Диссертация (1102985), страница 9
Текст из файла (страница 9)
За счет формирования впроцессе проявления нависания верхнего слоя двухслойной полимерноймаски над образцом при растворении маски в ацетоне не происходилоповреждение краев созданных нанопроводов.Послевысушиваниявсеобразцыисследовалисьврастровомэлектронном микроскопе. Их вид показан на рисунке 24.Рис. 24. Многослойная (4 слоя) система нанопроводов, изолированных другот друга в центре области (80х80 мкм) образца. Нанопровода межсоединенияпоказаны белым, изолированный электрод управления обведен красным,тонкие (15 нм) и узкие (50 нм) нанопровода, лежащие на изолированномэлектроде управления, обведены зеленым.56Таким образом, на образце удалось создать интегрированнуюмногослойную (4 слоя) систему нанопроводов с изолированным электродомуправления. Нанопровода межсоединения имеют самый высокий контрастиз-за самой большой толщины (60 нм) и видны наиболее ярко.Изолированный электрод управления на снимке обведен красным цветом.Расположенные на нем узкие (50 нм) нанопровода обведены зеленым.Снимок в увеличенном масштабе тонкопленочного узкого нанопровода иззолота, лежащего на изолированном электроде управления, приведен нарисунке 25.Рис.
25. Снимок РЭМ тонкого (15 нм) и узкого (50 нм) нанопровода,являющегося заготовкой для создания наноэлектродов транзистора методомэлектромиграции.Измерение электрических характеристик полученных нанопроводов(сопротивлениевсейцепочкинанопроводовмеждуконтактнымиплощадками электродов грубой разводки менее 1 КОм) позволяет говорить овысоком качестве полученных золотых нанопроводов и межсоединениймежду ними (полученное значение удельного сопротивления пленок 5 х 10-5Ом*см).57Измеренныеэлектрическиехарактеристикидиэлектрическойпрослойки (Al2O3 толщиной 8 нм) между электродом управления инанопроводами-заготовками показывают, что ее сопротивление более 100ГОм.
Это позволяет говорить о пригодности такой изолирующей прослойкидля исследований на предельно низких уровнях токов (нА - пА), характерныхдля туннельных систем на основе объектов молекулярного масштаба(молекул, наночастиц, квантовых точек).В заключении главы стоит еще раз привести результаты оптимизациипараметровизготовлениянанопроводовнакаждомэтапесозданиямногослойной структуры нанопроводов:этап 1 создание грубой структуры подводящих электродовнанесение ММА (400 нм, 5000 об/м, 90 сек.), стеклование 160 С, 20 мин.нанесение ПММА (50 нм, 3000 об/м, 30 сек.), стеклование 140 С, 10 мин.УФ 290 нм, 2 минуты, 25 - 27 мВт/см2толуол:спирт (1:3), 20 С, 25 сек + 5 сек (УЗ)Cr - 2 нм, Au - 50 нмэтап 2 создание изолированного электрода управлениянанесение ММА (400 нм, 5000 об/м, 90 сек.), стеклование 160 С, 20 мин.нанесение ПММА (50 нм, 3000 об/м, 30 сек.), стеклование 140 С, 10 мин.EBL 20КВ, 20 пА, 300-550 мкКл/см2толуол:спирт (1:10), 20 С, 55 сек + 5 сек (УЗ) + 55 сек + 5 сек (УЗ)Cr - 2 нм, Al - 30 нм, Al2O3 - 2x4 нм (± 1.5 град)этап 3 создания тонких (15 нм) и узких (50 нм) золотых нанопроводов наповерхности изолированного электрода управлениянанесение ПММА (50 нм, 3500 об/м, 45 сек.), стеклование 160 С, 10 мин.EBL 10КВ, 90 пА, 1100 мкКл/см2толуол:спирт (1:10), 20 С, 55 сек + 5 сек (УЗ) + 55 сек + 5 сек (УЗ)Al - 2 нм, O2 при 8*10-3 мбар, 20 мин, Au - 15 нмэтап 4 создание нанопроводов межсоединениянанесение ММА (400 нм, 5000 об/м, 90 сек.), стеклование 160 С, 20 мин.нанесение ПММА (50 нм, 3000 об/м, 30 сек.), стеклование 140 С, 10 мин.EBL 20КВ, 20 пА, 300-350 мкКл/см258толуол:спирт (1:10), 20 С, 55 сек + 5 сек (УЗ) + 55 сек + 5 сек (УЗ)Cr - 2 нм, Au - 60 нмПреимуществамипредложеннойметодикисозданиясистемынанопроводов являются:- минимальное число технологических этапов (совмещение созданияэлектрода управления и его изоляции в один технологический цикл);- создание надежной межслойной изоляции нанопроводов междусобой;- совмещение всех слоев нанопроводов между собой с высокойточностью (± 100 нм) (применение 4-х выравнивающих маркеров ивыделеннойточкифокусировкивблизиобластиэлектронно-лучевойзасветки);- использование для четырех этапов всего двух типов полимерныхмасок (ПММА/ММА и ПММА) с оптимизированными параметрами дляполучения для всех используемых геометрий нанопроводов ровных краев;Всевышеперечисленноеметодики формированияпоказываетмногослойнойпригодностьструктурыразработаннойнанопроводов длясоздания интегрированной системы электродов нанотранзистора.59Глава 3.
