МГТУ им. Н.Э.Баумана
Возможности и проблемы современной
наноэлектроники
Выполнил: Мамедов Рустам
Наноэлектроника
Наноэлектроника – это общее определение ряда технологий,
направленных на реализацию электронных приборов с
нанометровыми размерами структурных областей.
К ним относятся:
• эмиссионные приборы на основе углеродных трубок,
• полупроводниковые лазеры с квантовыми «ямами»,
• наноразмерные электромеханические системы,
• полевые и биполярные транзисторы,
• другие полупроводниковые приборы
Размеры элементов- менее 100 нм
2
Фотолитография
Фотолитогра́ фия —
метод получения
определённого
рисунка на
поверхности
материала, широко
используемый в
микроэлектронике и
других видах
микротехнологий.
3
Литографический процесс
Основные этапы литографического процесса с использованием позитивного (слева) и
негативного (справа) фоторезистов: а – окисление и образование поверхностного слоя SiО2;
б – нанесение слоя резиста; в – экспонирование; г – удаление экспонированного
позитивного и неэкспонированного негативного резистов; д – протравливание слоя SiО2; e –
полное удаление резиста; ж – легирование кремниевой подложки; 1 – подложка из Si; 2 –
поверхностный слой SiО2 ; 3 – слой резиста; 4 – фотошаблон (маска); 5 – область
легирования
4
Актуальные проблемы фотолитографии
1.
Увеличение сопротивления областей транзистора,
уменьшить которое легированием уже не представляется
возможным.
2. Увеличение паразитных емкостей и токов утечки при
приближении элементов друг к другу.
3. Ярко выраженные эффекты дифракции и аберрации на
зеркалах установок, несмотря на то, что они обработаны
со средними квадратичными отклонениями не более
0,1–0,3 нм, и совершенством поверхности не хуже, чем
λ/20, что соответствует 0,5 нм.
4. Проблемы создания источников излучения. До сих пор не
удалось создать источника излучения с длиной волны
157 нм на эксимерных лазерах.
5
Схема оптической ЭУФ-литографии
6
Перьевая нанолитография
Удобный способ нанесения наноструктур на поверхности. Точки,
линии и буквы, выходящие из-под их «пера», примерно в
десять тысяч раз меньше тех, что создаются с помощью
обычной шариковой ручки.
Cистема кантилеверов – «авторучек» и внешний вид установки
DPN
7
Метод перьевой нанолитографии
8
Нанопечатная литография
Нанопечатная литография является отличной технологией изготовления
интегральных микросхем, однако до этого момента главным ее
недостатком была слишком высокая стоимость производства
трафаретов, по которым осуществляется «печать» чипов.
Предлагается следующий метод – использовать полимер для
формирования необходимого «рисунка» на пластине. Полимер в ходе
процесса помещается между двумя пластинами, и после сжатия на
поверхности пластин остаются углубления, точно соответствующие
толщине полимера.
9
Кремний-на-изоляторе
Кремний-на-изоляторе (КНИ – Silicon on insulator, SOI) – технология
изготовления полупроводниковых приборов, основанная на
использовании трёхслойной подложки со структурой «кремний –
диэлектрик – кремний» .
Данная технология позволяет добиться существенного повышения
быстродействия микроэлектронных схем при одновременном
снижении потребляемой мощности и габаритных размеров
10
Кремний-на-изоляторе
•
•
•
•
•
Использование структур КНИ в технологии полупроводниковых приборов
позволяет решить целый ряд проблем:
повысить радиационную стойкость схем,
увеличить предельную рабочую температуру,
повысить быстродействие приборов,
упростить технологический процесс создания интегральных схем (ИС).
уменьшить влияния паразитных эффектов по периметру границы прибора и
надежной изоляции рабочего объема прибора от остальной схемы и
подложки.
11
Кремний-на-сапфире
• Кремний-на-сапфире (КНС – Silicon on sapphire, SOS) – технология
изготовления полупроводниковых приборов, основанная на
использовании трёхслойной подложки со структурой «кремний –
диэлектрик – кремний».
• Недостаток: существенное несовпадение параметров кристаллических
решеток сапфира и кремния, что приводит к образованию
многочисленных дислокаций в полупроводнике и препятствует
повышению степени интеграции БИС
12
Перспективность технологии КНС
На сапфировой подложке можно выращивать не
только эпитаксиальные пленки кремния, но и пленки
других полупроводников. В частности, нитридов
галлия и алюминия.
Эти широкозонные полупроводники все чаще
используются
при
создании
приборов
оптоэлектроники (светодиодов и лазеров с длиной
волны
излучения
от
240
до
620
нм),
акустоэлектроники, силовой и высокотемпературной
транзисторной электроники, твердотельной СВЧэлектроники.
13
Перспективы и преимущества
карбидкремниевой электроники
Карбид кремния является перспективным полупроводниковым
материалом для высокотемпературной и высокочастотной
электроники.
Вследствие своих уникальных физических и электронных
свойств карбид кремния используют для создания
высокоэффективных, высокотемпературных, радиационностойких, а также высокочастотных электронных приборов.
14
Перспективы и преимущества
карбидкремниевой электроники
Преимущества:
• термическая стойкость,
• химическая стойкость,
• радиационная стойкость,
• теплопроводность,
• износостойкость,
• стабильность свойств в широком интервале температур,
Это позволяет ее применять в таких неблагоприятных
условиях, как нагревательные элементы, авиационные
турбины, элементы конструкций и защитных экранов
аэрокосмических аппаратов.
15
Сравнение основных электронных свойств политипов
SiC (4H-SiC и 6H-SiC) с кремнием (Si) и арсенидом галлия
(GaAs)
Малое удельное сопротивление в открытом состоянии, в сочетании с
высокой плотностью тока и теплопроводностью, позволяет использовать
очень маленькие по размерам кристаллы для силовых приборов.
Высокая теплопроводность SiC снижает тепловое сопротивление кристалла.
Электронные свойства приборов на основе SiC очень стабильны во времени и
слабо зависят от температуры, что обеспечивает высокую надежность
16
изделий.
Структуры основных политипов SiC
4H-SiC
6H-SiC
17
18
