Диссертация (1102985), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Исследование свойств поверхности тонких металлических пленок иисследование способов закрепления малых (менее 5 нм) наночастиц наповерхноститакихпленок.Разработкаэкспериментальнойразмещения одиночных молекул или малых наночастицметодикив получаемыхнанозазорах.6. Исследование электронного транспорта при комнатной температуречерез наноструктуры на основе одиночных молекул/наночастиц и выявлениеего особенностей.Объектамиисследованиявработеявлялисьмолекулярного масштаба (единицы нанометров),наноструктурывключающие в себяпланарную многослойную систему наноэлектродов и золотые наночастицы.Методики изготовления и исследования.
Основными методамисоздания планарных пленочных наноструктур в работе являлись: технологиятермического напыления металлических нанопленок, технология распыленияматериалов при помощи сфокусированного электронного пучка, технологиямагнетронного распыления материалов. Для создания интегрированнойсистемы наноэлектродов применялась ультрафиолетовая [УФ] (290 нм)фотолитография с использованием полимерных масок (1 и 2 слоя).Формирование рисунка мелких деталей маски наноструктуры проводилосьпри помощи электронно-лучевой литографии (характерный размер элементовменее 100 нм).Основными методами морфологических исследований было изучениеполученных наноструктур с помощью электронной микроскопии, атомносиловоймикроскопии,сканирующейтуннельноймикроскопии.Исследование транспорта электронов через полученные сверхвысокоомные(более 10 ГОм) наноструктуры проводилось при помощи созданнойустановки (с разрешением по току менее 100 фА).9Для анализа результатов использовались методики численного расчетаэлектрическиххарактеристиктуннельныхструктурсразличнымипараметрами.Научная новизна исследования определяется тем, что в работевпервые было продемонстрировано следующее:1.
Разработанановаялабораторнаятехнологияизготовленияинтегрированной трехэлектродной системы, состоящей из узких (50 нм) итонких (15 нм) электродов исток-сток с расстоянием менее 5 нм между ними,изолированных от электрода управления диэлектрическим слоем толщинойменее 10 нм.2. Спроектированаисозданаавтоматизированнаяпозволяющая проводить процесс электромиграцииустановка,контролируемымобразом, а также проводить измерения образцов с сопротивлениями более 10ГОм.3.
Предложен и реализован алгоритмпроцессаэлектромиграциизолотыхконтролируемого проведениянанопроводов,пригодныйдляизготовления статистически значимых количеств (~100 единиц) образцов спроизводительностью 1 образец/час.4. Определен диапазон оптимальных параметров для стабильногополучения нанозазоров с размером менее 5 нм в тонких нанопроводах свыходом годных образцов более 75 %.5.
Предложена и разработана методика размещения и закреплениямалых (2 - 3 нм) наночастиц золота в нанозазорах.6. Совместное применение всех упомянутых выше методик позволилополучить лабораторные макеты планарных нанотранзисторов на основеодиночных наночастиц золота диаметром около 3 нм, помещенных внанозазоры сток-исток размером менее 5 нм.7. Продемонстрирован одноэлектронный транспорт электронов визготовленныхмакетахпланарных10нанотранзисторов(наноструктурахнаноэлектрод-золотая наночастица-наноэлектрод (размер наночастицы 2 - 3нм)) при комнатной температуре.Практическая значимость результатов исследования заключается втом,чтопредложенспособсозданиямногослойныхпланарныхнаноэлектродов, образующих исток, сток и затвор одноэлектронноготранзистора,допускающихразмещениенаночастицыилимолекулыразмером 2-3 нм в зазоре менее 5 нм между истоком и стоком транзистора.Созданные наноструктуры позволяют исследовать управляемыйэлектронный транспорт через малые наночастицы и даже через одиночныемолекулы.
Предложенный способ пригоден для создания прототиповцифровых и аналоговых устройств нового поколения. Использованиесовременных методов электронной литографии высокого разрешения истандартных для электронной промышленности методик изготовлениянаноструктур дает возможность промышленного изготовления подобныхэлементов наноэлектроники.Разработанный алгоритм проведения электромиграции для получениязазора между электродами истока и стока транзистора является полностьюавтоматизированным и позволяет получать большой выход годных образцов(более 75%), что также немаловажно для практического применения.Разработанная методика осаждения наночастиц с диаметром 2-3 нм в зазормежду истоком и стоком открывает новые возможности для построения на ихосноверазличныхустройств:планарныходноэлектронныхсхем,чувствительных биосенсоров и блоков памяти сверхвысокой емкости.Положения, выносимые на защиту:1.
