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

ОТЗЫВ официального оппопеита па дпееертацпю Степанова Антона Сергеевича кИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО$ О ТРАНСПОРТА В ПЛАНАРНЫХ НАНОСТРУКТУРАХ МОЛЕКУЛЯРНОГО МАСШТАБА» представленную на соискание ученой степени кандидата физико математических наук по специальностям 61.64.64- физическая электроника н 61.04.01 - приборы н методы зкеперимептальной физики Диссертация А.С. Степанова кИсследование электронного транспорта в планарных наиоструктурах молекулярного масштаба» посвящена одному из актуальных направлений- разработке методов создания наноструктур на основе одиночных молекул ~наночастнц) н исследованию особенностей электронного транспорта в наноструктурах молекулярного масштаба. Актуальность темы Актуальность работы в данной области связана с физпческнми исследованиями электронных свойств устройств нанометрового масштаба и разработкой электронных устройств для элементной базы наноэлектроннки.

Для электронных структур нанометрового размера проявления квантовых эффектов весьма значительны и поэтому физические принципы, иа которых будет основана работа новых устройств, могуг быть совершенно другямн по сравнению с современными. Современные полупроводниковые технологии, реализующие стандартную схемотехнику и архитекгуру построения аналоговых н цифр~в~к электронных устройств, определенные физические ограничения, связанные с размером, быстродействием н энергопоглощением (и энерговыделением) единичного элемента, а также степенью интеграцип элементов в рамках традиционной планариой технологии.

Как предельные параметры для единичных электронных устройств элементной базы нового поколения могут рассматриваться следующие: -использование электронных устройств на единичных молекулах, -изменение (квантового) состояния электронного устройства под воздействием единичного электрона, -изменение 1квантового) состояния электронного устройства под воздействием единичного фотона, -использование квантовых связей для взаимодействия между единичными молекулярными электронными устройствами при формировании на их основе системной инфраструктуры.

В настоящее время в литературе отмечается, что для дальнейшего развития микроэлектроники, в том числе повьппеиия степени интеграции элементов, уменьшения энергопотребления, увеличения быстродействия и т.д., требуется переход к качественно новой ~лемен~~ой базе, основанной на технологических приемах, поз~~лающих формировать поверхностные структуры нанометрового и молекулярного масштабов, В качестве одной из возможных альтернатив кремниевой технологии в настоящее время рассматриваются различные типы наноэлектронных приборов на основе отдельных наночастиц и молекулярных кластеров, в которых непосредственно используются квантово-размерные эффекты, такие как туниелирование, одноэлектроиное туннелирование и дпскретность э~е~~ронн~го спектра. Структуры на ~~но~с эффекта одноэлектронного туннелнровання являются перспективными для создания широкого спектра твердотельных приборов, в том числе интегральных схем нового поколенпя сверхвысокой степени интеграции.

Ведущие научные центры и лабораторнц активно работают в этом направлении и члсло публикаций по данной тематике непрерывно растет. Одним из развивающихся перспективных направлений является молекулярная наноэлектроника, Исследования в этой области и являлось основной целью данной работы. Оеновние научные результаты и их новизна В диссертации решался целый комплекс экспериментальных задач: -разработка технологии создания тонкопленочных многослойных наноструктур на основе нанопроводов (с ширннами менее 100 нм) для создания макета нанотранзистора; -разработка технологии создания нанозазоров пригодных для размещения одиночных молекул или наиочастнц на основе эффекта электромиграции атомов в нанопроводах и контроле процесса разрыва тонких металлических пленок; -разработка технологии иммобнлизапии наночастиц на поверхности наноэлектродов и в получаемых нанозазорах; -разработка и создание лабораторного макета туннельного молекулярного одноэлектронного ~ран~и~~~ра, а ~а~~с исследование особенностей ~л~~~р~~~~~~ транспорта.

В работе дан обзор современных технологий и тенденций при разработке пост-КМОП электронных устройств, проводится анализ различных методов создания электронных наноструктур и нанозазоров, а также обосновываются преимущества выбранных технологических подходов при создании интерфейсов к молекулярным структурам.

