Автореферат (1104201), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Исследованы электрические характеристики нанозазоров менее5 нм между золотыми электродами. Впервые продемонстрировановлияние контаминации, образующейся под электронным лучом вовремя сканирующей электронной микроскопии, на проводимостьнанозазора.3. Разработана оригинальная методика контролируемого встраивания малых наночастиц золота (2 – 4 нм) из раствора в нанозазормежду металлическими электродами с помощью эффекта диэлектрофореза.54. Исследован туннельный электронный транспорт через одиночныезолотые наночастицы, а также через несколько наночастиц в широком диапазоне температур (77 – 300 K).
Впервые продемонстрирован одноэлектронный характер проводимости такой системы вовсём диапазоне температур, а также возможность управления током через наночастицы с помощью электрического поля при температурах до 77 – 220 К5. Разработана оригинальная технология изготовления кремниевыхнанопроводов с сужением менее 50 нм из неравномерно легированного кремния на изоляторе.6. Впервыеразработанаметодикаконтролируемогопостепенногоуменьшения размера кремниевого нанопровода, обеспечивающаяпостепенный переход от провода с омическим сопротивлением кодноэлектронному транзистору на одиночных примесных атомах.Практическая значимостьРезультатыдлясозданиядиссертационнойразнообразныхработымогутбытьвысокотемпературныхиспользованыодноэлектронныхустройств, таких как сверхчувствительные зарядовые сенсоры с высокимпространственным разрешением для сканирующих зондовых микроскопов.Применение разработанных одноэлектронных транзисторов в качестве элементов электронных вычислительных схем, в том числе квантовых, перспективно в связи с полученным высоким значением зарядовой энергииэтих устройств.
Кроме того, разработанные в настоящей работе технологиисоздания одноэлектронных транзисторов на основе золотых наночастици атомов фосфора могут быть использованы также для создания и исследования одноэлектронных устройств на основе других наноразмерныхобъектов: различных молекул и примесных атомов.Mетодология и методы исследования. Методика изготовлениянаноструктур, изучаемых в диссертационной работе, совместима со стандартной планарной технологией изготовления интегральных схем. Для создания экспериментальных образцов использовались следующие методынанесения тонких плёнок: термическое вакуумное напыление, магнетронное распыление материалов. Для структурирования наносимых плёнок использовались два метода: фото- и электронно-лучевая литография.
Использование глубокого ультрафиолета (длина волны 254 нм) при фотолитографии позволяло использовать для обоих методов литографии один итот же слой позитивного полимерного резиста — полиметилметакрилат(ПММА). Для переноса рисунка, сформированного в слое резиста, в слойметалла или кремния использовался один из двух методов: реактивно-ионное травление тонких плёнок и так называемая "взрывная"литография(lift-off ). Для создания нанозазоров методом электромиграции в ходе выполнения этой работы был создан стенд на базе скоростных ЦАП и АЦП,интегрированных с процессором. Основными методами диагностики полу6ченных структур были световая, атомно-силовая и сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения, а также непосредственные прецизионные электрические измерения (с точностью по току до 1 пА), проводимые на постоянном токе.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Сопротивление утечки нанозазоров, изготовленных по разработанной в настоящей работе методике, превышает 300 ГОм в диапазоненапряжений до 0.5 В при величине зазора менее 5 нм, что делаетих пригодными для создания планарных молекулярных одноэлектронных транзисторов и их исследования. Выход годных зазоровсоставляет более 90 %,2. Разработанные лабораторные экспериментальные методики создания нанозазоров и встраивания наночастиц с помощью методаэлектротреппинга позволяют получать одноэлектронные транзисторы на основе малых (2 – 4 нм) наночастиц золота с выходомгодных более 10 %.3. Транспорт электронов через сформированные одноэлектронныетранзисторы имеет коррелированный характер при температуредо 300 К.
Продемонстрировано управление туннельным током через одиночную наночастицу с помощью затвора при температуредо 220 К4. Разработаннаятехнологияизготовленияиконтролируемогоуменьшения размера кремниевого нанопровода с помощью коротких сеансов реактивно-ионного травления (5 – 10 с) позволяетполучать экспериментальные образцы для исследования туннельного транспорта электронов через несколько (1 – 3) примесныхатомов.5. Коррелированное туннелирование электронов через сформированное сужение в кремниевых нанопроводах с единичными примесными атомами фосфора имеет место как при температуре 4.2 К, таки при 77 К.Достоверность полученных результатов обеспечивается согласиемэкспериментально измеренных электрических характеристик полученныхсистем с теоретически предсказанными значениями и зависимостями, атакже согласием с экспериментальными данными, известными из литературы.Личный вклад.
