alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейсalternative-15Research ArticleНАУЧНЫЕ ОБЗОРЫSCIENTIFIC REVIEWSРАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О КВАЗИОДНОМЕРНОМ РОСТЕ НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВTHE EVOLUTION OF IDEAS ABOUT QUASI-ONE-DIMENSIONAL WHISKERS GROWTHНебольсинВ. А.Nebol'sinV. A.

д-р техн. наук, профессор, декан факультета радиотехники и электроники

doctor of technical sciences, professor, dean of faculty of the radio engineering and electronics

vcmsao13@mail.ruЩетининА. А.ShchetininA. A.

д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры материаловедения и физики металлов

doctor of physico-mathematical sciences, professor of department material science and metal physics

vcmsao13@mail.ruВоронежский государственный технический университетРоссияVoronezh State Technical UniversityRussian Federation201507112015036278Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20152015Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/15

 В обзоре дана общая характеристика современного состояния исследований в области роста нитевидных кристаллов (НК). Изложены физические  основы  выращивания НК  в модели  диффузионно-дислокационного  роста  и  по  схеме  пар-жидкость-кристалл (ПЖК).  Важное  внимание  уделено  критическому  пересмотру  взглядов  на  механизм  роста  ПЖК  и представлению нового капельного (в авторской терминологии) механизма роста кристаллов. Описаны основные принципы  управляемого  выращивания  квазиодномерных  кристаллов,  практическая  реализация  которых  открывает  широкий спектр направлений применения НК в микро- и наноэлектронных устройствах. Описаны некоторые ростовые  эффекты, обусловленные действием капельного механизма.

In the review the characteristic of contemporary state in field of whiskers growth investigations is presented. Physical bases of whisker growing are expounded in the model of diffusive-dislocation growth and on a  scheme vapour-liquid-solid (VLS). The significant attention is paid to critical revision of the present views on the VLS growth mechanism and new droplet (in author’s terminology) crystal growth mechanism is represented. The fundamental principles of one-dimensional crystals controlled growing are described. Practical realization of these principles opens the large-scaled use of whiskers in the micro- and nanoelectronic devices. Some growth effects caused by droplet mechanism are considered.