Созданная лабораторная методика позволяет получать и изучатьнаноструктуры на основе одиночных молекул/наночастиц предельно малыхразмеров (2-3 нм).112. Изготовленные многослойные системы планарных металлическихнаноэлектродов, изолированных друг от друга, с нанозазорами сток-истокменее 5 нм пригодны для создания одноэлектронного транзистора.3.Разработаннаяметодикаразмещенияизакреплениямалыхнаночастиц золота (2-3 нм) в нанозазоре между электродами позволяетполучать лабораторные макеты одноэлектроных транзисторов.4. Разработанная экспериментальная установка и методика измеренийпригодна для исследования электронного транспорта через наночастицы имолекулы и позволяет измерять электрические характеристики созданныхустройств с высокой чувствительностью (входное сопротивление 100 ГОм,время реакции менее 20 мкс, контроль тока на уровне 100 фА).5.
Разработанный алгоритм и подобранные параметры проведенияуправляемогопроцессаразрыватонкопленочногонанопроводадляполучения в нем нанозазора (менее 5 нм) с выходом годных образцов более75% пригодны для формирования одноэлектронного транзистора.6. Измеренныеизготовленныехарактеристики транспорта электронов черезнаноструктурынаосновеодиночныхнаночастицдемонстрируют одноэлектронный транспорт при комнатной температуре 300К.Достоверность полученных результатовв работе обеспеченасовпадением экспериментально измеренных электрических характеристик стеоретически предсказанными значениями и зависимостями, а такжесовпадением с экспериментальными и теоретическими данными, известнымииз литературы.Личный вклад автораВ диссертации приведены результаты, полученные непосредственноавторомилиприегоактивномучастии.Соискательпринималнепосредственное участие в постановке задач, проведении экспериментов,12проектировании и создании экспериментальной установки, обработке ианализе результатов, подготовке статей и докладов на конференциях.Апробация работы Результаты работы были доложены на XIVМеждународной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов2007»,международнойконференции«МикроиНаноэлектроника2007»,международнойконференции«МикроиНаноэлектроника 2009», международной конференции «Сверхпроводимость имагнетизм 2010», международной конференции «Микро и Нано электроника2012», XIV Всероссийской научной школе-семинаре «Физика и применениемикроволн» («Волны-2013»).Результаты диссертационной работы представлены в 9 публикациях,включая 3 статьи в рецензируемых журналах, 3 публикации в рецензируемыхтрудах конференций, тезисы докладов на 3 международных конференциях.Исследование имеет следующие структуру и объем.
Диссертациясодержит введение, пять глав, заключение, список опубликованных работавтора и список использованной литературы. Текст диссертации изложен на137 страницах, включающих 50 рисунков. Библиография включает 109наименований.13Глава 1. Обзор методик создания металлическихнаноэлектродов для молекулярных наносистемПостроениенаносистемымолекулярныхмасштабов,дажесприменением передовых нанотехнологий, остается достаточно труднойтехнической задачей.
Как правило, построение молекулярной системыразбивается на два независимых этапа: построение интерфейса к рабочемуобъекту (молекуле, квантовой точке или наночастице) и подбор, размещениеи закрепление рабочего объекта к внешнему интерфейсу. Под интерфейсомздесь и далее понимается создание металлических подводящих электродов отмакроскопическихконтактныхплощадоккобъектаммолекулярногомасштаба (наночастицам, молекулам, квантовым точкам).Первыеработыпоисследованиюнаноструктурпредполагалииспользование в качестве элемента наноструктуры иглы сканирующеготуннельного СТМ [19 - 21] или атомно-силового микроскопа АСМ [22].Данный подход для исследования молекулярных объектов остаетсяпопулярным и на сегодняшний день [23 - 26].
Идея заключается в нанесениина проводящую подложку (или металлический электрод) молекулярныхкластеров или наночастиц и последующем поиске и исследованииодиночных объектов путем снятия вольтамперных характеристик. Основнымнедостатком такого метода является температурный дрейф острия иглымикроскопа относительно подложки и, как следствие, сложность фиксациипараметров воздействия на рабочие объекты при их исследовании.Отдельной проблемой при применении данного метода стоит формированиеэлектрода управления для более полного исследования особенностейтранспорта электронов.
Как правило, для этого на подложке рядом с местомисследования приходится формировать дополнительный электрод [10].Некоторое развитие данного метода связано с использованием самосборкихимических соединений на поверхности или игле микроскопа[27,28]. Этопозволяет добиваться большей однородности в создаваемых и исследуемых14структурах, однако, по-прежнему, применение такого метода требуетиспользования в конечной наноструктуре иглы микроскопа, что значительноограничивает дальнейшее применение изготавливаемых наноструктур.Развитием подхода с использованием иглы СТМ для создания иисследования наноструктур можно считать создание планарных наностуктурс вертикальными переходами [29 - 32].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
