Диссертация (1104202), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Впервые исследована при комнатной температуре временная динамикапроводимости квантового провода, образующегося в результате проведения процесса электромиграции и содержащего в поперечном сечениив месте наибольшего сужения менее 20 атомов золота. Продемонстрирована квантовая природа проводимости в таком проводе.2. Исследованы электрические характеристики нанозазоров менее 5 нммежду золотыми электродами. Впервые продемонстрировано влияниеконтаминации, образующейся под электронным лучом во время сканирующей электронной микроскопии, на проводимость нанозазора.3.
Разработана оригинальная методика контролируемого встраивания малых наночастиц золота (2 – 4 нм) из раствора в нанозазор между металлическими электродами с помощью эффекта диэлектрофореза.4. Исследован туннельный электронный транспорт через одиночные золотые наночастицы, а также через несколько наночастиц в широкомдиапазоне температур (77 – 300 K). Впервые продемонстрирован одноэлектронный характер проводимости такой системы во всём диапазонетемператур, а также возможность управления током через наночастицы с помощью электрического поля при температурах до 77 – 220 К5.
Разработана оригинальная технология изготовления кремниевых нанопроводов с сужением менее 50 нм из неравномерно легированного кремния на изоляторе.6. Впервые разработана методика контролируемого постепенного уменьшения размера кремниевого нанопровода, обеспечивающая постепенный переход от провода с омическим сопротивлением к одноэлектронному транзистору на одиночных примесных атомах.Практическая значимостьРезультаты диссертационной работы могут быть использованы для создания разнообразных высокотемпературных одноэлектронных устройств, такихкак сверхчувствительные зарядовые сенсоры с высоким пространственным разрешением для сканирующих зондовых микроскопов. Применение разработанных одноэлектронных транзисторов в качестве элементов электронных вычис8лительных схем, в том числе квантовых, перспективно в связи с полученнымвысоким значением зарядовой энергии этих устройств.
Кроме того, разработанные в настоящей работе технологии создания одноэлектронных транзисторов наоснове золотых наночастиц и атомов фосфора могут быть использованы также для создания и исследования одноэлектронных устройств на основе другихнаноразмерных объектов: различных молекул и примесных атомов.Mетодология и методы исследования.Методика изготовления наноструктур, изучаемых в диссертационной работе, совместима со стандартнойпланарной технологией изготовления интегральных схем. Для создания экспериментальных образцов использовались следующие методы нанесения тонкихплёнок: 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 дляобоих методов литографии один и тот же слой позитивного полимерного резиста — полиметилметакрилат (ПММА). Для переноса рисунка, сформированного в слое резиста, в слой металла или кремния использовался один из двухметодов: реактивно-ионное травление тонких плёнок и так называемая "взрывная"литография (lift-off).
Для создания нанозазоров методом электромиграциив ходе выполнения этой работы был создан стенд на базе скоростных ЦАП иАЦП, интегрированных с процессором. Основными методами диагностики полученных структур были световая, атомно-силовая и сканирующая электроннаямикроскопия высокого разрешения, а также непосредственные прецизионныеэлектрические измерения (с точностью по току до 1 пА), проводимые на постоянном токе.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Сопротивление утечки нанозазоров, изготовленных по разработанной внастоящей работе методике, превышает 300 ГОм в диапазоне напряжений до 0.5 В при величине зазора менее 5 нм, что делает их пригоднымидля создания планарных молекулярных одноэлектронных транзисторов и их исследования. Выход годных зазоров составляет более 90 %,2. Разработанные лабораторные экспериментальные методики созданиянанозазоров и встраивания наночастиц с помощью метода электротреппинга позволяют получать одноэлектронные транзисторы на основе малых (2 – 4 нм) наночастиц золота с выходом годных более 10 %.93.
Транспорт электронов через сформированные одноэлектронные транзисторы имеет коррелированный характер при температуре до 300 К.Продемонстрировано управление туннельным током через одиночнуюнаночастицу с помощью затвора при температуре до 220 К4. Разработанная технология изготовления и контролируемого уменьшения размера кремниевого нанопровода с помощью коротких сеансовреактивно-ионного травления (5 – 10 с) позволяет получать экспериментальные образцы для исследования туннельного транспорта электронов через несколько (1 – 3) примесных атомов.5.
Коррелированное туннелирование электронов через сформированноесужение в кремниевых нанопроводах с единичными примесными атомами фосфора имеет место как при температуре 4.2 К, так и при 77 К.Достоверностьполученных результатов обеспечивается согласием экспериментально измеренных электрических характеристик полученных системс теоретически предсказанными значениями и зависимостями, а также согласием с экспериментальными данными, известными из литературы.Личный вклад.В диссертации приведены результаты, полученные непосредственно автором или при его активном участии. Соискатель принимал непосредственное участие в постановке задач, изготовлении экспериментальных образцов, проведении экспериментов, обработке и анализе результатов, подготовке статей и докладов на конференциях.Апробация работы.Основные результаты работы докладывались наследующих конференциях:1.
XIV Всероссийская научная школа-семинар «Физика и применениемикроволн» («Волны-2013»), Красновидово, Московская область, Россия.2. 4ℎ International 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, 2016105.
XV Всероссийская школа-семинар “Волновые явления в неоднородныхсредах” 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. International Conference “Micro- and nanoelectronics — 2016” (ICMNE —2016), Moscow, Zvenigorod, Russia, 2016Публикации.Основные результаты по теме диссертации изложены в 13печатных изданиях, 3 из которых изданы в журналах, индексируемых Scopus иWeb of Science, 1 — в рецензируемых трудах конференции, 9 — в тезисах докладов.Объем и структура работы.Диссертация состоит из введения, четырёхглав, заключения и двух приложений. Полный объём диссертации составляет118 страниц, включая 48 рисунков.
Список литературы содержит 152 наименования.11Глава 1. Обзор реализаций одномолекулярных и одноатомныхтранзисторовЦелью данной диссертационной работы является создание и изучение высокотемпературных одноэлектронных транзисторов. Устройство и принципыработы одноэлектронных транзисторов подробно изложены в работе [6]. Схематичное изображение одноэлектронного транзистора представлено на рис. 1.1.Ключевой элемент транзистора — "остров". Он соединён туннельными переходами со стоком и истоком транзистора, а также у него есть емкостная связьс затвором транзистора. Электроны через одноэлектронный транзистор туннелируют коррелировано во времени.
На вольт-амперных характеристиках такойструктуры наблюдается подавление тока при небольших напряжениях междустоком и истоком (напряжение смещения) — Кулоновская блокада. Величинакулоновской блокады осциллирует в зависимости от напряжения на затворетранзистора (внешнего электрического поля)."Остров"e"Сток""Исток"C1 RT1VCGC2 RT2"Затвор"VGРисунок 1.1 — Схематичное изображение одноэлектронного транзистора.Пунктирной линией выделен участок, соответствующий центральномуострову [18].Для работы одноэлектронного транзистора необходимо выполнение следующих условий:12ℎ≈ 25,6 кОм(1.1)22≫ (1.2) =2ΣЗдесь — туннельное сопротивление между электродами и островомтранзистора, — квант электрического сопротивления фон Клитцинга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