нитевидные кристаллымеханизм роста ПЖКкапельный механизм роста кристалловwhiskersgrowth mechanism VLSdroplet crystal growth mechanismReferencesWagner R.S., Ellis W.С. Vapour-Liquid-Solid Mechanism of Single Crystal Growth // Appl. Phys. Lett. 1964. Vol. 4, No. 5. P. 89-90.Wagner R.S., Ellis W.S. Vapour-Liquid-Solid Mechanism of Single Crystal Growth // Appl. Phys. Lett. 1964. Vol. 4, No. 5. P. 89-90.Sears G.W. A Mechanism of Whisker Growth // Acta Met. 1955. Vol. 3, No. 4. P. 367-369.Sears G.W. A Mechanism of Whisker Growth // Acta Met. 1955. Vol. 3, No. 4. P. 367-369.Dittmar W., Neumann К. Z. Uber die Gestalt und Wachstum nadelformiger Kaliumkristall // Z. Elektrochem, 1957. Vol. 61, No. 1. S. 70-73.Dittmar W., Neumann K. Z. Uber die Gestalt und Wachstum nadelformiger Kaliumkristall // Z. Elektrochem, 1957. Vol. 61, No. 1. S. 70-73.Blakely J.M., Jackson К. Growth of Crystal Whiskers // J. Chem. Phys. 1962. Vol. 37, No. 2. P. 428-430.Blakely J.M., Jackson K. Growth of Crystal Whiskers // J. Chem. Phys. 1962. Vol. 37, No. 2. P. 428-430.Вагнер P. Рост кристаллов по механизму пар-жидкость-кристалл. В сб.: Монокристальные волокна и армированные ими материалы / Под ред. А.Т. Туманова. М.: Мир, 1973.Vagner P. Rost kristallov po mehanizmu par-židkost'-kristall. V sb.: Monokristal'nye volokna i armirovannye imi materialy / Pod red. А.T. Tumanova. M.: Mir, 1973.Гиваргизов Е.Н. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М.: Наука, 1977.Givargizov E.N. Rost nitevidnyh i plastinčatyh kristallov iz para. M.: Nauka, 1977.Небольсин В.А., Щетинин А.А. Рост нитевидных кристаллов. Воронеж: ВГУ, 2003.Nebol'sin V.А., Ŝetinin А.А. Rost nitevidnyh kristallov. Voronež: VGU, 2003.Небольсин В.А., Щетинин А.А. Роль поверхностной энергии при кристаллизации кремния по механизму пар-жидкость-кристалл // Неорган. матер. 2003. Т. 39, № 9. С. 899-903.Nebol'sin V.А., Ŝetinin А.А. Rol' poverhnostnoj ènergii pri kristallizacii kremniâ po mehanizmu par-židkost'-kristall // Neorgan. mater. 2003. T. 39, № 9. S. 899-903.Dubrovskii V.G., Cirlin G. E., Sibirev N. V. e.a. New Mode of Vapor-Liquid-Solid Nanowire Growth // Nano Lett. 2011. Vol. 11. P. 1247–1253.Dubrovskii V.G., Cirlin G. E., Sibirev N. V. e.a. New Mode of Vapor-Liquid-Solid Nanowire Growth // Nano Lett. 2011. Vol. 11. P. 1247–1253.Найдич Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах. Киев: Наукова думка, 1972.Najdič Û.V. Kontaktnye âvleniâ v metalličeskih rasplavah. Kiev: Naukova dumka, 1972.Гиваргизов Е.И. Роль адсорбционных слоев при эпитаксии пленок и нитевидных кристаллов. В кн.: Рост кристаллов. 1980. Т. 13. С. 27-33.Givargizov E.I. Rol' adsorbcionnyh sloev pri èpitaksii plenok i nitevidnyh kristallov. V kn.: Rost kristallov. 1980. T. 13. S. 27-33.Небольсин В.А., Щетинин А.А. Механизм квазиодномерного роста НК Si и GaP из газовой фазы // Неорган. матер. 2008. Т. 44, № 10. C. 1033–1040.Nebol'sin V.А., Ŝetinin А.А. Mehanizm kvaziodnomernogo rosta NK Si i GaP iz gazovoj fazy // Neorgan. mater. 2008. T. 44, № 10. C. 1033–1040.Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников. М.: Металлургия, 1988.Gorelik S.S., Daševskij M.Â. Materialovedenie poluprovodnikov. M.: Metallurgiâ, 1988.Schmidt V., Senz S., Gosele U. Diameter-dependent growth direction of epitaxial silicon nanowires // Nano Lett. 2005. Vol. 5. P. 931-935.Schmidt V., Senz S., Gosele U. Diameter-dependent growth direction of epitaxial silicon nanowires // Nano Lett. 2005. Vol. 5. P. 931-935.Kashchiev D. Nucleation: Basic Theory with Applications (Oxford, Butterworth Heinemann, 2000). http://www.ipc.bas.bg/PPages/Kash/Monograph.htm.Kashchiev D. Nucleation: Basic Theory with Applications (Oxford, Butterworth Heinemann, 2000). http://www.ipc.bas.bg/PPages/Kash/Monograph.htm.Wacaser B. Nanoscale Crystal Growth / Doctor. dissert. Lund University, Sweden, 2007.Wacaser B. Nanoscale Crystal Growth / Doctor. dissert. Lund University, Sweden, 2007.Loskiewicz W. High Temper-High Pressures // Przeg. Gom.-Hutn. 1929. Vol. 21. P. 583-611.Loskiewicz W. High Temper-High Pressures // Przeg. Gom.-Hutn. 1929. Vol. 21. P. 583-611.Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник в 3-х томах / Под ред. Н.