Для создания электронных наноструктур в работе разрабошны методики создпиия мешллических тонюплеиочных нанопроводов различной геометрии н шириной менее 100 нм с прямененжм двухслойных полшщзньх мжОк Оптимизированы параметры нзнФхния и засветки полимерной маски каждого типа с целью получения качественных ровных краев ьюпыиических наиопроводов. Важным практическим достижением автора являетсл разработанная технология полного циси создания интегральной многослойной системы планарных нанозлектродов ди сседвня удзбного интерфейса от внешней измерительной аппаратуры к электронной наноструктуре. Особенностью многослойной структуры является то, по топология нанопровсдов во всех слоях должна быль согласована с досшгочно хорошей точностью.

Для этого нпору пришлось разрабошть прецизионную теююлопво совмещения различных слоев с помощью сжтемы выравнивакипих меток (маркеров) Эффективность разработанной технологии подгаерждаепж тем, что в работе был соьзан интеграл ный 4-х слойный чип с системой нанопроводов ды создания н исследования туннелъных молекулярных структур. Следующим важным эксперюпншльным достижением является шгопмиение ниюзазорсв с использованием эффекта электромшрацин. Суп* эффекта злектромиграпин сосюит в увеличении подвинаюсти атомов проводника при проикании по нему достаточно большого тока Наиболее сильно этот эффект проявляегся в пжких пленках. Известно, что при наличии неоднородностей в тонкопленочном ианопроводе существует определенная версипюсть локализации дефектов и неоднородностей в одном месте„что приводит к локальному уменьшению ширины шзоводникв и последующему разрыву с образованием нанозазора. Сложносп* данюй текнаюгии соспвп в том„чтобы осуществить ктлп1хзлируемый массгаюренос материала проводника и использовать его для разрыва нанопровода н получения наиозазора В работе иа основе модели гранулированиых тонких золотых пленок показано, *по наличие дефектов, связааых с межгранульными границами, яалжтся основньач условием эффекшвной злектромиграпии и образованием нанозаюра.

Для контролируяаого проведения процесса автором был атома1яюго массопереноса в золотом нанопроводе с помощью быстролейсшуюшей электроники по киерению сопротивления нанопровода и обесп~швношнй контроль за процессом рест1~уктуриза~ии золотой пленки и прекращиь проведение злектромиграции практически на любом зине. Таким образом, за счет созлвння оптиьяиьных условий для проявления эффекта электромиграции за счет выбранной геометрии нанопроводов-заготовок, учвтываюшей необходимость созлания высокой плотности тока в нанопроводах и одновременно с эпяи эффективный отвод тепла, прешпсп~ющпй плавлению наиапроводов в ходе электромиграцаи автору удалось получать нанозазоры менее 5 нм, которые уже могут применяться при анданин и исследовании молекулярных туннельных наноструктур.

Знглючйтельным технгяклическнм зщпом спздвщя нанотранзисюраяалжпся размещеввв рабочего обыжта (наночастицы жвкпа) между тойкппленочньвщ нанозвлггродами золощ лпкащйми на юолйрованном злекгрцлв управления. Для реализации этой задачи авторам бьиа разрабопща орипшальная техй~~~~л йммобнлнкяляи золотых йвночвспщ с помощью тноловых соеднйеййй.

За счет высокой элерии связй между серой й шкпом, тйолы создают йа поверхйос1й наночаспщы пжпный пассивирующий слой, препягствукящгйихслипанию. Вработе бьиа технологи нская возмакиость закрепления одиночной зожпой йайочастйцы в нанозазоре н тем самым реализация молекулярного транзистора. Интересным физическим результкюм является исследование механизма проводимости неиппненных нанозазоров в достаючйо широком дйапаюне напряжений. На полученных ВАХ изменение механизма проводимости при напряжении на найозазоре близких к к зффектйвйой работе выхода Несомненн ьым достйжеййем й достаточйо яр кгпв результатом автора является исследование особенностей электронного транспорта в наноструктууррах молекулярного масщтаба, В работе наряду с исследованиями цепочечных структур, кода зазор заполнен несколькими наночастицами„приводится вольтам не рная характеристика нанозазора с одиночной наночастицей.