Электронный транспорт в разветвленных нитевидных нанокристаллах InAs (1105300)
Текст из файла
На правах рукописиСуятин Дмитрий БорисовичЭлектронный транспорт вразветвленных нитевидных нанокристаллах InAs01.04.07 – физика конденсированного состоянияАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМосква – 2009Работа выполнена в отделе микроэлектроники НИИЯФгосударственного университета имени М.В. Ломоносова.МосковскогоНаучный руководитель:кандидат физико-математических наукСолдатов Евгений СергеевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наукЗайцев-Зотов Сергей Владимировичдоктор физико-математических наукЦырлин Георгий ЭрнстовичВедущая организация:Воронежский государственныйтехнический университетЗащита состоится ___ октября 2009 года в _____ на заседании ДиссертационногоСоветаД 501.002.01вМосковскомгосударственномуниверситетеимени М.В.
Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУимени М.В. Ломоносова, дом 1, строение 2, физический факультет, ауд. _____С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физичекого факультета МГУ.Автореферат разослан ___ сентября 2009 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01Лаптинская Т.В.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьисследованиютемыисследования.электронноготранспортаНастоящаявработапосвященаразветвленныхнитевидныхнанокристаллах арсенида индия (InAs) и направлена на изучение актуальныхвопросов физики твердотельных наноструктур, а также на решение прикладнойзадачи создания новых функциональных элементов наноэлектроники.Получаемые в процессе сборки из атомов полупроводниковые нитевидныекристаллы с характерными размерами в нанометровом диапазоне являютсяуникальнымитвердотельнымиобъектами,посколькуявляютсяквазиодномерными наноструктурами и позволяют исследовать низкоразмерныесистемы с их уникальными свойствами [1, 2, 3].
Помимо этого, благодаряособенностям синтеза и близости в таком кристалле всех атомов к поверхности,число дефектов в нитевидных нанокристаллах намного меньше, чем в объемномматериале,чтоопределяеттакиеуникальныесвойстванитевидныхнанокристаллов, как, например, высокая удельная прочность [4] и возможностькомбинации внутри одного нанокристалла материалов, несовместимых вобъемных структурах [5].
Благодаря уже достигнутой высокой степени контролянад различными параметрами, нитевидные нанокристаллы рассматриваютсясегодня как перспективные наноструктуры для реализации электронных схемнового поколения [6, 7, 8].Нитевидные нанокристаллы InAs особенно привлекательны для изученияэлектронного транспорта в низкоразмерных структурах, поскольку малаяэффективнаямассаквантовомеханическихэлектронаэффектовввInAsспособствуеттранспортеэлектроновпроявлениючерезтакиенанокристаллы.
Малая эффективная масса также может обеспечить высокуюскоростьпереключенияэлектронных3элементовнаосновенитевидныхнанокристаллов InAs, а малая ширина запрещенной зоны InAs может обеспечитьих малое энергопотребление.При исследовании электрофизических свойств твердотельных наноструктур,таких, как нитевидные нанокристаллы, особенности электронного транспортазачастую определяются электрическими контактами [9], и только наличиестабильного и низкоомного контакта может позволить изучить электрофизическиесвойства самих наноструктур.
Несмотря на ожидание, что свойства электрическихконтактов к твердотельным наноструктурным элементам в будущем будутопределяющими для свойств наноэлектронных цепей, возможность созданияэлектрических контактов к наноструктурам на сегодня недостаточно изучена,поэтомуизучениевозможностисозданиянизкоомных,надежныхивоспроизводимых электрических контактов к твердотельным наноструктурамявляется весьма актуальной задачей.Недавно внимание научной общественности было привлечено демонстрациейсинтеза разветвленных нитевидных нанокристаллов [10, 11, 12] и формированиемсоединений при помощи таких разветвлений [13]. Несмотря на проведенные кнастоящему моменту обширные исследования различных твердотельных свойствнитевидныхнанокристаллов,электрофизическиесвойстваразветвленныхнанокристаллов, обладающих огромным потенциалом для построения новогопоколения электронных схем сверхвысокой степени плотности методом сборки изатомов, до сих пор были недостаточно исследованы [9].
Поэтому весьмаактуальнымразветвленныхпредставляетсянитевидныхисследованиенанокристалловэлектрофизическихиособенностейсвойствтранспортаэлектронов в таких наноструктурах.Диссертационная работа выполнена в отделе микроэлектроники НИИЯФМГУ в соответствии с госбюджетной тематикой, направление 8 «Исследованиенаноструктур: физика, технологии, применение», подраздел 8.2 «Исследованиепроцессов в наноструктурах и устройствах на их основе», 01.9.80004276.4Цель работы – установление закономерностей электронного транспорта вразветвленных нитевидных нанокристаллах InAs, определение их структурныхпараметров и электрофизических свойств, а также демонстрация возможностиреализации функциональных наноэлектронных элементов на базе разветвленныхнанокристаллов.В соответствии с поставленной целью исследования решались следующиеосновные задачи:1.