В диссертации приведены результаты, полученныенепосредственно автором или при его активном участии. Соискатель принимал непосредственное участие в постановке задач, изготовлении экспериментальных образцов, проведении экспериментов, обработке и анализерезультатов, подготовке статей и докладов на конференциях.Апробация работы.Основныелись на следующих конференциях:7результатыработыдокладыва1.
XIV Всероссийская научная школа-семинар «Физика и применение микроволн» («Волны-2013»), Красновидово, Московская область, Россия.2.4ℎInternational Conference on Superconductivity and Magnetism —ICSM-2014, Antalya, Turkey3. InternationalConference“Micro-andNanoelectronics––2014”(ICMNE-2014), “Ershovo” resort, Zvenigorod, Moscow Region, Russia,20144. V International Scientific Conference STRANN 2016, Санкт-Петербург, Россия, 20165.
XV Всероссийская школа-семинар “Волновые явления в неоднородных средах” имени А.П. Сухорукова (“Волны-2016”), Красновидово, Московская область, Россия, 20166. 26-ая международная крымская конференция “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, 2016 г., Севастополь, Россия,20167. InternationalConference“Micro-andnanoelectronics—2016”(ICMNE — 2016), Moscow, Zvenigorod, Russia, 2016Публикации.
Основные результаты по теме диссертации изложеныв 13 печатных изданиях, 3 из которых изданы в журналах, индексируемыхScopus и Web of Science, 1 — в рецензируемых трудах конференции, 9 — втезисах докладов.Содержание работыВо введении обосновывается актуальность исследований, проводимых в рамках данной диссертационной работы, приводится короткий обзор по сегодняшнему состоянию наноэлектроники в целом, а также болееподробный обзор научной литературы по более узкой изучаемой теме: одноэлектронных устройств на основе одиночных молекул и атомов. Такжеформулируется цель, ставятся цели и задачи работы, излагается научнаяновизна и практическая значимость представляемой работы.
Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, обосновывается достоверность полученных результатов, приведён список печатных работ идокладов на конференциях, в которых содержатся основные результатыданной диссертационной работы.Первая глава состоит из 4-х параграфов. Она содержит в себе обзор методов создания одноэлектронных транзисторов на основе одиночныхмолекул, молекулярных кластеров, наночастиц и одиночных примесныхатомов, а также обзор основных известных на сегодняшний день свойствэлектронного транспорта в подобных структурах.В первом параграфе рассмотрены стоящие особняком методики, использующие для создания электродов молекулярного транзистора актив8ное механическое устройство.
В первой из них в качестве одного из электродов транзистора используется игла сканирующего туннельного микроскопа. В другой методике электроды создаются путём механического разрываподвешенного нанопровода с помощью деформации подложки. Несмотряна то, что эти методы играют важную роль в научных исследованиях вобласти молекулярной электроники, их крайне сложно приспособить длярешения каких-либо прикладных задач.Далее представлен обзор различных методов создания молекулярныходноэлектронных транзисторов в более практически значимой планарнойреализации. В этом случае задача создания транзистора естественным образом разделяется на два независимых технологических этапа:1.
Создание системы планарных металлических электродов с нанозазором величиной менее 5 нм.2. Встраивание молекулярного объекта, служащего островом формируемого транзистора, в нанозазор.Во втором параграфе представлен обзор методов создания планарных металлических систем электродов с нанометровым зазором между ними. Рассматриваются как возможности современной нанолитографии в качестве наиболее технологичного и воспроизводимого способа, так и различные лабораторные методики, позволяющие получать предельно маленькиезазоры (иногда даже менее 1 нм), но трудно переносимые в индустриальное производство. Среди этих методик выделены наиболее часто используемые:1.
Способы контролируемого уменьшения предварительно созданного зазора путём электрохимического осаждения или вакуумногонапыления металла.2. Контролируемый разрыв предварительно сформированного металлического нанопровода с использованием эффекта электромиграции атомов в тонких плёнках.Критериями оценки указанных методов выступали итоговый размерполучаемых зазоров, их воспроизводимость, масштабируемость технологии. Обоснован выбор метода контролируемого разрыва нанопровода, атакже указаны особенности метода, требующие изучения и модификациидля успешного выполнения данной диссертационной работы.В третьем параграфе представлен обзор методов встраивания и закрепления наночастиц или молекул в нанозазор между металлическимиэлектродами. Представлены методы самосборки и самоорганизации молекул и наночастиц на поверхности.
Также рассмотрены работы, использующие эффект диэлектрофореза, позволяющий обеспечить адресное встраивание наночастицы в зазор.В четвёртом параграфе приведён обзор имеющихся на сегодняшнийдень работ по тематике транзисторов на основе одиночных примесных атомов. Рассмотрены основные методы изготовления лабораторных образцов.9В большинстве работ исследуются системы случайно распределённых вкристаллической структуре примесных атомов. При этом, интересующиеобразцы отбираются из числа большого количества изготовленных структур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
