Автореферат (1102984), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Даны ссылки на последние работы сиспользованием данного метода, а также рассмотрены недостатки его применения.В пятой части первой главы приведен обзор эффекта электромиграции атомовметалла. Приведены ссылки на попытки использования данного эффекта длясоздания электродов транзистора. Обсуждаются недостатки и преимуществаданного метода.В заключении первой главы сделан вывод о преимуществе метода на основеэффекта электромиграции для создания нанозазоров в лабораторных условиях.Во второй главе представлена разработанная технология созданияинтегрированной системы планарных наноэлектродов.
Глава состоит из двухчастей.В первой части второй главы описаны результаты исследования одно- идвух- слойных полимерных маскок, необходимых для формирования электродов инанопроводов различной геометрии (от крупных контактных площадок сразмером 1.5 мм и толщиной 50 нм до тонких (15 нм) золотых нанопроводов 50 нмшириной). Определены оптимальные параметры нанесения, засветки (УФ иэлектроннолучевой литографии) и проявления масок на основе ПММА(электронный резист Microchem PMMA 950 C2) и ММА (сополимер Microchem8.5EL11) для получения ровных краев создаваемых нанопроводов:- для крупных контактных площадок (1 - 2 мм) и грубой разводкиподводящих электродов (более 10 мкм) толщиной до 100 нм оптимальнымявляется применение двухслойной маски ПММА/ММА с параметрами нанесениянижнего слоя ММА - 400 нм, 5000 об/м, 90 сек., параметрами стеклования - 160 С,20 мин., параметрами нанесения верхнего слоя ПММА - 50 нм, 3000 об/м, 30 сек.,параметрами стеклования - 140 С, 10 мин., параметрами УФ литографии - УФ 290нм, 2 минуты, 25 - 27 мВт/см2, параметрами проявления - толуол:спирт (1:3), 20 С,25 сек + 5 сек (УЗ), максимальная толщина пленки металла - 100 нм.- для микронных (1 - 2 мкм) и субмикронных (200 ни - 1 мкм) нанопроводовтолщиной 50 - 60 нм оптимальным является применение двухслойной маски10ПММА/ММА с параметрами нанесения нижнего слоя ММА - 400 нм, 5000 об/м,90 сек.), параметрами стеклования - 160 С, 20 мин., параметрами нанесенияверхнего слоя ПММА - 50 нм, 3000 об/м, 30 сек., параметрами стеклования - 140С, 10 мин., параметрами электронно-лучевой литографии - 20КВ, 20 пА, 300-550мкКл/см2, параметрами проявления - толуол:спирт (1:10), 20 С, 55 сек + 5 сек (УЗ)+ 55 сек + 5 сек (УЗ), максимальная толщина пленки металла - 100 нм.- для тонких (15 нм) и узких (50 нм) нанопроводов оптимальным являетсяприменение однослойной маски ПММА с параметрами нанесения - 50 нм, 3500об/м, 45 сек., параметрами стеклования - 160 С, 10 мин, параметрами электроннолучевой литографии - 10КВ, 90 пА, 1100 мкКл/см2, параметрами проявления толуол:спирт (1:10), 20 С, 55 сек + 5 сек (УЗ) + 55 сек + 5 сек (УЗ), максимальнаятолщина пленки металла - 20 нм.Преимуществомнайденныхпараметровприменениядвухслойнойполимерной маски ПММА/ММА является обеспечение нависания верхнего слояполимера над поверхностью образца.
Это дает возможность создаватьнанопровода толщиной до 100 нм с ровными краями.На рисунке 1 приведена последовательность основных этапов созданияодного слоя нанопроводов с применением двухслойной полимерной маскиПММА/ММА.абвгРис. 1. Упрощенная схема технологического маршрута изготовлениянаностурктуры каждого слоя нанопроводов а) формирование 2х слойнойполимерной пленки б) формирование геометрии нанопроводов с помощьюэлектронно-лучевой литографии в) напыление тонкой пленки золота г) удалениеполимерной маскиВо второй части главы описана предложенная и реализованная техникапостроения многослойных интегрированных структур.11Для создания интегрированной системы нанопроводов (с изолированнымэлектродом управления) на этапе формирования нанопроводов нижнего слоя былидополнительно сформированы четыре металлических метки (маркера) испециальная точка фокусировки.
В тексте диссертации приведено подробноеописание разработанной методики совмещения слоев между собой с помощьюэлектронно-лучевой литографии. Анализ общего количества технологическихэтапов, необходимых для изготовления планарного нанотранзистора, и сложностьточного (± 100 нм) совмещения каждого слоя нанопроводов привели кпредложенной и реализованной методике покрытия металлического электродауправления слоем диэлектрика в процессе формирования самого наноэлектрода(рисунок 2).
