Автореферат (Исследование электронного транспорта в планарных наноструктурах молекулярного масштаба), страница 2

Определение внешних условий и параметров контролируемого разрывананопровода и получения нанозазора для обеспечения статистическойдостоверности результатов эксперимента и возможности дальнейшегоиспользования таких нанозазоров при построении наносистем молекулярногомасштаба.5. Исследование свойств поверхности тонких металлических пленок иисследование способов закрепления малых (менее 5 нм) наночастиц наповерхности таких пленок. Разработка экспериментальной методики размещенияодиночных молекул или малых наночастиц в получаемых нанозазорах.6. Исследование электронного транспорта при комнатной температуре черезнаноструктуры на основе одиночных молекул/наночастиц и выявление егоособенностей.Научная новизна исследования определяется тем, что в работе впервыебыло продемонстрировано следующее:1.

Разработанановаялабораторнаятехнологияизготовленияинтегрированной трехэлектродной системы, состоящей из узких (50 нм) и тонких(15 нм) электродов исток-сток с расстоянием менее 5 нм между ними,изолированных от электрода управления диэлектрическим слоем толщиной менее10 нм.2. Спроектирована и создана автоматизированная установка, позволяющаяпроводить процесс электромиграцииконтролируемым образом, а такжепроводить измерения образцов с сопротивлениями более 10 ГОм.3. Предложен и реализован алгоритмконтролируемого проведенияпроцесса электромиграции золотых нанопроводов, пригодный для изготовлениястатистическизначимыхколичеств(~100единиц)образцовспроизводительностью 1 образец/час.4.

Определен диапазон оптимальных параметров для стабильного получениянанозазоров с размером менее 5 нм в тонких нанопроводах с выходом годныхобразцов более 75 %.5. Предложена и разработана методика размещения и закрепления малых (2- 3 нм) наночастиц золота в нанозазорах.6. Совместное применение всех упомянутых выше методик позволилополучить лабораторные макеты планарных нанотранзисторов на основе6одиночных наночастиц золота диаметром около 3 нм, помещенных в нанозазорысток-исток размером менее 5 нм.7.

Продемонстрирован одноэлектронный транспорт электронов визготовленныхмакетахпланарныхнанотранзисторов(наноструктурахнаноэлектрод-золотая наночастица-наноэлектрод (размер наночастицы 2 - 3 нм))при комнатной температуре.Практическая значимость результатов исследования заключается в том,что предложен способ создания многослойных планарных наноэлектродов,образующих исток, сток и затвор одноэлектронного транзистора, допускающихразмещение наночастицы или молекулы размером 2-3 нм в зазоре менее 5 нммежду истоком и стоком транзистора.Созданныенаноструктурыпозволяютисследоватьуправляемыйэлектронный транспорт через малые наночастицы и даже через одиночныемолекулы.

Предложенный способ пригоден для создания прототипов цифровых ианалоговых устройств нового поколения. Использование современных методовэлектронной литографии высокого разрешения и стандартных для электроннойпромышленности методик изготовления наноструктур дает возможностьпромышленного изготовления подобных элементов наноэлектроники.Разработанный алгоритм проведения электромиграции для получения зазорамежду электродами истока и стока транзистора является полностьюавтоматизированным и позволяет получать большой выход годных образцов(более 75%), что также немаловажно для практического применения.Разработанная методика осаждения наночастиц с диаметром 2-3 нм в зазор междуистоком и стоком открывает новые возможности к построению на их основеразличных устройств: планарных одноэлектронных схем, чувствительныхбиосенсоров и блоков памяти сверхвысокой емкости.Положения, выносимые на защиту:1.

Созданная лабораторная методика позволяет получать и изучатьнаноструктуры на основе одиночных молекул/наночастиц предельно малыхразмеров (2-3 нм).2. Изготовленные многослойные системы планарных металлическихнаноэлектродов, изолированных друг от друга, с нанозазорами сток-исток менее 5нм пригодны для создания одноэлектронного транзистора.73.

