В. И. Смирнов (987304), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Развитие нанотехнологийидет по нескольким направлениям: изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размеры которых сравнимыми с размерами молекул и атомов; разработка и изготовление микро- и наномашин, тоесть механизмов и роботов, размеры которых порядка нескольких молекул(микросистемотехника); модификация поверхности твердотельноых объектовпосредством манипуляции отдельными атомами и сборка из них наноструктур.Реализация всех этих направлений уже началась. Почти десять лет назад былиполучены первые результаты по перемещению единичных атомов и сборки изних определенных конструкций, разработаны и изготовлены первые наноэлектронные элементы. По оценкам специалистов, уже в ближайшее десятилетиеначнется производство наноэлектронных чипов, например, микросхем памятиемкостью в десятки гигабайт.Технологическое решение всех этих задач возможно на основе двух подходов.
В первом из них используют групповые технологии создания объектовнанометровых размеров с помощью традиционных методов осаждения тонкихпленок и литографии. Групповые технологии осаждения пленок характеризуются особенностями, существенно ограничивающими возможности созданияструктур нанометровых размеров. Из-за одновременного осаждения пленки наразличные участки поверхности подложки возникают зерна, дислокации и другие структурные дефекты. Применение методов эпитаксии позволяет преодолеть данные недостатки, однако из-за высокой температуры эпитаксиальныхпроцессов (необходимой для повышения поверхностной миграции атомов)практически исключается возможность получения структур нанометровых размеров.106Другой подход реализации нанотехнологических процессов основанна проведении локальных атомно-молекулярных взаимодействий с помощьюсканирующего туннельного микроскопа, а также атомно-силового или ближнепольного оптического микороскопов.
Сканирующий туннельный микроскоп,созданный в 1981 г. немецкими учеными Биннигом и Рорером как инструментдля исследования поверхности на атомарном уровне, позволяет осуществлятьперемещение и установку зонда в любую точку вблизи поверхности объекта,причем положение зонда относительно поверхности подложки может быть установлено с высокой точностью. Основным узлом таких нанотехнологическихустановок является нанореактор, формируемый между вершиной зонда и обрабатываемой поверхностью. В процессе локального воздействия на поверхностьобъекта электрического и магнитного полей направленным образом трансформируются межатомные и межмолекулярные связи вещества подложки и технологической среды.
В результате образуются новые структурные композициивещества: кластеры молекул, локальные образования нового вещества, композиции органических веществ с неорганическими и так далее. Так формируютсянужные объекты с нанометровыми размерами. Кроме этого, сканирующая туннельная микроскопия позволяет обеспечить захват отдельных атомов, переносих в новую позицию на поверхности подложки, атомарную сборку проводниковшириной в один атом, локальные химические реакции и так далее.Осуществление атомных манипуляций в массовом масштабе, пригодномдля производства, требует преодоления многих сложностей: необходимостииспользования криогенных температур и сверхвысокого вакуума, низкой производительности, надежности и воспроизводимости результатов. Гораздобольших успехов зондовые методы достигли в нанолитографии – «рисовании»на поверхности различных наноструктур с характерными размерами в десяткинанометров.
Ближе всего к практическим приложениям подошли процессы трехтипов: химического окисления поверхности, индуцируемого движущимся зондом; осаждения наноостровков металла на поверхность за счет скачка напряжения на зонде; контролируемого формирования острием зонда на поверхностинаноцарапин. Минимальные размеры элементов, создаваемых этими способами, составляют около 10 нм, что позволяет в принципе осуществлять оченьплотную запись, но производительность и надежность оставляют желать лучшего. Решение проблемы возможно с помощью специальных зондовых матриц.Кроме наноэлектроники, на основе нанотехнологий активно развиваютсяи другие направления: микро- и наноробототехника, позволяющая создать миниатюрные исполнительные механизмы с быстродействием в миллионы развыше существующих и более сложные робототехнические системыс распределенными механическими устройствами; интегральная нанооптоэлектроника, позволяющая создать солнечные элементы с очень высоким КПД, светодиоды и лазеры с перестраиваемым спектром излучения от инфракрасного доультрафиолетового, а также другие функциональные оптические приборы.107Многообещающим является также создание наноструктур, в которыхроль функциональных элементов выполняют отдельные молекулы.В перспективе это позволит использовать принципы приема и переработки информации, реализуемые в биологических объектах (молекулярная электроника).
Природа создала за миллионы лет эволюции самые разнообразные молекулы, выполняющие все необходимые для сложного организма функции: сенсорные, логически-аналитические, запоминающие, двигательные. Зачем разрабатывать и производить искусственные структуры из отдельных атомов при наличии готовых строительных «блоков»? Тем более, что они имеют оптимальную конфигурацию, структуру и нанометровые размеры. Молекулярная электроникавходитсоставнойчастьювболеекрупнуюотрасль − нанобиотехнологию, занимающуюся биообъектами и биопроцессами намолекулярном и клеточном уровнях и держащую ключи к решению многихпроблем экологии, медицины, здравоохранения, сельского хозяйства, национальной обороны и безопасности.Внимание к развитию нанотехнологий в настоящее время во всем миреочень велико. Так, в США действует программа «Национальная нанотехнологическая инициатива».
