Отзыв официального оппонента 2 (Одноэлектронные транзисторы с высокой зарядовой энергией)

ОТЗЫВофициального оппонента на диссертационную работуДАГЕСЯНА САРКИСА АРМЕНАКОВИЧА«Одноэлектронные транзисторы с высокой зарядовой энергией»,представленной на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наук по специальности01.04.04 – Физическая электроникаДиссертационная работа Дагесяна Саркиса Арменаковича изложена на 118 страницах,содержит 48 рисунков и 152 ссылки литературы.

Целью его диссертационной работы являетсяразработка лабораторной методики создания одноэлектронных транзисторов на основенанообъектов (наночастицы золота 2…4 нм) и объектов атомарного масштаба (примесныеатомы в решетке кремния), а также их воспроизводимое изготовление, исследованиетранспорта электронов в изготовленных элементах при различных температурах, в том числевысоких для одноэлектронных эффектов, их структурные исследования, физическаяинтерпретация полученных экспериментальных данных.Актуальность представленной к защите работы не вызывает сомнений.Одноэлектроника — это одна из тех областей науки и техники, где ожидается прорыв вэлектронике будущего. В настоящий момент работу одноэлектронных транзисторов можнонаблюдать только в исследовательских лабораториях, но в будущем их использование вмассовом производстве может привести к резкому снижению энергопотребления итепловыделения электронными схемами, увеличению быстродействия и плотности элементовмикросхем.

Развитие технологии одноэлектронных транзисторов позволит создать ячейкипамяти с большим временем хранения, высокой плотностью записи информации и малойрассеиваемой мощностью, а также высокочувствительные химические/биохимическиесенсоры.Решение поставленных в работе задач нетривиально по следующим причинам: вопервых, в связи со сложностью манипулирования отдельными нанообъектами, а также в связис необходимостью фиксировать их в пространстве между электродами транзистора длясоздания туннельных переходов, и, во вторых, технология изготовления одноэлектронныхустройств для работы при температурах вплоть до комнатной до сих пор остаётся нерешённойпроблемой, несмотря на то, что различные варианты одноэлектронных устройств на основеодиночных молекул или атомов реализованы и принципиальная возможность наблюдениякоррелированного туннелирования электронов даже при комнатной температуре давноэкспериментально показана.Несомненным практическим достоинством работы является использованиестандартной планарной технологии как при создании одноэлектронных транзисторов наоснове нанообъектов (наночастицы золота 2…4 нм), так и объектов атомарного масштаба(примесные атомы в решетке кремния).Таким образом, в представленной работе поставлены задачи, решение которыхактуально для создания элементной базы одноэлектроники.Во Введении дано обоснование актуальности работы, а также сделан обзорсовременного состояния научных исследований в рассматриваемых областях.

Здесь жеформулируется цель, ставятся цели и задачи работы, излагается научная новизна ипрактическая значимость представляемой работы, формулируются основные положения,выносимые на защиту, обосновывается достоверность полученных результатов, приведёнсписок печатных работ и докладов на конференциях, в которых содержатся основныерезультаты диссертационной работы.В Первой главе выполнен анализ методов создания одноэлектронных транзисторов наоснове одиночных молекул, молекулярных кластеров, наночастиц и одиночных примесныхатомов.

В кратком обзоре основных известных на сегодняшний день свойств электронноготранспорта в подобных структурах основное внимание уделено экспериментам при высоких(77…300 К) температурах. Глава состоит из четырех параграфов, каждый из которыхпосвящен одной из технологических проблем:- создание системы электродов с нанометровым зазором;- встраивание в зазор нанообъекта, который будет служить «островом»одноэлектронного транзистора.1В обзоре приводятся примеры создания системы электродов с нанометровым зазоромзондовым методом, методом механически контролируемого разрыва соединения, создание планарнойсистемы электродов методами современной литографии с последующим уменьшением величинызазора.

