ЭМ (Раздаточные материалы от преподавателя), страница 5

Так, значение I s для нанокристаллического Fe ( L = 6 нм) на 40 % ниже.Суперпарамагнетизм проявляется для наночастиц (нанокристаллов) ферро-, ферри- и антиферромагнетиков в случаях, когдаэнергия тепловых флуктуаций становится сравнимой с энергиейповорота магнитного момента частиц. В табл. 1.5 схематично показано изменение характеристик различных ферроиков под влиянием соответствующих полей с учетом дисперсности.Коэрцитивная сила H c различных магнитомягких материаловнемонотонно зависит от размера кристаллитов.

До 40–70 нм онавозрастает. В области 40–70 нм имеет плоский максимум, а затемубывает при дальнейшем уменьшении размера кристаллитов. Вообще оптимальные характеристики ( min H c , max магнитной проницаемости μ = B H и индукции насыщения Bs ) магнитомягкихматериалов реализуются при размере кристаллитов менее 20 нм.Конспект лекций27Таблица 1.5В л ия н и е разм ер ного фа ктора на хар а к тер ис т и к иферрома г не тико в, се гнетоэ ле к тр и ко в и се г не т оэла сто в [57]Размеркристаллитов,нм1000ФерромагнетикиСегнетоэлектрикиСегнетоэластикиМногодоменнаяструктураМногодоменнаяструктураМногодоменнаяструктураОднодоменнаяструктураОднодоменнаяструктура10εНЕσСуперпарамагнетикСуперпарамагнетикСуперпарамагнетикεРМПарамагнетикПарамагнетикПарамагнетикεРМНσЕН1ОднодоменнаяструктураРМσЕН100εРМЕσГигантским магнитно-резистивным эффектом обладают многослойные пленки (сверхрешетки), состоящие из чередующихся нанослоев ферромагнитного и немагнитного материалов (Fe / Cr, Co / Cu,28Электронная микроскопияNi / Ag и др.), а также порошковых нанокомпозиций такого состава.При приложении магнитного поля к этим наноструктурам наблюдается значительное уменьшение электросопротивления по сравнениюс однородными аналогичными материалами.

Также для магнитныхсверхрешеток и магнитотвердых материалов при уменьшении толщины пленок и размеров кристаллитов может наблюдаться переходв суперпарамагнитное состояние, сопровождаемое нарушением магнитного порядка (снижением магнитных характеристик).У антиферромагнетиков типа CuO и NiO в наносостоянии зависимость намагниченности от приложенного магнитного поля имеет характерный для ферромагнетиков вид, т. е. обнаруживаютсягистерезисные свойства.Помимо этого магнитным материалам присущ магнитокалорический эффект, состоящий в упорядочивании магнитных спиноввнедренных магнитных частиц в структуру немагнитной или слабомагнитной матрицы вдоль направления приложенного магнитного поля.Увеличение твердости и прочности наноматериалов, измененияпластичности, упругих характеристик, стабильности, каталитических и диффузных свойств известно и изучается в настоящее время.

Эти особенности также можно использовать при созданииэлементов приборных устройств.1.1.3. ПРИМЕНЕНИЕ НАНОСТРУКТУР ДЛЯ СОЗДАНИЯЭЛЕМЕНТОВ ПРИБОРНЫХ УСТРОЙСТВПереход к новым методам производства, особенно коренной переход к созданию изделий «снизу вверх» с помощью поатомной илипомолекулярной сборки, возможен в течение ближайших десятилетий.

Однако в данном случае речь идет о ближайшей перспективеиспользования тех или иных наноматериалов или наноструктур.Основных направлений для электроники видится три – конструкционное (улучшение прочностных характеристик несущих конструкций, корпусных и других элементов), функциональное (улучшениеиспользуемых и применение новых свойств силами нанотехнологии) и комбинированный подход. Уже сейчас наноразмерные покрытия и наночастицы используются для увеличения прочностныххарактеристик материалов в разы и на порядки; известны фильтрационные, каталитические, абсорбционные свойства нанопористыхКонспект лекций29материалов: наночастицы (Co, Ni), нанокристаллические железныепленки (ZrN, AlN), сверхрешетки типа Nb / Fe, Nb / Ge; ультрадисперсные порошки обладают уникальными магнитными свойствами.Проволочные нанокомпозиты (типа Cu-Nb), проводящие наноструктурные пленки TiN, TiB2, наночастицы металлов в полимерах,использование нанотрубок позволяют улучшать одновременно характеристики электроповодности и прочности.

Термоэлектрическиенаноматериалы (сверхрешетки на основе квантовых точек PbSeTe,квантовых проволок SiGe и квантовых стенок PbTe/Pb1− x Eu x Te)благодаря высоким параметрам добротности считаются перспективными для систем преобразования солнечной энергии и криотехники. Материалы с высокой диэлектрический проницаемостью(сегнетоэлектрики на основе Pb(Ti, Zr)O3) применяются в качествемногослойных конденсаторов, термисторов, варисторов, элементовпамяти, чувствительных датчиков и др. Наноструктуры – металлдиэлектрик-полупроводник – являются основными базовыми элементами ИС.

Переход к нанополупроводникам сопровождаетсясдвигом спектров люминесценции в коротковолновую область, увеличением ширины запрещенной зоны, что находит важные технические приложения. Монокристаллические частицы в полимерныхматрицах рассматриваются как возможные светодиоды и оптические переключатели, а также сенсоры.

