Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ chế tạo dây và cột nano silic trên cơ sở công nghệ vi cơ điện tử

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm đề xuất và thực hiện được quy trình chế tạo dây và cột nano silic trên đế silic bằng công nghệ vi cơ điện tử phù hợp với điều kiện trong nước. Đo đạc một số tính chất cơ bản của dây và cột nano silic chế tạo được.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận văn tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ chế tạo dây và cột nano silic trên cơ sở công nghệ vi cơ điện tử MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cấu trúc dây nano silic đã và đang được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nướcquan tâm nhờ những ứng dụng phong phú trong cảm biến sinh học, cảm biến hóa học,điện tử học nano, pin mặt trời, đế tán xạ Raman tăng cường bề mặt… Trên thế giới, cảhai hướng nghiên cứu chế tạo các cấu trúc này phát triển mạnh theo cả hai hướng“dưới-lên” (bottom-up) và “trên-xuống’ (top-down). Trong nước, các nhóm nghiên cứuchủ yếu tập trung theo hướng “bottom-up” với phương pháp VLS, trong khi đó đã cócác phòng thí nghiệm vi điện tử và vi cơ điện tử được xây dựng và phát triển hơn haimươi năm nay. Hơn nữa, với hướng chế tạo “trên-xuống” bằng công nghệ vi cơ điệntử, có thể điều khiển chính xác dược vị trí của dây, kích thước, khoảng cách, cũng nhưchiều dài của các cấu trúc nano silic tốt hơn nhiều so với hướng chế tạo “dưới-lên”. Đólà cơ sở để định hướng chế tạo các cấu trúc silic một chiều theo hướng “trên-xuống”bằng công nghệ vi cơ điện tử với điều kiện công nghệ trong nước. Vì vậy, NCS lựachọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế tạo dây và cột nano silic trên cơ sở công nghệvi cơ điện tử”. 2. Mục đích nghiên cứu + Đề xuất và thực hiện được quy trình chế tạo dây và cột nano silic trên đế silicbằng công nghệ vi cơ điện tử phù hợp với điều kiện trong nước. + Đo đạc một số tính chất cơ bản của dây và cột nano silic chế tạo được. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đầu tiên của đề tài là cấu trúc dây nano silic đơn tinh thể cóbề rộng, chiều dày có thể khống chế chính xác, và có tỷ lệ cạnh cao nằm ngang trên đếsilic. Đối tượng nghiên cứu thứ hai là các cấu trúc cột nano silic có trật tự theo dạng đốixứng lục giác định hướng vuông góc với đế Si với kích thước, khoảng cách và chiềucao có thể điều khiển được. Việc khảo sát và nghiên cứu công nghệ chế tạo các cấu trúc dây và cột nano giớihạn theo hướng “trên-xuống” trên cơ sở công nghệ vi cơ điện tử. 4. Phương pháp nghiên cứu Trong luận án này, phương pháp nghiên cứu chủ yếu là phương pháp thực nghiệm. Các cấu trúc dây và cột nano silic được chế tạo dựa trên công nghệ vi cơ điện tửdựa trên các quy trình đã được đề xuất. Các cấu trúc được nghiên cứu chế tạo tại Phòngthí nghiệm Công nghệ Vi hệ thống và cảm biến thuộc Viện Đào tạo Quốc tế về Khoahọc Vật liệu (ITIMS), trường đại học Bách khoa Hà Nội. Kết quả chế tạo cấu trúc được đánh giá dựa trên ảnh hiển vi điện tử quét hiệu ứngtrường (FESEM) tại viện AIST, trường ĐHBKHN với các phép đo trên hệ máy JEOLJSM-7600F chế tạo tại Mỹ. Một phần trong