Подробно рассмотрен метод элекромиграции и отмечена его перспективность. Среди методоввстраивания нанообъектов в зазор, как наиболее перспективный, выделен метод, основанный наэффекте диэлектрофореза. Отдельный, четвертый, параграф посвящен технологии созданияодноэлектронных транзисторов на примесных атомах. Обзор литературы достаточно полноотражаетсовременное состояние технологических задач создания одноэлектронныхтранзисторов на основе одиночных молекул, молекулярных кластеров, наночастиц иодиночных примесных атомов.В последующих главах автор подробно описывает последовательность операций ирезультаты исследований полученных при его личном участии структур.Вторая глава занимает четверть объема диссертации и состоит из четырехпараграфов. В главе представлены оригинальная методика формирования планарныхметаллических электродов одноэлектронного транзистора и результаты исследования свойствполученных систем электродов на различных стадиях изготовления.Методика формально состоит из трех стадий:1.

Изготовление методами электронно-лучевой и фотолитографии макроскопическихэлектродов для соединения формируемой структуры с измерительной аппаратурой, затворатранзистора, а также золотых нанопроводов сечением около 50 х 14 нм2, являющихсязаготовками для получения стока и истока будущего транзистора.2. Контролируемое сужение поперечного сечения нанопровода-заготовки до значенийпорядка нескольких квадратных нанометров с помощью оригинальной системы управленияпроцессом электромиграции атомов.3.

Регистрация результата самопроизвольной релаксации напряжений в плёнке,оставшихся после проведения процесса электромиграции, с образованием нанозазора вобласти сужения золотого нанопровода.Каждая из этих стадий подробно описана в отдельном параграфе.По итогам Главы 2 в основные результаты работы вынесено 2 пункта:1.

Впервые экспериментально исследована при комнатной температуре временнаядинамика состояния квантового провода, образующегося в результате проведения процессаэлектромиграции в месте наибольшего сужения нанопровода и содержащего в поперечномсечении менее 20 атомов золота. Продемонстрирована квантовая природа проводимости втаком проводе.

Определён диапазон характерного времени разрушения провода t ~ 10 − 105 с.2. Экспериментально исследованы электрические характеристики нанозазоров менее 5нм между золотыми электродами. Продемонстрировано их высокое сопротивление (R > 300ГОм), а значит, их пригодность для создания молекулярных устройств. Также впервыепродемонстрировано влияние контаминации, образующейся под электронным лучом во времясканирующей электронной микроскопии, на проводимость исследуемых наносистем.Сопротивление утечки в них после исследования в электронном микроскопе падает довеличин R ~ 106 − 1011 Ом.и 1 пункт сформулирован как положение, выносимое на защиту:1.

Сопротивление утечки нанозазоров, изготовленных по разработанной в настоящейработе методике, превышает 300 ГОм в диапазоне напряжений до 0.5 В при величине зазораменее 5 нм, что делает их пригодными для создания планарных молекулярныходноэлектронных транзисторов и их исследования. Выход годных зазоров составляет более 90%.Третья глава посвящена описанию разработанной в данной диссертационной работеметодики встраивания наноразмерного острова транзистора в предварительно изготовленныйзазор между электродами, экспериментальному исследованию электронного транспорта вполученных структурах, интерпретации полученных данных и сравнению электрическиххарактеристик созданных одноэлектронных устройств с характеристиками образцов,полученных в работах других авторов.По итогам Главы 3 в основные результаты работы вынесен 1 пункт:3. Экспериментально исследован туннельный электронный транспорт через одиночныемалые (2 – 4 нм) золотые наночастицы, в широком диапазоне температур (77 – 300 K).Впервые продемонстрирован одноэлектронный характер проводимости такой системы,2обладающей высокой зарядовой энергией (75 – 125 мэВ), в этом диапазоне температур,включая возможность управления током через такой одноэлектронный транзистор с помощьюэлектрического поля при температурах 77 – 220 К.и 2 пункта сформулированы как положения, выносимые на защиту:2.

Разработанные лабораторные экспериментальные методики создания нанозазоров ивстраивания наночастиц с помощью метода электротреппинга позволяют получатьодноэлектронные транзисторы на основе малых (2 – 4 нм) наночастиц золота с выходомгодных более 10 %.3.

Транспорт электронов через сформированные одноэлектронные транзисторы имееткоррелированный характер при температуре до 300 К. Продемонстрировано управлениетуннельным током через одиночную наночастицу с помощью затвора при температуре до 220К.Четвертая глава диссертационной работы посвящена описанию разработанногометода создания одноэлектронных транзисторов на основе одиночных примесных атомов, атакже ислледованию электрических характеристик полученных устройств.Одноэлектронный транзистор был реализован на основе широко используемых вмикро- и наноэлектронных устройствах материалов.