П. Лякишева. Т. 1. М.: Машиностроение, 1996.Diagrammy sostoâniâ dvojnyh metalličeskih sistem. Spravočnik v 3-h tomah / Pod red. N.P. Lâkiševa. T. 1. M.: Mašinostroenie, 1996.Lensch-Falk J.L., Hemesath E.R., Perea D.E., Lauhon L.J. Show Affiliations Alternative catalysts for VSS growth of silicon and germanium nanowires // J. Mater. Chem. 2009. Vol. 19. P. 849-857.Lensch-Falk J.L., Hemesath E.R., Perea D.E., Lauhon L.J. Show Affiliations Alternative catalysts for VSS growth of silicon and germanium nanowires // J. Mater. Chem. 2009. Vol. 19. P. 849-857.Dick K.A., Deppert K., Martensson T., Mandl S., Samuelson L., Seifer W. Failure of the vapor–liquid– solid mechanism in Au-assisted MOVPE growth of InAs nanowires // Nano Lett. 2005. Vol. 5. P. 761-764.Dick K.A., Deppert K., Martensson T., Mandl S., Samuelson L., Seifer W. Failure of the vapor–liquid– solid mechanism in Au-assisted MOVPE growth of InAs nanowires // Nano Lett. 2005. Vol. 5. P. 761-764.Tchernycheva M., Travers L., Patriarche G., Glas F., Harmand J.C., Cirlin G.E., Dubrovskii V.G. Au-assisted molecular beam epitaxy of InAs nanowires: Growth and theoretical analysis // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 102. Р. 094313.Tchernycheva M., Travers L., Patriarche G., GlasPersson A.I., Larsson M.W., Stengstrom S., Ohlsson B.J., Samuelson L., Wallenberg L.R. Solid-phase diffusion mechanism for GaAs nanowire growth // Nature Mater. 2004. Vol. 3, No. 10. P. 677-681.F., Harmand J.C., Cirlin G.E., Dubrovskii V.G. Au-assisted molecular beam epitaxy of InAs nanowires: Growth and theoretical analysis // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 102. R. 094313.Дубровский В.Г., Цырлин Г.Э., Устинов В.М. Полупроводниковые нитевидные нанокристаллы: синтез, свойства, применения // Физика и техника полупроводников. 2009. T. 43, вып. 12. С. 1585-1628.Persson A.I., Larsson M.W., Stengstrom S., Ohlsson B.J., Samuelson L., Wallenberg L.R. Solid-phase diffusion mechanism for GaAs nanowire growth // Nature Mater. 2004. Vol. 3, No. 10. P. 677-681.Binary alloy phase diagrams, 2nd edn., ed. by T.B. Massalski // ASM Int. Metals Park, Ohto, 1990.Vol. 1. P. 369.Dubrovskij V.G., Cyrlin G.È., Ustinov V.M. Poluprovodnikovye nitevidnye nanokristally: sintez, svojstva, primeneniâ // Fizika i tehnika poluprovodnikov. 2009. T. 43, vyp. 12. S. 1585-1628.Wang Y., Schmidt V., Senz S., Gösele U. Epitaxial growth of silicon nanowires using an aluminium catalyst // Nature nanotechnology. 2006. Vol. 1, No. 3. P. 186-189.24 Binary alloy phase diagrams, 2nd edn., ed. by T.B. Massalski // ASM Int. Metals Park, Ohto, 1990.Vol. 1. P. 369.Wittemann J.V., Münchgesang W., Senz S., Schmidt V. Silver catalyzed ultrathin silicon nanowires grown by low-temperature chemical-vapor-deposition // J. of Appl. Phys. 2010. Vol. 107. P. 096105.Wang Y., Schmidt V., Senz S., Gösele U. Epitaxial growth of silicon nanowires using an aluminium catalyst // Nature nanotechnology. 2006. Vol. 1, No. 3. P. 186-189.Kamins T.I., Williams R.S., Basile D.P., Hesjedal, and Harris J.S. Ti-catalyzed Si nanowires by chemical vapor deposition: Microscopy and growth mechanisms // J. of. Appl. Phys. 2001. Vol. 89. P. 1008– 1016.Wittemann J.V., Münchgesang W., Senz S., Schmidt V. Silver catalyzed ultrathin silicon nanowires grown by low-temperature chemical-vapor-deposition // J. of Appl. Phys. 2010. Vol. 107. P. 096105.Небольсин В.А., Воробьев А.Ю. Роль поверхностной энергии при росте углеродных нанотрубок в процессе каталитического пиролиза ацетилена // Не-орган. матер. 2011. Т. 47, № 2. С. 168-172.Kamins T.I., Williams R.S., Basile D.P., Hesjedal, and Harris J.S. Ti-catalyzed Si nanowires by chemical vapor deposition: Microscopy and growth mechanisms // J. of. Appl. Phys. 2001. Vol. 89. P. 1008– 1016.Небольсин В.А., Щетинин А.А., Долгачев А.А., Корнеева В.В. Влияние природы металла-растворителя на скорость роста нитевидных кристаллов кремния // Неорган. матер. 2005. Т. 41, № 11. С. 1425-1428.Nebol'sin V.А., Vorob'ev А.Û. Rol' poverhnostnoj ènergii pri roste uglerodnyh nanotrubok v processe katalitičeskogo piroliza acetilena // Neorgan. mater. 