Евросоюз принял рамочную программу развития науки,в которой нанотехнологии занимают главенствующие позиции. Серьезные успехи достигнуты в Японии, где работы в области нанотехнологий ведутся оченьдавно. В России существует несколько программ по нанотехнологиям («Низкоразмерные квантовые структуры», «Наноматериалы и супермолекулярные системы», «Ультрадисперсные наноматериалы и нанотехнологии»).
Ряд важныхисследований осуществляется в рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база». Согласно оценкам специалистов в областистратегического планирования, сложившаяся сейчас ситуация во многом аналогична той, что предшествовала тотальной компьютерной революции, однакопоследствия нанотехнологической революции будут еще обширнее и глубже.По многим прогнозам именно развитие нанотехнологий определит облик XXIвека, подобно тому, как открытие атомной энергии, изобретение лазера и транзистора определили облик XX столетия.Разумеется, это не означает, что изложенные в данном учебном пособиитехнологические методы потеряют свою актуальность, а производство интегральных микросхем и микропроцессоров резко сократится.
Еще долго традиционная технология будет существовать совместно с нанотехнологией, хотя ине исключено, что наноэлектронные приборы смогут в будущем значительно«потеснить» существующие микроэлектронные устройства, как в свое времяполупроводниковые транзисторы и диоды повсеместно вытеснили из большинства радиоэлектронных приборов и систем электронные лампы.108ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬАвтолегированиеАнизотропия травления2170Вжигание паст92Газовый разрядГетероэпитаксияГлубина залегания p-n-переходаГолографическая литографияГомоэпитаксияГрафоэпитаксия8116, 2338, 43631647Давление насыщенного параДефекты радиационныеДиаграмма состояния− системы Au − Si− системы Pb − Sn− системы Si – GeДиффузия− внедрения− замещения− из неограниченного источника− из ограниченного источника− лазерно-стимулированная− радиационно-стимулированнаяДлина пробега ионовДоза легирования7339, 48101103103102323332363747504137, 43Законы ФикаЗародыша критический размер26, 3419, 78Излучение рентгеновское− синхротронноеИнтерметаллидИонная имплантацияИонно-лучевая литография57571043961Кислотостойкость фоторезистовКонденсация веществаКонтакт омическийКоэффициент диффузии− распыления− сегрегации примесиКремний− монокристаллический− поликристаллический− технический557897348114121312, 9812Легирование кремния ядерное44Ликвидус101Магнитный сепараторМеталлизацияМетод бестигельной плавки− силановый− хлоридный− ЧохральскогоМеханизмы диффузииМикросхема интегральная− гибридная толстопленочная− гибридная тонкопленочная− пленочная7− полупроводниковая− совмещеннаяМодель Дила-Гроува− процесса диффузии4011, 96152221133267, 897672532Напыление термовакуумноеНитрид кремния7230Окисление термическоеОксид алюминияОтжиг лазерный− термический25314646Пасты90− диэлектрические9191− проводниковые− резистивные91Пиролиз тетраэтоксилана30Подгонка параметров элементов 94Правила Юма-Розери102Предельная растворимость103Примесей загонка36− разгонка37Профиль распределения примесей 36, 38Пурпурная чума104109Распыление высокочастотное− катодное− магнетронное− реактивноеРентгенолитографияРентгеношаблон868088875658СапфирСвободная энергияСелективность травления24, 481870Скорость диффузии− испарения молекул− окисления кремния− роста эпитаксиального слоя− травленияСлой скрытыйСолидусСольвусСтруктура КНД− КНС− МДП-транзистора− эпитаксиально-планарноготранзистора3873282166, 7081011011717, 2469Теория Линдхарда-Шарфа-Шиотта 41Технология гибридная7, 89− полупроводниковая6Тормозная способность42− электронная4242− ядернаяТравители полирующие66− селективные67Травление64− жидкостное64− ионное68− ионно-химическое69− плазмо-химическое68Транзистор биполярный6− полевой98− с диодом Шоттки97− эпитакисиально-планарный9Трехэлектродная система88Уравнение Герца-Кнудсена− Ленгмюра− Клаузиуса-Клапейрона737474110ФотолитографияФоторезист− негативный− позитивныйФоторезиста задубливание− кислотостойкость− нанесение на подложку− проявление− разрешающая способность− светочувствительность− сушка− экспонированиеФотохимические реакции51515454535552535555525254Хемоэпитаксия16Химическое осаждение SiO230ЭвтектикаЭлектромиграция ионовЭлектронолитография− проекционная− сканирующаяЭлектроэпитаксияЭнергия активации диффузии− химической реакцииЭпитаксия− газофазная− жидкофазная− молекулярно-лучевая− парофазная− твердофазнаяЭффект каналирования1019858605920326716202022182044Явление сегрегации примесей13БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК1.
Аваев, Н. А. Основы микроэлектроники / Н. А. Аваев, Ю. Е. Наумов,В. Т. Фролкин. − М.:Радио и связь, 1991. − 288 с.2. Броудай, И. Физические основы микротехнологии / И. Броудай,Дж. Мерей. − М.: Мир, 1985. − 496 с.3. Готра, З. Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник /З.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
