| Data: |
2020 |
| Resum: |
Els nanofils de semiconductors binaris i els seus aliatges tenen característiques per superar les tecnologies convencionals basades en semiconductors ja que presenten propietats millorades comparades amb els seus equivalents macro o microscopics. Això va intrinsecament acompanyat d'una reducció del consum dels materials emprats i la possibilitat de crear dispositius més eficients. Per aquesta raó són candidats excepcionals per millorar l'electrònica i l'optoelèctronica convencionals. Recentment s'han proposat inclús com a base per canviar el panorama de les ciències computacionals cap al nou paradigma de la computació quàntica topològica. La tècnica principal pel creixement de nanofils durant els últims 50 anys ha sigut el mecanisme vapor-líquid-sòlid (VLS). Des que es va proposar al 1964, els incomptables esforços en entendre els mecanismes de creixement han permès un control precís dels paràmetres macroscòpics que condueixen a la formació de nanofils. No obstant, diversos factors com la formació espontània de defectes i l'escasa escalabilitat encara limiten la seva incorporació a tecnologies funcionals. Diverses estratègies revolucionàries de creixement s'han estat desenvolupant els últims anys amb el propòsit de superar aquestes limitacions. Aquestes estratègies inclouen la iinversió de la direcció típica de creixement per prevenir la formació espontània de defectes i el politipisme, el que permet el creixement de nanofils monocristal·lins. Igualment, el creixement VLS es pot guiar horitzontalment al llarg de direccions específiques del substrat, cosa que permet la creació de nanofils autoensamblats ordenadament, els quals habiliten la seva manipulació en paral·lel. Finalment, però no menys important, es poden crear patrons nanomètrics predissenyats al substrat on crèixer nanofils en forma de xarxes escalables. Aquesta metodologia es coneix com a creixement d'àrea selectiva. Donats els requeriments de precisió i reproducibilitat de les tecnologies actuals, el dipòsit de material s'ha de controlar a nivell atòmic, especialment quan el creixement s'expandeix a sistemes heterostructurats. En aquest sentit, la microscòpia electrònica de transmissió i les seves espectroscòpies associades són les tècniques idònies per estudiar els mecanismes de creixement a escala atòmica. Amb aquest objectiu, la present tesi doctoral proporciona una investigació atomística basada en microscòpia electrònica de transmissió dels mecanismes de creixement de nanofils en aquestes noves estratègies, tot correlacionant l'estructura cristal·lina de les nanoestructures creades amb les seves propietats (opto)electròniques i quàntiques. |
| Resum: |
Los nanohilos de semiconductores binarios i sus aleaciones tienen características para superar las tecnologías convencionales basadas en semiconductores ya que presentan propiedades mejoradas en comparación con sus equivalentes macro o microscópicos. Esto va intrínsecamente acompañado de una reducción del consumo de los materiales utilizados y la posibilidad de crear dispositivos más eficientes. Por este motivo son candidatos excepcionales para mejorar la electrónica y la optoelectrónica convencionales. Recientemente se han propuesto incluso como base para cambiar el panorama de las ciencias computacionales hacia el nuevo paradigma de la computación cuántica topológica. La técnica principal para el crecimiento de nanohilos durante los últimos 50 años ha sido el mecanismo vapor-líquido-sólido (VLS). Desde su propuesta en el 1964, los incontables esfuerzos en entender los mecanismos de crecimiento han permitido un control preciso de los parámetros macroscópicos que conducen a la formación de nanohilos. No obstante, varios factores como la formación espontánea de defectos y la escasa escalabilidad limitan aún su incorporación en tecnologías funcionales. Varias estrategias revolucionarias de crecimiento se han propuesto en los últimos años con el fin de superar estas limitaciones. Dichas estrategias incluyen la inversión de la dirección típica de crecimiento para prevenir la formación espontánea de defectos y el politipismo, dando lugar al crecimiento de nanohilos monocristalinos. Del mismo modo, el crecimiento VLS se puede guiar horizontalmente a lo largo de direcciones específicas del substrato, lo que permite la creación de nanohilos autoensamblados ordenadamente que habilitan su manipulación en paralelo. Finalmente, pero no menos importante, pueden crearse patrones nanométricos prediseñados en el substrato donde crecer nanohilos en forma de redes escalables. Esta metodología se conoce como crecimiento de área selectiva. Dados los requisitos de precisión y reproducibilidad de las tecnologías actuales, el depósito de material se debe controlar a nivel atómico, especialmente cuando el crecimiento se expande a sistemas heteroestructurados. En este sentido, la microscopía electrónica de transmisión y sus espectroscopías asociadas son las técnicas idóneas para estudiar los mecanismos de crecimiento a escala atómica. Con este fin, la presente tesis doctoral proporciona una investigación atomística basada en microscopía electrónica de transmisión de los mecanismos de crecimiento de nanohilos mediante estas nuevas estrategias, incluyendo una correlación de la estructura cristalina de las nanoestructuras creadas con sus propiedades (opto)electrónicas y cuánticas. |
| Resum: |
Nanowires based on binary semiconductors and their alloys have a great potential to overcome conventional semiconductor technologies. They present enhanced properties with respect to their bulk counterparts, which goes accompanied with a reduction of materials consumption and higher efficiencies. For this reason, they are outstanding candidates for overcoming conventional electronics and optoelectronics. Recently, they have even been proposed as a basis for shifting computational sciences into the new paradigm of topological quantum computing. The vapor-liquid-solid (VLS) growth method has been the main technique for growing semiconductor nanowires over the last 50 years. Since it was proposed in 1964, the efforts in understanding the growth mechanisms have led to a deep control of the macroscopic parameters driving nanowire formation. Nonetheless, several factors as spontaneous defect formation and scalability are still limiting their incorporation into functional technologies. With this aim, several new growth strategies have been developed in the last years. Such strategies include reverting the typical growth direction for prevention of spontaneous defect formation and polytypism, enabling single crystal nanowire growth. Likewise, guiding the typical VLS growth in specific substrate directions permits the creation of self-assembled horizontal arrays for parallel nanowire engineering. Last but not least, nanopatterning of the substrates allows the design of predefined nanowire networks in the highly scalable selected area growth approach. Given the actual technological requirements, the material deposition has to be controlled down to the atomic level, specially when expanding the growth to heterostructured systems. In this regard, (Scanning) Transmission Electron Microscopy and its related spectroscopies are the most suitable techniques to study the growth mechanisms and crystal structure at the atomic scale. With this purpose, the present PhD dissertation provides a (S)TEM-based atomistic investigation of the nanowire growth mechanisms in such revolutionary growth approaches, all correlating the crystalline structure and local composition of the formed nanostructures with their (opto)electronic and quantum properties. |
| Drets: |
Tots els drets reservats.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Col·lecció: |
Programa de Doctorat en Ciència de Materials |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Nanofils ;
Nanohilos ;
Nanowires ;
Semiconductors ;
Semiconductores ;
Microscopia electrònica ;
Microscopía electrónica ;
Electron microscopy ;
Ciències Experimentals |
visitant ::
identificació
