Наносенсоры на основе полевых и одноэлектронных транзисторов (1104016)

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

Текст из файла

На правах рукописиАмитонов Сергей ВладимировичНаносенсоры на основе полевых иодноэлектронных транзисторов01.04.04 – физическая электроникаАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2013Работа выполнена на кафедре Атомной физики, физики плазмы имикроэлектроники Физического факультета Федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования «Московский государственныйуниверситет имени M.В.Ломоносова».Научный руководитель:к.ф-м.н.

Крупенин Владимир АлександровичОфициальные оппоненты:д.ф.-м.н, чл.-корр. РАН Лукичев Владимир Федорович,заместитель директора по научной работе Федеральногогосударственного бюджетного учреждения науки«Физико-технологический институт Российской академии наук»,к.ф-м.н. Гудков Александр Львович,директор Федерального государственного унитарного предприятия«Научно-исследовательский институт физических проблемим.

Ф.В. Лукина»,Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институтрадиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН».Защита состоится «3» октября 2013 года в 17-30 на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.66 при Московском государственномуниверситете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва,Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Физический факультет МГУ, ауд. СФА.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГУ имениМ.В.Ломоносова.Автореферат разослан «29» августа 2013 годаУченый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.66,к.ф.-м.н.,И.Н.Карташов3Общая характеристика работыАктуальность темы работыСовершенствование технологического процесса полупроводникового про­изводства позволило в 2002 году перейти к 90 нм технологии производ­ства, что, по определению, означает переход от микро- к нанотехнологиям.Этот переход послужил катализатором дальнейшего роста интереса изучениясвойств различных наноструктур размером от нескольких нанометров, кото­рые с одной стороны слишком велики для описания их на уровне отдельныхатомов, а с другой стороны достаточно малы, чтобы их свойства отличалисьот свойств массивного образца.Одной из таких наноструктур является полупроводниковый нанопро­вод (НП) — структура с поперечными размерами менее 100 нм, а продоль­ными много больше поперечных.

Кремниевые нанопровода оказались осо­бенно интересным объектом для изучения, благодаря их потенциальной сов­местимости со стандартной технологией полупроводникового производства.На Рисунке 1 представлен самый показательный пример актуальности ра­боты — рост числа публикаций с сочетанием «silicon nanowire» в названиив 1995–2011 гг. по данным базы «Web of Knowledge». За прошедшее де­сятилетие было предложено множество оригинальных устройств на основекремниевых НП для применений в различных областях науки и техники отнелинейной оптики до аккумуляторных батарей. Особняком в этом ряду сто­ят зарядовые сенсоры и сенсоры электрического поля на основе НП — поле­вые транзисторы, канал которого выполнен в форме НП (канал-нанопровод),которым посвящена данная работа.Другим интересным примером наноразмерного полевого/зарядового сен­сора является одноэлектронный транзистор, первый образец которого былсоздан более 25 лет назад, однако, и сегодня не потерявший своей акту­альности благодаря тому, что именно он является наиболее чувствительным4808800Количество публикаций70066660053850044740035830025619420010025659111199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020110296 11 2393Рис.

1. Количество публикаций с сочетанием в названии «silicon nanowire» в 1995–2011 гг.(по данным базы «Web of Knowledge»).электрометром, обладающим, к тому же, высоким пространственным разре­шением. Интерес к данным устройствам снова вырос с переходом к изготов­лению одноэлектронных транзисторов из кремния, что позволило добитьсяпредельно малых размеров его элементов (∼10 нм) и, как результат, высо­ких рабочих температур устройства, вплоть до комнатных, что привело ксозданию в 2012 году одноатомного одноэлектронного транзистора1 .Как видно из Рисунка 2, демонстрирующего сравнение различных поле­вых сенсоров в широком диапазоне температур, именно эти два устройства —1Fuechsle M., Miwa J.

