Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов




НазваниеНанотехнологии на основе полупроводниковых материалов
страница4/7
Дата публикации24.07.2013
Размер1.07 Mb.
ТипРеферат
zadocs.ru > Физика > Реферат
1   2   3   4   5   6   7

3. Методы изготовления наноразмерных структур (нанотехнология)
3.1. Эпитаксиальные методы
Эпитаксия – ключевое понятие в технологии ИМС. Специалисты часто используют в своей работе такие выражения, как эпитаксиальный слой, гетероэпитаксиальная структура, жидкофазная или газофазная эпитаксия и т.д. В этой связи, целесообразно напомнить – что называется эпитаксией?

Эпитаксия – это ориентированное наращивание кристаллических слоев на монокристаллическую подложку. Выращенный эпитаксиальный слой повторяет структуру и ориентацию подложки. Если на подложке наращивается эпитаксиальный слой того же состава, что и подложка, то такой вид эпитаксии называется гомоэпитаксией; если иного состава, то гетероэпитаксией. При изготовлении ИМС на кремнии используют гомоэпитаксию (кремний на кремнии). Для получения оптоэлектронных структур (светодиодов, лазеров и т.д.) в видимой области излучения используется гетероэпитаксия. Например, на подложке GaAs наращивают эпитаксиальный слой твердого раствора AlxGa1-xAs (x).

При любом способе эпитаксии ростовая ячейка должна состоять из источника, содержащего ингредиенты растущего кристалла, среды, с помощью которой осуществляется транспорт атомов в зону роста, и подложки, на которой происходит кристаллизация. Если средой переноса является вакуум, то это вакуумная эпитаксия. В вакууме атомы могут переноситься на подложку в виде молекулярных пучков. Поэтому такой вид эпитаксии называется молекулярно-лучевой (МЛЭ) или молекулярно-пучковой (МПЭ). Если средой переноса служит газ или пар, то эпитаксия называется газофазной или парофазной (ГФЭ). Наконец, если атомы ростового вещества поступают на подложку из жидкой фазы, то это – жидко-фазная эпитаксия (ЖФЭ).

В связи с потребностью создания тонких слоев и многослойных структур с точно заданными геометрическими размерами, электрическими и оптическими свойствами, а также необходимостью создания структур с гетеропереходами, в которых граница между областями была бы свободна от примесей, дефектов и напряжений, связанных с различием параметров двух кристаллических решеток, были разработаны многочисленные технологические приемы.

В предыдущей главе мы рассмотрели ряд наноструктур – квантовые ямы, квантовые точки, сверхрешетки и другие многослойные структуры, перспективные для наноэлектроники. Для нормальной работы приборов на основе этих структур необходимы резкие атомарно гладкие границы между слоями, а толщина слоев во многих случаях должна выдерживаться с атомарной точностью. Очевидно, что слоевые наноструктуры могут быть получены только эпитаксиальным наращиванием. Однако, не все эпитаксиальные технологии могут дать границы наноструктур с нужными свойствами. Например, эпитаксия из газовой фазы по традиционной технологии проводится при высокой температуре (850 – 1000)0С, что приводит к заметной диффузии атомов в твердой фазе и к размытию границ слоев. Жидкофазная эпитаксия по традиционной схеме не позволяет сформировать сверхтонкие (~100 нм ) слои достаточно однородные по толщине.

В настоящее время широко используются в основном две технологии: газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений (^ ГФЭМОС) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Ниже мы кратко рассмотрим аппаратурно-методическое оформление этих процессов, их преимущества и недостатки, а также перспективы применения в современной электронике.
3.1.1. Газофазная эпитаксия. Газофазная эпитаксия из

металлоорганических соединений
В начале рассмотрим аппаратурно-методическое оформление газофазной эпитаксии, а затем подробно остановимся на газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений.

Газофазная эпитаксия – это ориентированное выращивание кристаллической пленки на подложке из компонент, доставляемых к подложке в виде органических или неорганических соединений в газовой фазе. Кристаллизация газовой смеси осуществляется на нагретой подложке в специальном реакторе (см.рис.3.1.).



Парциальными давлениями различных газовых компонент можно управлять, контролируя скорость потока от каждого из компонентов, тем самым можно контролировать состав растущей пленки.

Метод газофазной эпитаксии лег в основу промышленной технологии получения кремниевых эпитаксиальных структур. Существует две разновидности этого метода: восстановление тетрахлорида кремния и пиролитическое разложение моносилана. В случае хлоридного метода рост пленки проводится на поверхности подложки кремния, нагретой до 12000С.

Процесс протекает в кварцевом реакторе, в протоке газовой смеси при атмосферном давлении. Температурный режим обеспечивается индукционным или резистивным нагревателем. Скорость роста составляет 0,2 – 0,3 мкм/мин. Недостатком этого метода является высокая температура, что приводит к автолегированию (проникновение легирующей примеси из подложки в эпитаксиальный слой). Высокая химическая активность хлористого водорода часто приводит к поломкам технологического оборудования. Хлоридный метод не позволял наращивать кремниевые слои на сапфировых подложках, т.к. HC травит сапфир. В силановом методе процесс проводится при более низких температурах (~10500С ), что значительно уменьшает автолегирование и диффузию. В случае ГФЭ легирование эпитаксиальных слоев проводят одновременно с их ростом путем добавления легирующей примеси в газовый поток.

Для выращивания эпитаксиальных слоев соединений А3В5 и, прежде всего, GaAs из газовой фазы существуют три наиболее широко распространненых метода. Первый связан с использованием галогенных соединений – хлоридный метод; второй – с использованием арсина (AsH3) и

хлористого водорода (HCℓ) – хлоридно-гидридный метод; третий – с использованием металлоорганических соединений (^ МОС). Последний метод по сути Как уже отмечалось выше, полупроводниковые твердые растворы в системе GaAs - AℓAs весьма перспективны для наноэлектроники. Однако, выяснилось, что с помощью хлоридного и хлоридно-гидридного методов нельзя выращивать соединения, содержащие Aℓ , так как AsCℓ3 реагирует со стенками кварцевого реактора. Эти соединения выращивают с помощью газофазной эпитаксии с использованием металлоорганических соединений.

Данная технология, благодаря простоте, легкости управления и другим преимуществам, потеснила хлоридную ^ ГФЭ. В настоящее время метод ГФЭ МОС успешно применяется для выращивания гетероструктур GaAs - AxGa1-xAs. На примере этой системы рассмотрим аппаратурно-методическое оформление ГФЭ МОС.

В стандартном процессе ГФЭ МОС в качестве источника Ga используются металлоорганические соединения триметилгалий Ga(CH3)3 или триэтилгаллий Ga(C2H5)3, а источником As служит арсин (AsH3). