов с использованием эффектов спонтанного образования наноструктур. Эти эффекты отно-сятся к широкому классу фундаментальных явлений самоорганизации в конденсированных средах. Метод получения квантовых одно- и нуль-мерных структур опирается на рассмотренные ранее методы молекулярно лучевой эпитаксии и газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Различают три режима роста гетероэпитаксиальных структур:

1) Франка–ван дер Мерве (Frank–van der Merve, FM) – реализуется послойный (двумерный) рост материала В на подложке из материала А, материалы А и В согласованы по постоянной решетки;

2) Фолмера–Вебера (Volmer–Weber, VW) – имеет место островковый (трехмерный) рост материала В на подложке А;

3) Странского–Крастанова (Stranski–Krastanow, SK) – на первых этапах роста реализуется послойный рост материала В на подложке А с образованием смачивающего слоя, а затем происходит переход к росту трех-мерных островков из материала В на покрытой подложке; материалы А и В рассогласованы по постоянной решетки.

В гетероэпитаксиальных системах, согласованных по постоянной решетки, режим роста определяется только соотношением энергий сво-бодных поверхностей материалов А – γ1, В – γ2 и энергии границы раз-дела γ12. Когда поверхностная свободная энергия подложки γ1 превосхо-дит сумму поверхностной свободной энергии эпитаксиального слоя γ2 и энергии границы раздела γ12, т. е. γ2 + γ12 < γ1, тогда осаждаемый матери-ал В смачивает поверхности подложки А и возникает режим Франка–ван дер Мерве.

Изменение величины γ2 + γ12 относительно γ1 приводит к переходу от режима Франка – ван дер Мерве к режиму Фолмера – Вебера. В этом случае материал В не смачивает материал подложки А.

В гетероэпитаксиальной системе при наличии рассогласования по постоянной решетки между осаждаемым материалом В и подложкой А на первых этапах рост может происходить послойно. Однако более тол-стый слой осажденного материала имеет и большую упругую энергию.

Тогда возникает тенденция уменьшить упругую энергию путем образо-вания изолированных островков. В этих островках происходит релакса-ция упругих напряжений и соответствующее уменьшение упругой энер-гии. Так возникает режим роста Странского–Крастанова. В конечном итоге на подложке образуются островки, промежутки между которыми заполнены тонким смачивающим слоем.

Термодинамический анализ показал, что на фазовой диаграмме, где по одной из осей отложено рассогласование решеток оса-ждаемого материала и подложки ε0 = Δа/а, а по другой – количество осажденного материала Q (количество монослоев), можно выделить об-ласти этих параметров, которые напоминают, а в некоторых областях параметров полностью аналогичны с приведенными выше режимами роста.

В настоящее время известны следующие типы наноструктур, вы-ращиваемых с использованием эффектов самоорганизации:

1) структуры на микроскопически упорядоченных фасетированных по-верхностях;

2) упорядоченные массивы трехмерных когерентно напряженных ост-ровков в гетероэпитаксиальных рассогласованных системах;

3) периодические структуры плоских доменов (например, островков мо-нослойной высоты);

4) структуры с периодической модуляцией состава в эпитаксиальных пленках твердых растворов полупроводников.

Достоинством способов получения этих наноструктур является то, что структуры появляются как бы сами собой, без применения специ-альных приемов технологии микроэлектроники и, в частности, без при-менения литографии.