Применение гетероструктурс квантовыми ямами и сверхрешетками типа AlGaAs / GaAs в полупроводниковых лазерах позволяет снизить пороговые токии использовать более короткие волны излучения, что повышаетбыстродействие, снижает энергопотребление оптоволоконныхсистем. Нанопроводники и особенно нанотрубки являются самыми перспективными для создания эмиттеров, транзисторов и переключателей нового поколения [32, 47, 55, 69].

Наконец, наноэлектромеханические системы позволят связать макро- и наномиры со всей совокупностью электронных устройств. Сфераприменения НЭМС – суперминиатюрные сенсоры, электромоторы, преобразователи, датчики, вентили, клапаны, конденсаторы,резонаторы, генераторы и др. Сообщается, что измерение перемещений на уровне тысячных долей нанометра возможно с помощью НЭМС на основе датчика из GaAs (3000 × 250 × 200 нм)в совокупности с одноэлектронным транзистором [27]. Большойинтерес представляют и различные комбинированные подходы.Информация о применении наноструктур приведена в табл. 1.6.30Электронная микроскопияТаблица 1.6На но с тр ук т ур ы в э лем е н та х пр и бор ны х ус тро й ст вНаноразмерныематериалы(структуры)Размер,нмМетодыполучения123Кристаллическиеструктуры силицидов, оксидов, нитридов, карбидов Ni,Cr, Mn, Ti, Pt, Pd,Mo, WОко- Ионная модило фикация (ион70 ный синтез)Применение в качестве элементовприборных устройств45Транзисторыс Ме-базой, захороненные коллекторные контактыВысокаяв скоростных бипоскоростьлярных транзисторах, системы межсоединений в скоростных ИС, СБИСГетероструктуры(InAs / GaAs, Ge / Si,CdSe / ZnSe,CdTe / ZnTe) с имплантированнымиквантовыми точками1–20*Нанокомпозиты(наноразмерныесегнетоэлектрикиЦТС, SrBi2Ta2O9)Магнетронноенапыление,лазерная абляция, химиче10–ское осаждение100из газовой фазы (MOCVD),золь-гель методНанокерамикаПьезоэлементы,пьезодатчики, диэлектрики, полуСпекание непроводники, про1–металлических водники, магнит100нанопорошков ные, оптическиеэлементы, конструкционные корпусные элементыМЛЭ, осаждение из жидкостной, газовойфазыПреимуществаЭнергонезависимаяпамять, фотоэмиттеры, фотоприемники, туннельнорезонансные диоды, оптоволоконные системыНизкое энергопотребление, высокаястабильность, скоростьЭнергонезависимаяи динамическая память, конденсаторы, устройства наПАВ, микроаттенюаторы, датчики,оптические процессоры, световоды,линии задержки,умножители частоты и др.Высокая скорость, высокое напряжение пробоя,низкие потери, спец.свойстваМногообразие свойств,доступностьсырья, экономичныетехнологии,экологичностьКонспект лекций31Продолжение табл.

1.61Нанопористыематериалы21–100Сверхпроводники:пленки10–Y1B2C3O7(YBCO),100Zr(Y)O2,(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10(BPSCCO)3Гидротермальный синтез,золь-гель процессы, электрохимическиеметоды, обработка хлоромкарбидных материалов, создание НПМ наоснове ДНКЛазерное осаждение,MOCVD, магнетронное распыление, аэрозольное осаждениеСелективноетравлениес использованием химических, электрохимических,плазменных,комбинированных методов, термоадгезионное, термоэлектростимулированноесращиваниеНЭМС (Si, SiC,Al2O3, SiO2 и т. п.)10–100НаночастицыИспарениеи конденсация,высокоэнергетическое разрушение (из1– мельчение, де100 тонационнаяобработка,электр. взрыв),синтез, термическое разложение45Эффективные каталиПромежуточныеструктуры в техно- тическиелогическом процес- процессы,возможностьсе изготовленияселективнойнаноэлектронныхизделий, мультика- фильтрации,тализаторы; источ- фотокаталиники энергии, сен- тическиесвойства,сорыадсорбцияДатчики магнитного и ИК-излучений,Экономичбыстродействуюность, быстщие цифровыеродействиеи аналоговые элементыНанодатчики, активные и пассивные элементы ИСс улучшеннымихарактеристиками,трехмерные ИС,оптические системы, системы управления и обработкиинформации, лаборатории на чипе,СВЧ-приборыПомехозащищенность,уменьшениепаразитныхнаводок, надежностьp–n-переходовИмплантацияи комбинированиес другими структурамиУлучшениесвойствструктур приимплантации32Электронная микроскопияОкончание табл.

1.612Нанопроводникии нанотрубки3Зондовые методики, химическое и физическое осаждение из газовой1–30 фазы, электродуговой разряд, термообработка углеродсодержащих структур45Сенсоры, эмиттеры,транзисторы, переключатели, элементы памяти, оченьширокий круг применения нанотрубокВысокиепрочностныеи электрические проводящие, полупроводниковые и диэлектрическиесвойстваП р и ме ч а н и е . * Например, кластеры с возможностью реализации квантоворазмерных эффектов реализуются только при нанесении слоев толщиной менее10 монослоев Ge (3–7) [28].1.2. ВВЕДЕНИЕВ ЭЛЕКТРОННУЮ МИКРОСКОПИЮ1.2.1.