Разработка методики синтеза разветвленных нитевидных нанокристаллов InAsс применением метода химической пучковой эпитаксии и изучение ихкристаллической структуры.2. Разработка метода прецизионного совмещения элементов тонкопленочныхконтактных проводов, формируемых с помощью электронной литографии, сточкой ветвления разветвленных нитевидных нанокристаллов InAs (местом стыкаосновного нанокристалла и ответвления).3. Разработка методики изготовления воспроизводимых омических контактов киндивидуальным нитевидным нанокристаллам InAs, изучение характеристиктаких электрических контактов.4. Изучениеэлектрофизическихсвойствразветвленныхнитевидныхнанокристаллов InAs и установление закономерностей электронного транспорта вних.5. Исследованиевозможностииспользованияразветвленныхнитевидныхнанокристаллов для реализации функциональных элементов наноэлектроники.Объект исследования. Объектом исследования в данной работе являютсяодиночныеобычныеиразветвленныенитевидныенанокристаллыInAs,выращенные методом химической пучковой эпитаксии из золотой каталитическойчастицы на поверхности подложки InAs.Предмет исследования.
Предметом исследования являются характеристикиконтактных соединений к индивидуальным нитевидным нанокристаллам InAs,структурныеиэлектрофизическиесвойства5разветвленныхнитевидныхнанокристаллов InAs, а также особенности электронного транспорта в такихнанокристаллах. Также исследуется возможность применения разветвленныхнанокристалловдляпостроенияновогопоколенияэлектронныхсхемсверхвысокой степени плотности.Научная новизна работы определяется следующими, впервые полученнымирезультатами:- Разработана и научно обоснована методика и технологические приемы синтезаразветвленныхнитевидныхнанокристалловInAsсприменениемметодахимической пучковой эпитаксии.- Разработана лабораторная методика прецизионного совмещения элементовтонкопленочных контактных проводов с точкой ветвления разветвленныхнитевидных нанокристаллов InAs.- Разработаны физико-химические основы технологических операций обработкиповерхности нитевидных нанокристаллов InAs в водных растворах (NH4)2Sx,обеспечивающиенитевиднымизготовлениевоспроизводимыхнанокристалламInAsомическихприконтактовминимальномктравленииполупроводникового материала таких нанокристаллов.- Установлено, что соединения нитевидных нанокристаллов, в отличие отсоединений макроскопических проводов, имеют перестраиваемые нелинейныеэлектрическиехарактеристики,обусловленныесочетаниемрежимовдиффузионного и баллистического транспорта электронов, а также режимомсамоблокировки.Практическая значимость работы.- Показана принципиальная возможность синтеза разветвленных нитевидныхнанокристаллов InAs методом химической пучковой эпитаксии и полученылабораторные образцы таких нанокристаллов.- Предложен метод оценки длины свободного пробега электронов в нитевидныхнанокристаллах.- Выработанырекомендациипоприменению6разветвленныхнитевидныхнанокристаллов InAs для изготовления функциональных наноэлектронныхэлементов, работающих в мегагерцовом диапазоне частот при комнатнойтемпературе.
На примере смесителя частот и детектора фаз продемонстрированаих работоспособность.Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:1. Метод синтеза разветвленных нитевидных нанокристаллов InAs посредствомхимической пучковой эпитаксии.2. Метод изготовления воспроизводимых низкоомных электрических контактов кодиночным нитевидным нанокристаллам InAs.3. Результаты, иллюстрирующие нелинейный характер электронного транспортав разветвленных нитевидных нанокристаллах InAs, обусловленный различнымирежимами переноса электронов: диффузионным, баллистическим, а такжережимом самоблокировки.4.
Рекомендации по применению разветвленных нитевидных нанокристалловInAs для изготовления функциональных наноэлектронных элементов, работающихв мегагерцовом диапазоне частот при комнатной температуре.Достоверностьполученныхрезультатов.Достоверностьрезультатовдиссертационной работы обеспечивается комплексным использованием широкоизвестных, часто применяемых и доказавших свою надежность и достоверностьэкспериментальных методов исследований. Обоснованность научных положений,выводов и рекомендаций работы подтверждается согласием полученныхэкспериментальных данных с теоретически предсказанными характеристиками.Выводы, полученные в данной работе, согласуются с результатами работ другихавторовЛичный вклад автора.
В диссертации изложены результаты, полученныеавтором лично, либо при его непосредственном участии. Автор лично выдвигалидеи, предлагал пути решения поставленных задач, проводил основныеэксперименты,обрабатывалиобобщалэкспериментальныерезультаты.Автор лично разработал физико-химические основы технологических операций7обработки поверхности нитевидных нанокристаллов InAs в водных растворах(NH4)2Sx при минимальном травлении полупроводникового материала такихнанокристаллов. Автор лично разработал лабораторную методику прецизионногосовмещения элементов тонкопленочных контактных проводов с точкой ветвленияразветвленных нитевидных нанокристаллов InAs.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
