Диссертация (1104202), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Поэтому создавать нужногоразмера зазоры прямой литографией можно лишь пожертвовав выходом годных электродов [41]. Здесь и далее годными системами электродов считаютсяте, что имеют зазор между стоком и истоком менее 5 нм. При попытке создатьтакие зазоры электронно-лучевой литографией часть электродов остаются замкнутыми друг с другом, а между некоторыми из них будет слишком большойзазор. Пригодные электроды необходимо в таком случае отбирать статистически.После электронно-лучевой литографии рисунок, сформированный в слоерезиста, переносится в слой структурируемого материала. Существуют техники, позволяющие в результате этой процедуры, сделать некоторые элементы18итоговой структуры меньше, нежели они были на этапе формирования рисунка в слое резиста [42], [43].
Наиболее популярной и часто используемой техникой при создании таким образом зазоров является теневое напыление черезподвешенную маску [43]. Имеются работы, где различные модификации этогометода применялись для создания электродов с суб-10 нм зазором [44]. В случаеиспользования такой техники разброс размеров получаемых зазоров определяется гладкостью стенки резиста, а также размером гранул, образующихся изнапыляемого материала. В связи с этими ограничениями метода, выход зазоров размером менее 5 нм оказывается не лучше, чем при использовании прямойэлектронно-лучевой литографии высокого разрешения. Исключением в данномслучае является лишь одна работа [45], где плавно изменялся угол напыления,весь процесс останавливался при появлении туннельной проводимости у нанозазора. Проводимость зазора контролировалась параллельно.
При этом, дляпредотвращения образования крупных гранул плёнки напыление электродов,встраивание молекул и измерения проводилось без разрыва вакуума на подложку, охлаждённую до криотемператур. Поэтому данная работа скорее относитсяк разряду уникальных экспериментов.Другая популярная техника нанолитографии использует сфокусированный ионный пучок (“Focused Ion Beam” — FIB). В этом случае требуемый рисунок на поверхности “вырезается” с помощью распыления атомов материала приих бомбардировке ускоренными частицами [46].
И, несмотря на то, что разрешение таких литографичесих систем сегодня конкурирует с электронно-лучевойлитографией [47], в особенности в случае использования гелиевого ионного пучка, их использование в задачах наноэлектроники сильно ограничено в связис тем, что образец сильно “загрязняется” бомбардирующими образец ионами:ионы с энергиями ∼ 10 кэВ имплантируются и создают дефекты в подложке, обеспечивая паразитную проводимость.
Поэтому данная техника редко используется в электронике, наиболее широкое применение она нашла в задачахнанофотоники [48], [49].Заманчивой является технология создания вертикальной геометрии транзистора, когда сток и исток формируются в разных слоях литографии, а междуними помещается тонкий слой диэлектрика. Ведь толщина плёнки диэлектрикас помощью техники атомно-слоевого осаждения может быть сделана намногоменьше латерального разрешения литографии.
Среди существующих подходовк созданию электродов транзистора этот наиболее просто интегрировать для19изготовления большого количества электродов. Транзистор в такой геометриидаже был реализован [50], однако популярностью данный метод не пользуется. Он довольно сложный для лабораторных условий, т. к. требует проведения большого числа совмещённых друг с другом литографических процедур.В особенности сложной технология становится в связи с трудностью созданиязатвора транзистора в такой геометрии.1.2.2Методики уменьшения размера зазораГораздо чаще в лабораторной практике используются методики, где литография используется лишь для создания предварительной заготовки для получения зазора. С помощью неё формируются электроды с зазором порядка20 – 50 нм.
Затем на электроды осаждается дополнительный слой металла, таким образом уменьшая зазор. Наиболее распространённый способ уменьшениязазора — электролитическое осаждение [51]—[54]. Образец помещается в раствор электролита, чаще всего это KAu(CN)2 . В раствор вводится ещё один дополнительный электрод. Между этим электродом и электродами транзистораподаётся напряжение, приводящее к осаждению атомов золота из раствора наэлектроды (рис. 1.4).Итоговый размер зазора определяется моментом остановки процесса осаждения.
