Введение к работе
ptvCZl О(
Актуальность работы
Задача уменьшения линейных размеров используемых элементов -одна из основных в микросистемной технике. Создание элементов устройств с характерными размерами порядка единиц и десятков нанометров требует от разработчиков применение новых материалов и технологий. Однако остается не решенными ряд технологических проблем: перегрев микросхем, увеличение вклада в временные задержки межсоединений и т.д. Дальнейшие повышение быстродействия микросхем (вплоть до терагерц) может быть связанно не только с уменьшением линейных размеров элементов, но также с использованием новых механизмов транспорта носителя заряда в структурах. Ежегодно растет число публикаций, в которых заявляется, что на смену кремневой электронике придет металлическая, полимерная или углеродная электроника. Уменьшение размеров интегральных схем приводит к увеличению скорости работы элементов электроники, уменьшению потребления энергии и себестоимости изготовления.
В настоящее время активно исследуются типы приборов на основе одномерных (квазиодномерных) проводников, обладающие очень малыми поперечными размерами структур. Нанопроводники можно различать по технологическим приемам и методам их создания, а также принципам их работы. Можно выделить четыре вида нанопроводов: металлические наносужения, нанотрубки, молекулярные провода, проволоки в гетероструктурах. Каждый из данных проводников имеет свои достоинства и недостатки.
В последние годы развивается направление, основанное на создании и использовании металлических наносужений (квазиодномерные проводники) в качестве активных и пассивных элементов электроники. Свойства данного вида нанопроводников необычны и во многом уникальны. В зарубежных публикациях постоянно появляются работы, связанные с обнаружением новых свойств или созданием уникальных приборов на основе тех или иных видов металлических наносужений. В области электроники ведутся работы по созданию замещающих элементов и аналогов диодов на их основе.
За последние десять лет были развиты технологические приемы создания нанопроводов и наносужений с поперечным диаметром канала до 1 нм. Основным методом создания тонких перемычек в
3' -:.]
металлических проводах стало использование сканирующих туннельных микроскопов. При этом канал формировался вертикально между иглой микроскопа и подложкой (или другой иглой). Недостатком данного типа формирования является невоспроизводимость результатов, а также невозможность реализации третьего электрода затвора, и проблемы при интеграции в более сложные структуры. Решением проблемы стало использование кантилеверов сканирующих атомно-силовых микроскопов, позволяющих модифицировать поверхность планарных структур, в том числе и тонких пленок, на поверхности подложек.
Развитие индустриальной субмикронной технологии на основе новых материалов, станет возможным только после скрупулезной отработки методов получения структур и рабочих элементов в лабораторных условиях. Поэтому необходимость разработки надежной и воспроизводимой технологии формирования подобных элементов, всестороннего изучения параметров функционирования, а также усовершенствования методов зондовой микроскопии для исследования объектов наноэлектроники при решении более широкого круга задач определяет актуальность данной диссертационной работы.
Цель работы и задачи
Целью диссертационной работы являлась разработка методик формирования планарных элементов наноэлектроники на основе металлических и углеродных квазиодномерных нанопроводов, исследование их электрофизических свойств и создание макетов функциональных устройств на их основе. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
S исследовать особенности функционирования квазиодномерных нанопроводников;
S разработать метод формирования металлических и углеродных нанопроводников на основе локального анодного окисления (ЛАО) в атомно-силовом микроскопе (АСМ);
S исследовать электрические свойства наносужений, созданных из различных материалов;
S разработать технологический маршрут формирования структур для исследования электрофизических свойств квазиодномерного проводника;
S исследовать проводимость и полевой эффект в структурах на основе квазиодномерных металлических проводников;
S провести анализ механизмов электропроводности в квазиодномерном канале.
Научная новизна работы
S Доказана возможность создания квазиодномерных проводников из различных анодируемых металлических и углеродных пленок, проводимость которых управляется внешним поперечным электрическим полем при комнатных температурах.
S Найдены зависимости размеров толщины и ширины каналов, полученных ЛАО в атомно-силовом микроскопе, от материала кантилеверов, относительной влажности воздуха и от силы электростатического взаимодействия в системе зовд-адсорбат-анодоокисляемый металл.
Предложена методика определения толщины адсорбата воздуха на поверхности различных пленок.
Установлены закономерности модуляции проводимости планарных структур на основе квазиодномерных проводников.
Достоверность научных положений, результатов и выводов
Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями и экспериментальными результатами других авторов.
Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении закономерностей проводимости планарных структур на основе металлических квазиодномерных проводников. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории электронного транспорта элементов на основе металлических проводников.
Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные результаты могут быть применены в процессе создания новой элементной базы наноэлектроники. Кроме того, результаты исследования используются в преподавании курсов «Основы зондовой микроскопии» и «Основы зондовых нанотехнологий».
Основные научные положения, выносимые на зашиту
1. Метод локального анодного окисления может использоваться для создания квазиодномерных элементов, проводимость которых управляется внешним поперечным электрическим полем при комнатных температурах.
-
Закономерности формирования квазиодномерных проводников методом ЛАО от материала кантилеверов, относительной влажности воздуха и от силы электростатического взаимодействия в системе зонд-адсорбат-анодируемый металл.
-
Закономерности модуляции проводимости квазиодномерных проводников во внешнем поперечном электрическом поле.
-
Методика определения толщины адсорбата воздуха на поверхности подложек из различных материалов.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 5 статей, в том числе в журналах:
"Известия вузов, Электроника" - 3,
"Микросистемная техника" -1,
"Society of photo-optical instrumentation engineers (SPIE)" - 1.
Личный вклад автора
В основу диссертации легли результаты исследований, выполненных автором на кафедре «Квантовой физики и наноэлектроникго) и в учебно-научном центре зондовой микроскопии и нанотехнологий Московского государственного института электронной техники.
Апробаиия работы
Материалы диссертации были представлены на следующих конференциях, семинарах и конкурсах работ:
S IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика » (Москва, 2002);
S X всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2003);
S VII всероссийское Совещание-семинар «Инженерно-физические проблемы новой техники» (Москва, 2003);
S International conference "Місго-and nanoelectronics". (Moscov-Zvenigorod, Russia, 2003);
S IV Международная научная конференция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологий» (Кисловодск, 2004);
S IX Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог, 2004);
S XI всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2004).
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы. Диссертация изложена на 102 страницах, из которых 94 составляет основной текст работы, включает 39 рисунков и 3 таблиц. Список литературы содержит 78 источников, включая 12 работы с участием автора.