За счет этого количество технологических этапов изготовленияпланарного нанотранзистора удалось сократить с 5ти до 4х.абРис. 2. Планарные нанопровода, выполненные по многослойной (4 слоя)технологии ( (а) - иллюстрация методики создания 4х слоев (1 - создание грубойструктуры подводящих электродов, 2 - формирование изолированного электродауправления, 3 - создание тонких (15 нм) и узких (50 нм) нанопроводов, 4 создание нанопроводов межсоединений) ), (б) - снимок реального образца(управляющий электрод выделен красным цветом, нанопровода - зеленымцветом)).В предложенной методике на одном технологическом этапе (без повторногонанесения полимерной маски и разрыва вакуума в установке) сначала способомтермического напыления формировался управляющий электрод Al (30 нм) садгезионным подслоем Cr (2 нм).
Затем созданный электрод управленияизолировался натуральным оксидным слоем, выращенным в атмосфере O2 придавлении 8*10-3 мбар в течение 20 минут, и дополнительным слоем Al2O3,12напыленным термическим способом под углом относительно вертикали (2 x 4 нм(± 1.5 град)).Продемонстрирована возможность надежного изготовления тонких (15 нм) иузких (50 нм) золотых нанопроводов (заготовок для создания электродовнанотранзистора) на поверхности Al2O3 (слой изоляции электрода управления) безиспользования дополнительных металлических адгезионных слоев, что являетсяважным в дальнейшем использовании таких электродов/нанопроводов дляисследования электронного транспорта в молекулярных системах.
Электрическиеизмерения полученных нанопроводов (сопротивление порядка 500 Ом)свидетельствуют о высоком качестве получаемых металлических пленок (510-5Ом*см). Изоляционные свойства диэлектрической прослойки (Al2O3 толщиной 8нм), созданной между управляющим затвором и наноэлектродами, демонстрируетее пригодность (сопротивление межслойной изоляции > 100 ГОм) длядальнейшего применения в различных устройствах.Рис. 3.
Снимок РЭМ тонкого (15 нм) и узкого (50 нм) нанопровода-заготовкидля создания наноэлектродов транзистора методом электромиграции.В заключении второй главы приведены основные характеристики ипреимущества предложенных и реализованных методик изготовления заготовок(одна из таких заготовок приведена на рисунке 3) для планарных наноэлектродовтранзистора.В третьей главе, состоящей из трех частей, описаны предложенные методикисоздания системы наноэлектродов, проведения процесса электромиграции в13созданных нанопроводах и проведения процесса саморазрыва золотыхнанопроводов.Во введении к главе приведены сведения из литературы о природе эффектаэлектромиграции, перечислены основные факторы, способствующие егопроявлению.В первой части главы приведено описание предложенной в работе геометриинанопроводов-заготовокдлясозданиянаноэлектродовпланарногонанотранзистора. Данная геометрия (50 нм ширина, 500 нм длина, 15 нм толщина)золотых заготовок-нанопроводов, соединенных с относительно массивныминанопроводами межсоединений (200 нм ширина, 60 нм толщина), способствуетобразованию нанозазора в именно нанопроводах-заготовках.
Локализация местаразрыва обеспечивается созданием тока высокой плотности (10 8 А/см2) черезузкие нанопровода и эффективным отводом тепла от них на более толстыенанопровода межсоединений. Приведенные в работе оценки скорости протеканияпроцесса разрыва пленки (перестройка 105 атомов пленки за 50 мс) определилитребования к экспериментальному оборудованию, созданному нами с цельюполучения контролируемого процесса разрыва тонкой золотой пленки.В этой же части главы дано описание разработанной экспериментальнойустановки (рисунок 4а), обеспечившей контролируемое (за счет достигнутогомалого времени реакции (20 мкс)) проведение процесса электромиграциинанопроводов.абРис. 4. а – Блок схема экспериментальной установки. б – Схема алгоритмапроведения электромиграции в нанопроводах.Во второй части главы приведен предложенный и реализованный алгоритм(рисунок 4б) проведения электромиграции и приведены его параметры,оптимизированные с целью получения узких (менее 5 нм) нанозазоров с большимвыходом годных образцов (более 75 %).14Предложенный алгоритм проведения электромиграции заключается вступенчатом повышении напряжения подаваемого на нанопровод-заготовку (шаг1 мВ со скорость 120 мВ/с) и постоянно повторяющемся (период 10 мкс)измерении сопротивления нанопровода.
При изменении сопротивления более чемна 1% относительно начального значения сопротивления (~ 500 Ом) нанопровода,внешнее воздействие с нанопровода снималось (время обратной связи 20 мкс).Проводилось измерение вольтамперной характеристики нанопровода в диапазоненапряжений, при которых электромиграция заведомо не происходит (до 50 мВ), иопределение нового значения сопротивления заготовки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