2011. T. 47, № 2. S. 168-172.Nebol’sin V.A., Shmakova S.S. Effect of the Geometric Factor on the Growth of Silicon Micro- and Nanowhiskers // Inorg. Mater. 2014. Vol. 50, No. 1. P. 1–5.29 Nebol'sin V.А., Ŝetinin А.А., Dolgačev А.А., Korneeva V.V. Vliânie prirody metalla-rastvoritelâ na skorost' rosta nitevidnyh kristallov kremniâ // Neorgan. mater. 2005. T. 41, № 11. S. 1425-1428.Gladkikh N.T., Niedernayer R., Spieqel K. Nachweis großer Schmelzpunkt serniedrigungen bei dunen Metallschichten // Phys. Stat. Sol. 1966. Vol. 15, No. 1. P. 181-192.Nebol’sin V.A., Shmakova S.S. Effect of the Geometric Factor on the Growth of Silicon Micro- and Nanowhiskers // Inorg. Mater. 2014. Vol. 50, No. 1. P. 1–5.Глазов В.М., Земсков В.С. Физико-химические основы легирования полупроводников. М.: Наука, 1967.Gladkikh N.T., Niedernayer R., Spieqel K. Nachweis großer Schmelzpunkt serniedrigungen bei dunen Metallschichten // Phys. Stat. Sol. 1966. Vol. 15, No. 1. P. 181-192.Buffat P., Borel J.P. Size effect on the melting temperature of gold particles // Phys. Rev. A. 1976. Vol. 13. P. 2287-2298.Glazov V.M., Zemskov V.S. Fiziko-himičeskie osnovy legirovaniâ poluprovodnikov. M.: Nauka, 1967.Shtrikman H., Popovitz-Biro R., Kretinin A., Heiblum M. Stacking-Faults-Free Zinc Blende GaAs Nanowires // Nano Lett. 2009. Vol. 9, No. 1. P. 215-219.Buffat P., Borel J.P. Size effect on the melting temperature of gold particles // Phys. Rev. A. 1976. Vol. 13. P. 2287-2298.Лубов М.Н., Куликов Д.В., Трушин Ю.В. Кинетическая модель роста нитевидных нанокристаллов арсенида галлия // ЖТФ. 2010. Т. 80, Вып. 1. С. 85-91.Shtrikman H., Popovitz-Biro R., Kretinin A., Heiblum M. Stacking-Faults-Free Zinc Blende GaAs Nanowires // Nano Lett. 2009. Vol. 9, No. 1. P. 215-219.Harmand J.C., Patriarche G., P´er´e-Laperne N., M´erat-Combes M.-N., Travers L., Glas F. Analysis of vapor-liquid-solid mechanism for Au-assisted GaAs nanowire growth // Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 87. P. 203 101.Lubov M.N., Kulikov D.V., Trušin Û.V. Kinetičeskaâ model' rosta nitevidnyh nanokristallov arsenida galliâ // ŽTF. 2010. T. 80, Vyp. 1. S. 85-91.Горюнова Н.А. Сложные алмазоподобные полупроводники. М.: Советское радио, 1968.Harmand J.C., Patriarche G., P´er´e-Laperne N., M´erat-Combes M.-N., Travers L., Glas F. Analysis of vapor-liquid-solid mechanism for Au-assisted GaAs nanowire growth // Appl. Phys. Lett. 2005. Vol. 87. P. 203 101.Suyatin D.B., Jain V., Nebol’sin V.A., Trägårdh J., Messing M.E., Wagner J.B., Persson O., Timm R., Mikkelsen A., Maximov I., Samuelson L., Pettersson H. Strong Schottky barrier reduction at Au-catalyst/GaAsnanowire interfaces by electric dipole formation and Fermi-level unpinning // Nat. Commun. 2014. No. 5. P. 3221.Gorûnova N.А. Složnye almazopodobnye poluprovodniki. M.: Sovetskoe radio, 1968.Glas F., Harmand J.C., Patriarche J. Why does wurtzite form in nanowires of III-V zinc-blende semiconductors // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 99. P. 146101.Suyatin D.B., Jain V., Nebol’sin V.A., Trägårdh J., Messing M.E., Wagner J.B., Persson O., Timm R., Mikkelsen A., Maximov I., Samuelson L., Pettersson H. Strong Schottky barrier reduction at Au-catalyst/GaAsnanowire interfaces by electric dipole formation and Fermi-level unpinning // Nat. Commun. 2014. No. 5. P. 3221.Dubrovskii V.G., Physical consequences of the equivalence of conditions for steady-state growth of nanowires and the nucleation on triple phase line // Tech. Phys. Lett. 2011. Vol. 37, No. 1. P. 53-57.Glas F., Harmand J.C., Patriarche J. Why does wurtzite form in nanowires of III-V zinc-blende semiconductors // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 99. P. 146101.Dubrovskii V.G., Physical consequences of the equivalence of conditions for steady-state growth of nanowires and the nucleation on triple phase line // Tech. Phys. Lett. 2011. Vol. 37, No. 1. P. 53-57.Dubrovskii V.G., Physical consequences of the equivalence of conditions for steady-state growth of nanowires and the nucleation on triple phase line // Tech. Phys. Lett. 2011. Vol. 37, No. 1. P. 53-57.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.