Двухстадийная конверсия кремния в наноструктурированный углерод методом согласованного замещения атомов

Рассмотрен принципиально новый метод получения эпитаксиальных слоев наноструктурированного углерода на кремниевых подложках. Эпитаксиальный рост в случае, казалось бы, несовместимых решеток достигается за счет конверсии кристалла методом согласованного замещения атомов, при котором не разрушается общая структура связей между атомами. На первой стадии конверсии первая половина атомов кремния Si согласованно замещается на атомы углерода C за счет реакции Si с газом CO, при этом получается эпитаксиальный слой кубического карбида кремния SiC-3C. На второй стадии конверсии оставшаяся половина атомов Si согласованно замещается на атомы C за счет реакции SiC с газом CF$_{4}$. В зависимости от ориентации поверхности кремния, давления газа-реагента, температуры и времени роста, получаются углеродные структуры с различными свойствами, от наноалмазов до нанотрубок и луковичного углерода. Ключевой особенностью данного метода является то, что подложка упорядочивает образующиеся структуры, используя исходные химические связи между атомами в кремнии. Термин “согласованно” означает, что новые химические связи образуются одновременно и согласованно с уничтожением старых связей. Представлены данные по дифракции электронов и анализу рамановских и эллипсометрических спектров полученных образцов наноструктурированного углерода на кремниевых подложках. Обсуждаются два конкурирующих механизма роста.