Cтепаненко - Основы микроэлектроники (Основы Микроэлектроники (книга)), страница 87

3.2„а показана типичная вольтамперная характеристика, снятая для некоторого образца при постоянной величине зазора. При энергии электронов, меньшей энергии тепловых колебаний атомов материала подложки (порядка 25 мэВ), можно исследовать атомарную структуру поверхности подложки, не разрушая ее.

При энергиях, равных или несколько больших энергии межатомных связей атомов поверхности подложки, на вольтамперной характеристике появляются различные нелинейности, позволяющие снять туннельную спектрограмму подложки и определить ее химический состав. При энергии пучка, равной энергии межатомных связей, можно «возбудить» отдельный атом, находящийся на поверхности, «оторвать» его от нее и «перенести», перемещая подложку, в некоторое новое положение. Снижая энергию возбуждения, можно «пришить» этот перемещенный атом к поверхности в новом положении (рис. 3.2, б).

Если в активную область установки ввести молекулы технологического газа (рис. 3.2„в), то под действием сильного электрического поля эти молекулы прежде всего ионизируются и далее на поверхность подложки можно осадить необходимый атом, выбранный таким образом, чтобы он образовал с атомами подложки прочно соединенный радикал. Наращивая осажденные атомы и перемещая подложку, можно вырастить на ней прочно закрепленные дорожки проводников или отдельные группы атомов с поперечными размерами атомарной величины (порядка 20 А). Такие проводники и группы атомов можно назвать квантовыми проводниками и квантовыми точками.

Заключение 486 Зонд Злектричес поле ребуемсе жение тома Е,эв а) б) Молекулы траващего Молекула технологического газа Зонд Зонд газа 8 Удаленный Продукты реакции Осажденны е) Рнс. 3.2, Основные нанотехнологические операции: а — зависимость туннельного тока от свойств материала подложки и энергии электронов, б — фиксация и перемещение атомов; э — осаждение атомов из окружающего зонд газа; з — травление подложки, д — пример нанотехнологической структуры — полевой транзистор Напуская в технологический объем газы-травители (рис. 3.2, г), можно обеспечить активацию химических реакций «захвата» и удаления с поверхности некоторых атомов, создавая «канавки» нанометровых размеров. Перепективы реэвитил микроэлектроиики На рис. 3.2, д в качестве примера реализации некоторых нанотехнологических операций приведена туннельно-микроскопическая фотография полевого транзистора.

Если на управляющем электроде (затворе), расположенном на фотографии справа, отсутствует заряд, то по левому проводнику ток может проходить беспрепятственно — транзистор открыт. Если на затвор подать запирающее напряжение„то поле перекрывает канал, и транзистор оказывается закрытым. Чрезвычайно важно отметить, что при поперечных размерах квантовых проводников порядка 20 А в них за счет поперечного квантования электронов значительно уменьшается рассеяние энергии и, следовательно, резко повышается быстродействие. При размерах полевого транзистора, приведенного на рис. 3.2, д, его быстродействие лежит в терагерцовом диапазоне. Отметим еще одну принципиальную особенность отечественной нанотехнологической установки.

С ее помощью можно наращивать на подложке не только продольные квантовые проводники, но и последовательно формировать трехмерные элементы. Это открывает практически неограниченные возможности разрешения проблемы «тирании» проводников. На основе трехмерных связей могут быть реализованы не только апробированные в микроэлектронике элементы, но и весьма экзотические нейристорные структуры. Магистральным путем решения проблемы повышения производительности однозондовых нанотехнологических установок является создание многозондовых машин.

По оценкам специалистов уже к 2005 году удастся разработать установки„ обеспечивающие сборку атомов со скоростью один кубический дециметр вещества в час при стоимости не выше одного доллара. Формирование электрических сигналов с временем фронта 10 ы с и распространение их по двухпроводным нанопроводникам, являющимся, по существу, металло-оптическими волноводами, обеспечивает реальную интеграцию в единой среде всей гаммы электронных и оптоэлектронных схем. Высокая степень интеграции наноэлектро~ных структур, быстродействие, трехмерная сборка элементов и уменьшенное з~ергорассеяние закладывают фундамент для приоритетного развития на их основе быстродействующих устройств обработ- 4ВВ Зевлеечевве ки информации. В частности, уже в ближайшие годы могут быть промышленно реализованы элементы памяти со сверхвысокой плотностью (10~в бит!смв) записи информации, что в тысячи раз превосходит плотность записи на традиционных лазерных дисках.

Учитывая резкий рост публикаций по нанотехнологиям, структурам и приборам и широчайший характер практических направлений исследований, можно с уверенностью сказать, что одним из ближайшим продолжений развития микроэлектроники является наноэлектроника.

Нанотехнология обеспечивает не только успехи в развитии элементной базы информационного приборостроения. Уже в настоящее время нанотехнологические разработки используются в медицине, робототехнике, машиностроении, атомной энергетике, оборонных системах и многих других областях. Не случайно в подавляющем большинстве развитых стран огромное внимание уделяется поддержке национальных программ по нанотехнологиям.

Начало ХХ1 века будет характеризоваться бурным развитием нанотехнологий вообще и наноэлектроники в частности. 1. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. М.: Сов. Радио, 1980. 2. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. Мл Высшая школа, 1991. 3. Зи С. Физика полупроводниковых приборов.

Т.1,2. М.: Мир, 1984. 4. Огоче А.Я. РЬув1св апб ТесЬпо1ояу о1 Яеш1сопйпсФог Печ1сев. доЬп еЧь1еу й Яопв, Хечг Уота, 1967. .