Изготовление нанозазоров с использованием эффектаэлектромиграцииИзвестно, что массивный провод может быть разрушен при пропусканиичерез него большого тока. Однако в случае тонкопленочного проводникаэтот процесс разрушения может быть проведен контролируемым образом[67], и, тем самым, из процесса разрушения можно извлекать определеннуюпользу. Этого удается достигать путем аккуратного использования эффектаэлектромиграции атомов проводника при протекании по нему тока большойплотности. Хотя этот эффект может проявляться и в массивном проводнике,но наиболее сильно его проявление именно в тонких пленках.
Более того,проявление его в тонких пленках гораздо более важно и интересно,поскольку в них этот эффект может быть использован для формированиязазоров. Дополнительной положительной особенностью контролируемогоразрушения структуры пленки является простота создания в тонкопленочномпроводнике тока высокой плотности.Суть эффекта электромиграции состоит в увеличении подвижностиатомов проводника при протекании по нему достаточно большого тока. Приналичии неоднородностей в тонкопленочном нанопроводе существуетопределенная вероятность локализации дефектов и неоднородностей в одномместе, что приводит к локальному уменьшению ширины проводника ипоследующему разрыву с образованием нанозазора.
Под неоднородностью идефектами здесь и далее понимаются любые сбои порядка кристаллическойрешетки - уплотнения, примеси, границы гранул тонкой пленки. Посколькудефекты в тонкопленочном проводнике присутствуют всегда, практически влюбом тонкопленочном проводнике можно наблюдать проявления эффектаэлектромиграции атомов.Эффект электромиграции атомов металла известен достаточно давно первые работы появились в 1960х годах [62,63]. Наблюдался он вметаллических пленочных проводниках микросхем и считался паразитным.60Именно возникновение частых отказов проводников внутри создаваемых в товремя микросхем породило повышенный интерес к изучению эффектаэлектромиграции атомов [68 - 71].
В этих работах в основном исследоваласьэлектромиграция атомов алюминия, однако полученные теоретическиепредставления можно перенести и на проводники из других металлов.Подробнотеориявозникновенияипротеканияэффектаэлектромиграции описана в работе [72]. Здесь уместно привести лишькраткое описание, чтобы объяснить выбор геометрии тонкопленочныхнанопроводов заготовок для формирования в них нанозазоров.В массивном металлическом проводнике джоулево тепло, выделяемоепри протекании тока, рассеивается внутри самого проводника, поэтому припротекании тока высокой плотности (более 104 А/см2) происходит перегрев иплавление проводника.
В случае пропускания тока через тонкопленочныйметаллический электрод важную роль в отводе выделяющегося тепла играетподложка из изолятора под тонкой пленкой проводника. Как правило, вкачестве такой подложки выступает толстый слой изолятора оксида кремнияили оксида алюминия, имеющий достаточно хорошую теплопроводность.Это обеспечивает эффективный отвод выделяемого в тонкой пленкепроводника тепла и, следовательно, позволяет протекать по пленке токубольшей плотности. Тонкопленочный провод способен переносить токвысокой плотности (105 - 106 А/см2) и не достигать при этом температурыплавления материала.Далеебудеттонкопленочномурассматриватьсяпроводнику,случайпосколькупротеканияименноон,кактокапоправило,представляет практический интерес.Тонкая пленка проводника содержит в себе множество плотноупакованных гранул различного размера.
В процессе электромиграции потокатомов, проходящий через поперечное сечение проводника, можно разделитьна две составляющих: поток внутри гранул с правильной кристаллическойрешеткой и поток через межгранульные области (или области с большим61количеством дефектов). Для потока внутри гранул можно записатьуравнение:Jl 1Nl Dl j eZl*kT(3.1)и для межгранульных областей (рассматривая массив гранул как идеальнуюравноосную зернистую структуру (рисунок 26 [73]) уравнение выглядит:Jb 1 NbDb j eZb*kT d(3.2)где N – атомный вес, D – коэффициент диффузии, j – плотность тока, –удельное сопротивление, eZ * – эффективный заряд, k – постояннаяБольцмана, T – абсолютная температура, величина – это эффективнаяширина границы (~10 А), на которой происходит перенос массы и d – этосредний размер гранулы. Нижние индексы l и b показывают соответственнопараметры относящиеся к кристаллической решетке и к границам гранул(межгранульнымслучайнымиобластям).размерамииДляметаллическойрасположениемтонкойгранулвсепленкисопараметры,относящиеся к приграничным (межгранульным) областям в уравнении (3.2),принимают усредненное значение.
Относительный вклад этих двух потоковможет быть оценен из отношения J l к J b :J l Nl d Dl Zl*J b Nb Db Zb*Измеренные значенияZ l*и(3.3)Z b*показывают, что, как правило, ониразличаются не более, чем на порядок. Для тонкой пленки с размеромгранулы около 1 мкм при температуре 0.5 Tm , где Tm – температура плавленияматериала,Nl1Nbd 103Dl 107DbJl 104Jb(3.4)Таким образом, при относительно небольшой температуре (менее половинытемпературы плавления) поток атомов внутри гранул намного меньше, чемпоток атомов в межгранульных областях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