Обычно для точного определения этого момента используют обратнуюсвязь, измеряя параллельно проводимость между электродами будущего молекулярного транзистора. В результате данная методика позволяет получать зазоры размером менее 5 нм с достаточно высоким выходом годных. В некоторыхработах упоминается выход более 90 % [53]. Созданный на основе таких электродов транзистор [55] имеет перспективу применения в качестве чувствительногосенсора. Минусом такой техники является сложность создания на основе подобного элемента более сложной электронной схемы. Это связано с тем, чтоитоговый размер зазора варьируется в диапазоне около 1 – 5 нм. Поэтому создание на основе таких зазоров нескольких транзисторов с известными наперёдхарактеристиками — задача весьма затруднительная.Другая методика, крайне похожая на только что описанную выше, использует термическое вакуумное напыление для уменьшения размера полученного20Рисунок 1.4 — СЭМ снимки электродов до (a, c) и после (b, d)электролитического осаждения золота [53]..предварительно зазора [56], [57].
После формирования исходного большого зазора с помощью реактивно-ионного и жидкостного травления создаётся углубление под электродами. Оно необходимо для предотвращения закороток электродов друг с другом. Схема методики представлена на рис. 1.5,Этот метод технологичнее предыдущего в том смысле, что используетисключительно стандартные операции, используемые в современной полупроводниковой планарной технологии. Однако он обладает теми же недостатками,связанными с разбросом в размерах получаемых нанозазоров.1.2.3Метод электромиграцииСуществует противоположный описанному только что подход к созданиюэлектродов молекулярного транзистора.
Изначально с помощью литографии создаётся узкий нанопровод, а затем он разрывается с образованием нанозазора.Для этого используется эффект электромиграции [58], заключающийся в движении атомов внутри проводника под воздействием тока большой плотности.21Рисунок 1.5 — Стадии изготовления нанозазора методом сужения исходногозазора с помощью напыления дополнительных слоёв металла [56]..Этот эффект является паразитным для промышленных микросхем, потому какможет приводить к разрывам в слоях металлизации, и известен уже давно [59].Однако не так давно этот эффект было предложено использовать для получения нанозазоров [60].
На сегодняшний день эта методика наряду с техникоймеханически контролируемого разрыва соединения и зондовой техникой является довольно популярной для изучения электронного транспорта через одиночные молекулы [61]—[64]. Технически для проведения процесса электромиграциинеобходимо реализовать обратную связь, контролирующую сопротивление нанопровода. Её задача обеспечить плавность проведения процесса для получениямалого зазора.
Пример эволюции нанопровода в ходе процесса электромиграции представлен на рис. 1.6Данная методика также не обеспечивает получение электродов с заданным расстоянием между ними, как и методики уменьшения размера зазора:итоговый размер является случайной величиной. Однако в сравнении с нимиметод электромиграции менее требовательный к техническому оснащению: не22Рисунок 1.6 — ПЭМ снимки трёх нанопроводов (три строки (a),(e),(i)) наразных стадиях разрыва в ходе электромиграции. Масштабные метки дляснимков (a) – (e) и (i) – (l) — 50 нм, (f) — 25 нм, (g) — 10 нм, (h) — 5 нм [65]..требует специальных чистых химических реагентов, дополнительных литографических процедур и вакуумных процессов.
Хотя изначально техника контролируемого разрыва с помощью электромиграции была разработана как низкотемпературная (процесс проводился при = 4.2 ) [60], сейчас благодаря использованию быстрой обратной связи стало ясно, что процесс можно проводитьпри комнатной температуре [66], [67]. Выход годных зазоров при работе с техникой электромиграции превышает 50 % почти во всех работах, посвящённойэтой тематике. Однако все детали протекания процесса до сих пор не изучены.Например, только недавно стало ясно, что нанозазор может быть создан дажеесли разрывать нанопровод процессом электромиграции не до конца [68], [69].Поэтому можно говорить о перспективе модификации процесса для достиженияболее высокого выхода годных электродов.Суммируя перечисленные выше методы, для выполнения данной диссертационной работы наиболее подходящей является именно эта техника.
При этомона требует детального исследования физических процессов, приводящих к образованию нанозазора, для достижения высокого выхода годных электродоввысокотемпературного одноэлектронного транзистора.231.3Методы встраивания молекулярных объектовВторым этапом на пути создания одномолекулярного транзистора является встраивание молекулярного объекта в сформированный зазор. В связи с тем,что задача манипулирования отдельными молекулами является крайне сложной, в подавляющем большинстве работ используются техники, никак не контролирующие итоговое расположение молекул [50], [55], [63]. Оно определяетсяслучайными факторами и отбор образцов для экспериментального исследования проводится статистически.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