số các ảnh SEM liên quan đến các hạt nanosilica và cột nano silic được phân tích bằng phần mềm ImageJ, phần mềm được pháttriển bởi Viện sức khỏe quốc gia Hoa kỳ và được dùng phổ biến bởi các nhà nghiêncứu trên thế giới, từ đó tính ra được kích thước trung bình của hạt, diện tích vùng đơnlớp hạt. Đáp ứng I-V của dây nano silic được đo trên hệ bốn mũi dò Cascade Microtech(Mỹ) tại viện AIST, trường đại học Bách khoa Hà Nội. Phổ Raman được đo bằng hệ µ-Raman tại Viện Vật lý kỹ thuật, trường ĐHBKHN. 1 Tính chất huỳnh quang và phổ phản xạ của cột nano silic được đo tại khoa Vật lý,trường KHTN, trường ĐHQGHN. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a. Ý nghĩa khoa học của đề tài: Đối với cấu trúc dây nano silic, NCS đưa ra hai quy trình chế tạo dựa trên phươngpháp quang khắc truyền thống kết hợp với ăn mòn ướt trên phiến SOI, tập trung vàoviệc thu nhỏ mặt nạ SiO2 bảo vệ cho quá trình ăn mòn silic trong KOH. Quy trình đầutiên trực tiếp thu nhỏ dây SiO2 dựa trên thời gian ăn mòn SiO2 trong dung dịch BHF vàtối ưu hóa tiếp thời gian ăn mòn thu nhỏ dây silic trong KOH dựa trên tốc độ ăn mònsilic rất chậm theo phương. Quy trình chế tạo dây thứ hai ứng dụng hiện tượngdính ướt của mặt nạ cảm quang xuống mặt đế silic nhằm bảo vệ mặt bên trong quátrình ăn mòn và tách dây SiO2 kích thước micro thành hai dây SiO2 có kích thước nano.Hai quy trình chế tạo được đề xuất có thể ứng dụng để tạo ra các dây nano silic với tỷlệ cạnh rất cao (cỡ 2.105) trên đế diện tích lớn. Hơn nữa, vị trí của dây nano có thể đượcđiều khiển một cách chính xác và quá trình tích hợp dây nano với các thành phần nanochức năng khác để tạo thành các phần tử nano điện tử hoặc nano quang tử có thể đượcthực hiện được dựa trên sự phát triển của công nghệ chễ tạo nano hiện nay. Quy trình chế tạo cột nano silic được đưa ra trên cở sở sử dụng phương pháp ănmòn hóa học hỗ trợ kim loại có tính dị hướng, với lưới kim loại Ag được tạo trên đếsilic bằng phương pháp khắc hạt nano có khả năng điều chỉnh kích thước và khoảngcách trên lưới. Hạt nano silica được dùng trong công nghệ khắc hạt nano. Kích thướccác hạt silica xếp khít ban đầu và kích thước hạt sau khi thu nhỏ quyết định đến tínhtuần hoàn của lưới kim loại Ag, do đó quyết định khoảng cách và kích thước giữa cáccột. Vì vậy, trong luận án này, tác giả tập trung tìm giải pháp tập hợp các hạt nanosilica có kích thước khác nhau (50nm, 235nm, 295nm và 385nm) lên đế silic. Sau đó,đơn lớp hạt xếp khít được ăn mòn thu nhỏ để hình thành đơn lớp hạt không xếp khítbằng hơi HF. Trong quá trình chế tạo các cấu trúc dây và cột nano Si, xuất hiện nhiều hiện tượngmới với khả năng điều khiển kích thước hạt ở tỷ lệ nano, chúng tôi đã đề xuất các môhình để giải thích các hiện tượng này. Các kết quả nghiên cứu chế tạo đã được chấpnhận đăng trên các tạp chí quốc tế trong hệ thống ISI. b. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Đề tài được thực hiện là một trong những nỗ lực xây dựng và thực hiện được cácquy trình công nghệ chế tạo dây và cột nano silic theo hướng “trên-xuống” với chi phíthấp, phù hợp với điều kiện công nghệ trong nước. Việc thực hiện thành công các ...