отзыв оппонента Гольцмана (Исследование электронного транспорта в планарных наноструктурах молекулярного масштаба)

Отзыв официального оппонента доктора физико-математических наук Гольцмана Г.Н. на диссертацию Степанова Антона Сергеевича «Исследование электронного транспорта в планарных наноструктурах молекулярного масштаба»», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальностям 01.04.04 — физическая электроника и 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики Диссертационная работа Степанова А. С. посвящена поиску и разработке лаборагорной технологии создания тонкопленочной многослойной структуры надежно изолированных друг от друта нанопроводов (с ширинами менее 100 нм), пригодных для создания электродов нанотранзистора, исследованию процесса разрыва тонких металлических пленок методом электромиграции с целью создания лабораторной технологии контролируемого разрыва тонкопленочных нанопроводов и получения в них предельно малых (5 - 6 нм) нанозазоров„ пригодных для разме»пения одиночных молекул или наночастиц с размерамн 2 - 3 определению внешних ус,ювий и параметров контролируемого разрыва нанопровода и получения нанозазора для обеспечения статистической достоверности результатов эксперимента и возможносги дальнейшего использования таких нанозазоров при построении наносистем молекулярного масштаба и, наконец, исследованию свойств поверхности тонких металлических пленок н способов закрепления малых (менее 5 нм) наночастиц иа их поверхности, Разработка экспериментальной мегодики размещения одиночных молекул или малых наночастиц в получаемых нанозазорах, Исследовался также элекэ)»оннь»й транспорт при комнатной температуре через наноструктуры на основе одиночных наночастиц золота.

:»ти исследования актуальны для целого ряда фундаментальных и прикладных задач. Одним из перспективных направлений может стать использование эффекта коррелнрованного туннелирования электронов в туннельных наноструктурах. Как показано, в частности, и в оппонируемой диссертации, это направление совместимо с современными КМОП технологиями и может стать интересным для созд»ания:»леьтро»»нь»х уст1»ОЙсгв нового поколения. устройства на основе данного эффекта, так называемые одноэлектронные транзисторы, имеют малый 1»азмер (еди»»нцы н дес»пкн нм).

СравнимыЙ с размером больших ~олекул или малых наночастиц, и беспрецедентно низкий уровень вь»леляемого тепла 1ИВт). Таким образом, ак»эуальнымн явля»отся задачи создания планарных туннельных наност1»укгур молекулярнОТО 1нанометрового) ~~сштаба н исс~едовани~ их элект1»ических характеристик. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. В первой главе (об»зор»юй) рассматривается метод получения нанозазора путем механического разрьша тонкой пленки, описываются основные недостатки данного меп»да, заключающиеся в сложности дальнейшего использован»»я полученного нанозазора, применение электронно-лучевой литографии, абляция тонких пленок с помощью сфокусированного пучка тяжелых ионов; рассмотрен способ получения нанозазоров путем элекгрохимического Осаждения дополнительных слоев ме»алла на Олизкораспоэ»оженнь»е элект1»оды, метод сужения зазоров между электродами при помощи термического напыления дополнительных слоев металла в исходный п»ирокиЙ зазор, а также эффект эп»ектроми»рации атомов металла.

Во вто)»ой главе представ чена раз(»аботанная технология создания интег(»Н1»ованной системы планарнь»х наноэлектродов. Исследованы раззичньй (Одно- двух- трех- СДОЙные) полимерные маски для формирования необходимой геометрии электродов'нанопроводов (От крупных контактных площадок с размером 1.5 мм н толщиной 50 нм до тонких (15 нм)»олотых нанопроводов 50 нм шириной). Продемонстрировано преимущество применения двухслойной полимерной маски. Приведены оптимизированные диапазоны параметров нанесения и засветки каждого слоя маски для получения ровных краев нгцюпроводов. Описаны проблемы, Возникающие при засветке, проявлении и напылении нанопроводов шириной 50 нм.

Наибольший интерес, на мой взгляд. представляет предложенная и реализованная техника построения многослойных интегрированных структур, а также продемонстрированная Возможность надежного изготовления тонких (15 нм) и узких (50 нм) золотых нанопроводов на поверхности АЬО» без использовання дополнительных адгезионных слоев, что является Важным в дальнейшем использовании таких электродов/нанопроводов для исследования элекгронного транспорта в молекулярных системах. Однако, я не могу согласиться с автором диссертации, что электрические измерения полученных нанопроводов (сопротивление порядка 500 Ом) дают высокую Оценку качества получаемых металлических пленок (5К10' Ом*см).

К этому я еще раз вернусь при изложении моих замечаннй. В то же время, проведенная проверка изоляционных свойств диэлектрической прослойки (АЬО» толщиной 8 нм) между управляющим затвором и наноэлектродами демонстрирует ее полную пригодность (сопротивление межслойной изоляции > 100 ГОМ) для дальнейшего применения в различных устройствах. В третьей главе описаны предложенные методики создания системы наноэлектродов, проведения процесса электромиграции в созданных нанопроводах и проведения процесса саморазрыва золотых нанопроводов.