A., Mahapatra S. et al. A single-atom transistor // Nature Nanotechnology. 2012.Vol. 7, no 4. P. 242–246.√Зарядовая чувствительность (/ Гц)510−7ОЭТ10−610−5ПТсНП10−410−310−2ПТ10−110010110−3НЭМ10−210−1100101Температура (К)102103Рис. 2. Сравнение предельных чувствительностей различных полевых/зарядовых сенсоров:одноэлектронных (ОЭТ) и полевых транзисторов (ПТ), полевых транзисторов с каналом­нанопроводом (ПТсНП), а также наноэлектромеханических устройств (НЭМ) — и их харак­терных рабочих температур2 .одноэлектронный транзистор и полевой транзистор с каналом-нанопроводом— являются наиболее интересной основой для построения сверхчувствитель­ных полевых/зарядовых сенсоров для широкого спектра применений.Цель диссертационной работы состоит в разработке технологии из­готовления из кремния на изоляторе (КНИ) высокочувствительных поле­вых/зарядовых сенсоров на основе одноэлектронных транзисторов и полевыхтранзисторов с каналом-нанопроводом, измерении и исследовании электри­ческих характеристик, анализе и физической интерпретации наблюдаемыхсвойств изготовленных экспериментальных структур.2на основе Salfi J., Savelyev I.

G., Blumin M. et al. Direct observation of single-charge-detection capabilityof nanowire field-effect transistors // Nature Nanotechnology. 2010. — Sep. Vol. 5, no. 10. P. 737–741.6Научная новизнаВ диссертационной работе получены следующие новые результаты:• впервые стандартными методами микроэлектроники изготовлен биосен­сор на основе полевого транзистора с каналом-нанопроводом и барьера­ми Шоттки, обладающий предельно возможной pH-чувствительностью,∼60 мВ/pH;• впервые изготовлен биосенсор на основе полевого транзистора с кана­лом-нанопроводом и барьерами Шоттки для детектирования специфи­ческой реакции моноклональных мышиных антител к трансферрину сбелком G;• разработан оригинальный метод изготовления полевого транзистора сомическими контактами к каналу-нанопроводу на основе неравномернолегированного КНИ;• впервые подробно исследованы транспортные и шумовые характеристи­ки одноэлектронных транзисторов из сильно легированного КНИ в диа­пазоне температур 15 мК-4,2 К;• впервые создан одноатомный одноэлектронный транзистор на основеединичных допантов мышьяка в кремнии.Практическая значимостьРезультаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы длясоздания на основе полевого транзистора с каналом-нанопроводом диагности­ческой лаборатории на чипе для регистрации предельно низких концентра­ций биологических объектов (белков, ДНК, вирусов).

На основе разработан­ных одноэлектронных и полевых транзисторов из КНИ могут быть созданысверхчувствительные полевые/зарядовые сенсоры с нанометровым простран­ственным разрешением для локальных и сканирующих зондовых устройствс широким спектром применения в науке, технике и медицине.7Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались на следующих конфе­ренциях:1. 17th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology»,Minsk, Belarus, 2009.2. Конференция «Объединенный Дальневосточный научно-исследователь­ский центр ДВФУ и ДВО РАН — ведущий научный интегратор внед­рения инновационных методов исследований в биотехнологиях и нано­технологиях», Владивосток, 2010.3.

18th International Symposium «Nanostructures: Physics and Technology»,Saint-Petersburg, 2010.4. Конференция «Современные достижения бионаноскопии», Москва, 2010.5. Конгресс «Медицинская физика – 2010», Москва, 2010.6. Конференция «Современные достижения бионаноскопии», Москва, 2011.7. Конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты инновацион­ных проектов и их защита в едином экономическом пространстве 2011»,Москва, 2011.8.

Conference «Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy», Moscow, 2011.9. Conference «The 6th General Meeting of ACCMS-VO», Tohoku, Japan,2012.10. Conference «Micro- and Nanoelectronics – 2012», Zvenigorod, 2012.11. Conference «The 7th General Meeting of ACCMS-VO», Tohoku, Japan,2012.8ПубликацииМатериалы диссертации опубликованы в 20 печатных работах, из них 7статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ [1–7], 13статей в сборниках трудов конференций и тезисов докладов [8–20].Личный вклад автора В диссертации приведены результаты, получен­ные непосредственно автором или при его активном участии.

Все экспери­ментальные образцы наноструктур изготовлены автором лично. Совместнос соавторами автором разработана технология изготовления биосенсора наоснове полевого транзистора с каналом-нанопроводом и барьерами Шоттки.Совместно с соавторами проведены измерения электрических характеристикбиосенсора и детектирования специфической реакции моноклональных мы­шиных антител против трансферрина с белком G.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации