Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

В нанотехнологии практическое применение нашли самосборка (зе(у'-азделгЫт~) и самоорганизация (зе(Г'- огКап1хаггоп), которые подробно описаны в этом подразделе. 2.4.1. Самосборка Самосборка (самоупорядочение) — это процесс адсорбции и формирования специфического расположения молекул на твердой поверхности. Ее движущей силой является хемосорбцня, которая проявляется в высокоэнергетических реакциях между адсорбатом и адсорбирующей поверхностью. В отличие от сильного взаимодействия между адсорбируемой молекулой и поверхностью, взаимодействие между самими молекулами остается слабым. В органическом и неорганическом мире существует большое число примеров самосборки.

Пленки мономолекулярной толщины, сформировавшиеся по механизму самосборки, имеют очень низкую плотность дефектов, достаточно стабильны и отличаются механической прочностью. Они служат в качестве трафарета для литографических процессов. При этом нанометровое разрешение достигается путем использования зондов сканирующего туннельного или атомного силового микроскопа. Молекулярные блоки для самосборки (рис.

2.25) должны содержать три основные функциональные группы: группу, прикрепляюшую их к поверхности, промежуточную группу и поверхностную функциональнуго группу. Эти группы не являются взаимозаменяемыми. Так, функции позиционирования и распознавания лучше гзз гЛ.С р у ру ы ля аыиногруппа (МНа); Поверхностная фунхпноналы~ал группа " ( -) алкильные группы(СН С Н, ...) СНа-группы; Фамильные группы (С Н ) силаны н8р(а, (й СНз СаНа -., Х СНа, О, С1); ол (нвн) Рнс. 2.25.

Структура н состав молекулярных блоков лля самосборки реализуются при использовании органических групп, нежели неорганических, хотя электронные свойства последних изучены более детально. Комбинация различных по составу групп постоянно приводит к появлению новых форм самосборки. В качестве групп, прикрепляющих весь молекулярный блок к поверхности подложки, чаще всего используют силаны КЯХз (К = СНм СтНы ...). Это нужно для образования связей с гидроксильными (ОН) группами, которые обычно покрывают поверхность кремния и другие технологически важные поверхности.

В качестве компонента Х, замешаюшего в силане водород, применяются метоксигруппы, хлор или их комбинации. Состав прикрепляющей группы существенно влияет на упорядоченное расположение адсорбироаанных молекул и на плотность их упаковки. Например, для поверхности арсенида галлия и золота хорошие результаты дает тиол и его производные КЗН (К= СН,, Стяга ...). Промежуточная группа определяет взаимодействие всего хемосорбироаанного молекулярного блока с обрабатывающим его зондом.

Отдаление поаерхноспюй функциональной группы от пааложки при увеличении размеров промежуточной группы (например, путем повторения СН,-группы а ней) позволяет располагать зонд ближе к пленке и тем самым понижать дозу экспонирования и пороговое напряжение. Фенильные группы, обладая определенной проводимостью, хорошо подходят в качестве промежуточных групп при электронном экспонировании зондом сканирующего туннельного микроскопа.

Поверхностные функциональные группы определяют свойства «новой» поверхности. Например, аминогруппы (ИНт) могут 134 Г л а в а 2. Методы формирования наноэлектроннык структур быть использованы для прикрепления к ним определенных молекул. Галогены (хлор, иод и др.) имеют большие сечения электронного захвата, что облегчает десорбцию галогенсодержаших фрагментов. Их последующая обработка может осуществляться с целью замены галогенных групп более активными.

Поверхности, покрытые алкильными группами, инертны и гидрофобны. По своей химической активности они идентичны парафину, вследствие чего они хорошо подходят для масок, использующихся при жидкостном травлении и ограниченно — при сухом травлении. Молекулярные пленки, сформированные самосборкой, отличаются высокой степенью совершенства и отсутствием примесей. Они чувствительны к локальному механическому, электронному, световому воздействию, что делает их незаменимыми для нанолитографических процессов.

Электронно-лучевая литография по таким пленкам может осуществляться в широком диапазоне энергий электронов — от 10 эВ до 200 кэВ. Пример, иллюстрирующий использование самосборки для создания нанометровых элементов на кремниевой подложке, показан на рис. 2.26'4. Перед нанесением пленки подложку очищают и пассивируют водородом в растворе НР. Затем ее окунают в раствор органосиланового мономера и высушивают, чтобы сформировать на ее поверхности мономолекулярную пленку из молекул, один конец которых закреплен на подложке, а другой образует новую поверхность.

Среди подходящих для этих целей органосиланов— октадецилтрихлорсилан (СпН„С1,Я), фенилэтилтриметоксисилан (СаН)СН2СН2(СН)О),Я), хлорметилфенилтриметоксисилан (С1СН,СаН,(СН,О)1Я), хлорметилфенилэтилтриметоксисилан (С1СН,СаН„СН,СН,(СН,О),Я) и другие аналогичные соединения. Приготовленную таким образом мономолекулярную пленку, типичная толщина которой составляет около 1 нм, обрабатывают по требуемому рисунку низкоэнергетическими электронами, инжектируемыми с зонда сканирующего туннельного или атомного силового микроскопа. Напряжение при этом выбирают в диапазоне 2 — 10 В в зависимости от конкретного состава пленки (определяемого главным образом составом поверхностных групп) и от типа пассивации поверхности подложки. После этого образец окунают в раствор с коллоидными частицами палладия, которые прикрепляются к необлученным областям пленки.

Затем образец снова высушивают и помешают в ванну для электралитического осаждения Е. д Ялом, Р. М. Сатрьей, Р. К Рейма, Ыапо(аьпсаа(оп иЬЬ ртох1та) репьев, Ртосееоз пав о( Гпе !ЕЕ Е 85(4), 501-611 (1997). г,с ро Рис. 2.26. Формирование наноразмерного рисунка путем самосборки мономалекулярной пленки: а — осажление мономслекулярного слоя; б — создание рисунка зондом сканирующего туннельного микроскопа; е — осажхение палладиевого катализатора; е — оса»гдение никеля никеля.

Островки палладия на поверхности служат каталитическими центрами лля осаждения никеля. За счет бокового роста никелевых островков на палладин промежупси между палладиевыми островками заполняются, и образующаяся толстая пленка никеля имеет сплошную бездефектную структуру. Приготовленную таким образом профилированную металлическую пленку используют в качестве маски при последующем травлении.

На практике разрешение составляет при этом 15 — 20 нм, хотя с теоретической точки зрения минимальный размер элементов интегральной микросхемы ограничен лишь размерами применяемых для самосборки молекул. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Что такое самосборка и какой движущей силой она обусловлена? 2.

Какие химические соединения используют в качестве прикрепляющей группы, промежуточной группы, поверхностной функциональной группы? 3. Какие свойства молекулярных пленок, сформированные самосборкой, делают их привлекательными для нанолитографии? Глава 2. Методы мн вання нанозлек нных ук 2.4.2. Самоорганизация в объемных материалах Самоорганизация — это процесс, приводящий к определенному упорядоченному расположению взаимодействуюших атомов в твердом теле, соответствующему минимуму потенциальной энергии данной атомарной системы.

Спонтанная самоорганизация в объеме и на поверхности твердого тела — эффективное нанотехнологическое средство создания квантовых шнуров и квантовых точек. Из числа таких процессов наиболее значимым и часто используемым является процесс спонтанной кристаллизации. Кристаллическое состояние вещества более устойчиво, чем аморфное, поэтому любая аморфная фаза имеет тенденцию к кристаллизации.

Закономерности этого процесса определяются как индивидуальными физико-химическими свойствами среды, в которой он протекает, так и внешними условиями, в которых зта среда находится. Главная характеристика среды— это ее температура. Образование кристаллических зародышей приводит к уменьшению энергии системы на величину г)д =я, — я, глеб„и~, — энергии кристаллической и аморфной фаз, соответственно, в расчете на единицу объема. Этому понижению объемной энергии противостоит увеличение поверхностной энергии растущих зародышей. Появление зародышей с радиусом г и удельной поверхностной энергией а приводит к общему изменению свободной энергии системы на величину ЛО = 4яг' па -(4яг'/3)б~, (2.4.1) которая немонотонно зависит от размера (радиуса) зародышей, как это показано на рис.2.27.

ьп„ Рис. 2.27. Изменение свободной энергии кристаллического зародыша как фуншала его ра- диуса д4. Саморегулирующиеся я цессы тзт Образование поверхности зародышей требует совершения над системой работы, в то время как формирование кристаллического объема зародышей высвобождает энергию в системе. Изменение свободной энергии имеет максимум для кластера с критическим радиусом (2.4.2) г„= 2 о*/6г. Зарождение кристаллических кластеров с радиусом меньше и больше критического требует меньшего изменения свободной энергии, чем для кластера критического размера, и система в таких условиях оказывается нестабильной.

Характеристики

Список файлов книги