Диссертация (1102985), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При последующем термическом допылении атомовметалла часть этих атомовбудет оседать на поверхности электродов,22постепенно сужая зазор до единиц нанометров. Основным недостаткомтакого подхода является отсутствие возможности организовать обратнуюсвязьиконтролироватьширинуполучающегосянанозазора.Из-затехнологического разброса исходных ширин зазоров процент выхода годныхобразцов при использовании такого метода остается довольно низким.Однако нельзя не отметить дополнительную особенность данного метода формирование третьего электрода в области зазора по мере сужениярасстояния между первоначальными электродами. Эта особенность можетнайти применение при построении на базе такого метода наносистеммолекулярного масштаба.1.5.
Методика электромиграции металлических нанопроводовВ противоположность методам сужения изначально большого зазорамежду нанопроводами недавно был предложен метод разрыва нанопровода сформированиемвнемзазора(рисунок7)[17,18].Самэффектэлектромиграции атомов металла при протекании по проводнику токавысокой концентрации известен уже почти 50 лет [62,63]. Однако донедавнего времени отношение технологов к этому эффекту было сугубонегативное.абРис.
7. Метод создания интерфейса к рабочим объектам молекулярныхнаносистем на основе эффекта электромиграции. а) - РЭМ снимокнаноэлектродов; б) - изменение проводимости нанопровода в ходеэлектромиграции [18]23Сейчас, при построении интерфейсов к молекулярным системам, об этомэффекте вспомнили вновь, и предпринимаются попытки использовать егодля создания наноэлектродов к рабочим объектам (наночастицам, молекулами квантовым точкам). Применение методики создания наноэлектродов наоснове эффекта электромиграции атомов золота до сих пор содержит многонерешенных проблем.
Однако, по нашему мнению, эта методика являетсянаиболее перспективной (более подробно предложенный и реализованныйнами вариант методики рассматривается в главе 3).Такназываемыестандартныелитографическиетехникинасегодняшний день получили очень широкое применение. К сожалению, дажес использованием передового оборудования, как было показано выше, неполучается конструировать интерфейсы к молекулярным системам прямойлитографией.базирующихсяВпоследнеенавремяприменениипредложенцелыйэлектронно-лучевойрядметодик,литографии,дляполучения зазоров между электродами.
Все из перечисленных выше методиксоздания нанозазоров имеют свои недостатки (стабильность получающихсянанозазоров, процент выхода годных образцов, сложность дальнейшегоприменения в наносистемах). Однако, по нашему мнению, наиболееперспективной с точки зрения дальнейшего применения в наносистемахмолекулярногомасштабаявляетсяметодиканаосновеэффектаэлектромиграции. Поэтому именно она выбрана в качестве методаизготовлениянаноэлектродоввданнойработе(подробнеесамаэлектромиграция и предложенный в работе оригинальный алгоритм еепроведения рассмотрены в главе 3).24Глава 2.
Создание многослойной интегрированной системынанопроводов для исследования электронного транспорта вмолекулярных наносистемахДляформированияиспользовалисьметодикипланарныхметаллическихультра-фиолетовой[УФ]нанопроводовлитографиииэлектронно-лучевой литографии. Принцип данных техник заключается внанесении на образец защитного полимерного слоя и формировании в немпрообраза электродов с заданной геометрией. Разрыв молекулярных связей вполимерных соединениях, обеспечивающий такое формирование, возможенпод действием изменения химических свойств полимера при его облученииультрафиолетом или под действием пучка электронов.
Однако характерныйразмер получающегося рисунка (разрешение литографии) значительноотличается: для УФ ~ 500 нм, для пучка электронов ~50 нм. Удалениеучастковполимерасразорваннымисвязями(засвеченныепроводилось в проявителе (растворе толуола и спирта).области)Для разныхгеометрий электродов в работе использовались различные полимерныемаски: 1 и 2 слоя полимер/ сополимер, и полимер/полимер.2.1 Формирование системы металлических наноэлектродов на образцеПередформированиемнанопроводовпроводиласьподготовкаподложки. Подложками в работе служили стандартные кремниевыепластины (1А2КДБ-10) диаметром 76 мм и толщиной 0.5 мм.
Пластиныпервоначально промывались в ультразвуковой (УЗ) ванне в растворе ацетонаи изопропилового спирта с целью удаления загрязнений, которые моглимешать при нанесении полимера. После этого пластины на 2 минутыпомещались в 10 % раствор плавиковой кислоты (HF) для удалениязагрязнений поверхности и слоя естественного оксида с поверхностипластины. После раствора HF пластины промывались в проточнойдистиллированной воде. Затем проводилось нанесение на пластины толстого25слоя(400нм)диэлектрикаSiO2. Нанесение проводилосьметодоммагнетронного распыления мишени SiO2 в два этапа (2 слоя по 200 нм) сразрывом вакуума. Такое двухступенчатое нанесение необходимо дляуменьшения вероятности образования дефектов в изолирующем слое.Напыление проводилось в установке марки Leybold Z-400 в атмосфере газовAr (давление 1.2*10-2 мбар) и O2 (3*10-3 мбар).