Разработанная методика размещения и закрепления малых наночастицзолота (2-3 нм) в нанозазоре между электродами позволяет получатьлабораторные макеты одноэлектроных транзисторов.4. Разработанная экспериментальная установка и методика измеренийпригодна для исследования электронного транспорта через наночастицы имолекулы и позволяет измерятьэлектрические характеристики созданныхустройств с высокой чувствительностью (входное сопротивление 100 ГОм, времяреакции менее 20 мкс, контроль тока на уровне 100 фА).5. Разработанный алгоритм и подобранные параметры проведенияуправляемого процесса разрыва тонкопленочного нанопровода для получения внем нанозазора (менее 5 нм) с выходом годных образцов более 75% пригодны дляформирования одноэлектронного транзистора.6.

Измеренныехарактеристики транспорта электронов черезизготовленные наноструктуры на основе одиночных наночастиц демонстрируютодноэлектронный транспорт при комнатной температуре 300 К.Достоверность полученных результатовв работе обеспеченасовпадением экспериментально измеренных электрических характеристик стеоретически предсказанными значениями и зависимостями, а также совпадениемс экспериментальными и теоретическими данными, известными из литературы.Личный вклад автораВ диссертации приведены результаты, полученные непосредственноавтором или при его активном участии. Соискатель принимал непосредственноеучастие в постановке задач, проведении экспериментов, проектировании исоздании экспериментальной установки, обработке и анализе результатов,подготовке статей и докладов на конференциях.Апробация работы Результаты работы были доложены на XIVМеждународной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов 2007», международной конференции «Микро и Нано электроника2007», международной конференции «Микро и Нано электроника 2009»,международной конференции «Сверхпроводимость и магнетизм 2010»,международной конференции «Микро и Нано электроника 2012», XIVВсероссийской научной школе-семинаре «Физика и применение микроволн»(«Волны-2013»).8Результаты диссертационной работы представлены в 9 публикациях,включая 3 статьи в рецензируемых журналах, 3 публикации в рецензируемыхтрудах конференций, тезисы докладов на 3 международных конференциях.Исследование имеет следующие структуру и объем.

Диссертация содержитвведение, пять глав, заключение, список опубликованных работ автора и списокиспользованной литературы. Текст диссертации изложен на 137 страницах,включающих 50 рисунков. Библиография включает 109 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснованы актуальность и важность проведенного в работеисследования. Обозначены цели, задачи и объекты исследования. Изложенакраткая структура диссертации, продемонстрированы научная новизна ипрактическая значимость результатов исследования.

Сформулированы основныеположения, выносимые на защиту, доказана достоверность полученныхрезультатов, приведена апробация работы, а также приведен список печатныхработ и докладов на конференциях, в которых отражено основное содержаниедиссертации.Первая глава состоит из пяти частей, содержит обзор современных подходовк построению пост-КМОП электронных устройств.

Приведена классификация идан обзор литературы по различным методам создания электродов планарныхтранзисторов. Обозначены основные недостатки большинства методов ипреимущества техник и методов, разработанных в данной работе.В первой части этой главы рассматривается метод получения нанозазорапутем механического разрыва тонкой пленки, описываются основные недостаткиданного метода, заключающиеся в сложности дальнейшего использованияполученного нанозазора.

Обсуждаются возможные пути решения представленнойпроблемы.Во второй части приводится обзор статей по более технологичным (спомощью применения стандартных литографических техник) методам созданиянанозазора между электродами. Рассматривается не только применениеэлектронно-лучевой литографии, но также абляция тонких пленок с помощьюсфокусированного пучка тяжелых ионов. Обсуждаются преимущества инедостатки данных методов.9В третьей части первой главы рассмотрен способ получения нанозазоровпутем электрохимического осаждения дополнительных слоев металла наблизкорасположенные электроды. Указаны особенности реализации данногометода и основные сложности в дальнейшем использовании таких зазоров.В четвертой части приведен обзор метода сужения зазоров междуэлектродами при помощи термического напыления дополнительных слоевметалла в исходный широкий зазор.