Представляет интерес предложенный н реализованный автором алгоритм проведения электромиграции и приведены его параметры. оптимизированные с целью получения узких (менее 5 нм) нанозазоров с большим выходом годных образцов (более 75 '.4). Обнаружена непригодность использования стандартной технологии напьшения золотой пленки с адгезионными слоями Сг н Т1 для получения на»»оэ»»ектродов метОдОМ элект)эомиг)»ации. Продемонстрирована ВОзможность испОльзОВания тонких слоев диэлектрика АЬО» в качестве адгезнонного слоя между подложкой 51ОЗ нлн управляющим электродом из А1 и тонкой металлической пленкой золота. В четвдртой гла~~ рассмот1»сна мегодика осаждения Обьектов молекула(»ного ~асштаба (наночастиц) в ооласти созданных нанозазоров, получения атомарно гладкой нове(»хности золотОН пленки.

пригодная для изучения механизмОВ закрепления наночастиц на поверхнОсти золотых пленок, размещения и закрепления наночастиц золота в созданные узкие (менее 5 нм) нанозазоры между тонкопленочными золотыми наноэлектродамн. Данные методики являются заключительным этапом в создании одной из систем молекулярного масштаба - планарного ОДИОэлектрОИНОГО транзистора. В ~ВТОЙ г»заве исследуется транспорт элект(»онов через полученные предельно ~алые (2 — 3 нм) В пча»»арных нанозлект(»одах, а также че1»ез золОтые наночастицы, помещенные в такие нанозазоры, приведены харакгерные электрические характеристики полученных нанозазоров с размером менее 5 нм.

Разработанная экспериментальная установка Вмесге с предлОженным алгоритмОм прОВедения э»»ектромиГрации позволила получать такие нанозазоры в более чем 75 % случаев. Здесь также рассматривается транспорт электронов через созданные наносистемы (нанозазоры между электродами и закрепленные в них наночастицы). Разрабоганные в работе методики осаждения н закрепления наночастиц в нанозазоре между элект1юдами !глава 4) позволяют !'окорить о создании законченных наносистем молекулярного масштаба.

В некоторых образцах в нанозаюр попадала сразу группа наночастиц, однако наиболее интересным оказался случай попадания только одноЙ ню!очастицы в зазор. фактически был создан макет планарного одноэ!!ектро$!ного транзистора с золотой наночастнцей в ~аче~тве центрального ост)юва. Д~~о~~~~ высохни' ~~~~д ~одн~~ образцов 1более 50 %) позволяет изготовить серию прототипов планарных нанотранзисторов на основе одиночных наночастиц золота с размером 2 — 5 нм. В заключении представлены полу генные результать! н выводы диссертационной работы. Перейдем теперь к недостаткам диссертационной работы, которые носят частный харак ге1э.

1.Так. на сгр. 55 приведено удельное сопротивление используемых пленок золота — 50 мнкроОмвсм. Это значение представляется неоправданно высоким, по крайней мере, в наших;Зкспериментах в аналогичных условиях полкчается на порядок меньше. 2. На стр. 67 обсуждается необходимая толщина используемых пленок золота, ограничиваемая пределом сплоп!ности, Эта граница в диссертации оказалась на уровне 15нм. Опять.

это значение представляется неоправданно большим: в наших экспериментах в аналогичных условиях получается в 3 — 4 раза меньше, 3. Некоторые важные экспериме!пальные результаты„полученные в диссертации, не нашли дальней!пей теоретической поддержки, хотя бы в виде простых оценок. В качестве примера мож!ю привести полученную очень высокую плотность тока 110 А7см ) через узкие нанопровода. На стр. 70 упомянуто, что при этом осуц!ествляется очень эффективный отвод тепла в толстые золотые контакты и в подложку из А1„0ь однако так н не проанализировано какой из каналов эффективнее и почему такая высокая плотность тока вообще возможна. Приведенные замечания, впрочем, не снижают об!цей высокой оценки диссертации. Следует отметить очень хорошее качество оформления работы, выразившееся, в частности.

в малом количестве опечаток. Нам, во всяком случае. удалось найти только одну: на стр. 101. Таким ооразом, можно констатировать, что диссертация А.С. Степанова представляет собой завершенную научно-иссз!едовате!!ьску!о работу на акгуальную тему. Результаты работы опубликованы в ведущих научных журнжтах и представлены докладами на международных н всероссийских конференциях. Авгореферат правильно и полно отражает содержание диссертации. Диссертационная работа удовлетворяет требованиям кПоложения о порядке присуждения ученых степенейя.

предъявляемым к канднлдтским диссертациям, а ее автор. А,С. Степанов. безусловно заслуживает присуждения ему ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальностям 01.04.04 — физическая электроника и 01.04.01 приборы и методы экспе д.ф."ы.н., профессор .