Скорость распыленияустанавливалась 2 А/с.Затем на сформированный слой диэлектрика наносились различныеполимерные маски для проведения УФ литографии и электронно-лучевойлитографии. В работе были определены оптимальные параметры нанесения изасветки для следующих масок: однослойная маска из полиметилметакрилата(ПММА - полимер фирмы Microchem PMMA 950 C2[64]), двухслойная маскаиз ПММА и двухслойная маска из ПММА/ММА (ММА - сополимер фирмыMicrochem 8.5EL11[65]).
Стоит отметить, что все используемые в работемаски являются позитивными, то есть растворяютсяв проявителезасвеченные области с разорванными молекулярными связями.Наиболее часто используемой в работе полимерной маской была маскаиз двух слоев ПММА/ММА разной толщины. Параметры нанесения,определенные в ходе работы для надежного получения нанопроводов, и сампроцесс нанесения описаны ниже.Первый слой ММА (сополимер фирмы Microchem 8.5EL11) наносилсяметодом центрифугирования (скорость вращения подложки 5000 об/м) втечение 90 секунд.
После чего проводилось стеклование сополимера накерамической плитке при температуре 160 С в течение 20 минут. Толщинапленки сополимера составляла около 400 нм.Второй слой полимера (электронный резист Microchem PMMA 950 C2)наносился также методом центрифугирования на скорости 3000 об/м втечение 30 секунд (толщина пленки около 50 нм). Стеклование полимера накерамической плитке проводилось при температуре 140 С в течение 10минут.26После формирования на подложке двухслойной пленки ПММА/ММАкерамическая пластина разрезалась алмазным резцом на маленькие образцы(чипы) размером 9х9 мм. Для снятия механических напряжений вполимерной пленке дальнейшие операции с образцами проводились не ранеечем через сутки. На рисунке 8 приведено схематичное изображение образца сизолирующим диэлектрическим слоем SiO2 и двухслойной полимернойпленкой ПММА/ММА.Рис.
8. Схематичное изображение образца (Si) с изолирующимдиэлектрическим слоем SiO2 и двухслойной полимерной пленкой.Для формирования маски проводилась засветка грубой структуры (от 2мм до 5 мкм) электродов с помощью УФ излучения с длиной волны 290 нм.Интенсивность излучения устанавливалась 25 - 27 мВт/см2 , время засветкисоставляло2минуты.Топологиязасветкиопределяласькварцевымфотошаблоном (рис. 9). Светлые области на шаблоне соответствуютметаллическомуизлучения.покрытию,ТемныеучасткипрепятствующемушаблонапроникновениюявляютсяпрозрачнымиУФдляультрафиолета и как раз они определяли геометрию электродов.
Центральнаяобласть данного шаблона (80 х 80 мкм) является непрозрачной, этопозволило в дальнейшем формировать в центре образца субмикронныеструктуры.27Рис 9. Кварцевый фотошаблон (темные участки - области прозрачные дляУФ), формирующий маску для подводящих электродов при УФ засветке сдлиной волны 290 нм и интенсивностью 25-27 мВт/см 2 в течение 2-х минут.Заключительной фазой формирования маски было "вскрытие окон"электродов в двухслойной полимерной пленке, которое осуществлялосьудалением засвеченных областей в смеси толуола и изопропилового спирта(соотношение 1 к 3).
Смесь была термостатирована при температуре 20 С,время проявления составляло 25 секунд без УЗ и 5 секунд - в присутствииУЗ.Послепроявленияобразцыкратковременнопомещалисьвизопропиловый спирт и затем высушивались на центрифуге.Разная высота слоев двухслойной полимерной маски и разнаячувствительность полимера и сополимера к УФ излучению обеспечилинависаниеверхнегослоямаскинадповерхностьюобразцов.Этообстоятельство является крайне важным для двухслойных масок, именно спомощью такого нависания возможно добиваться ровных (незадранных)краев создаваемых электродов. Задранный край тонкопленочного электродазначительноусложняетпоследующеесоединениеснимтонкихнанопроводов (на неровном краю может отсутствовать электрическийконтакт).
Параметры создания двухслойной маски оптимизировались с28учетом исключения такой ситуации. Наличие нависания верхнего слоя маскинаднижним(рисунок10)позволяетговоритьобоптимальностиопределенных параметров.Рис. 10. Схематичное изображение образца (Si) с изолирующимдиэлектрическим слоем SiO2 и двухслойной полимерной маской.
Послезасветки в УФ и удаления засвеченных областей в растворе проявителя.Напыление пленки металлических электродов грубой структуры(подводящих электродов с размерами от 2 мм до 5 мкм) проводилось вустановке Leybold L-560 при давлении не хуже 8*10-7 мбар. Первоначальнометодом термического распыления с помощью электронного луча на образцынаносился тонкий (2 нм) слой Cr.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
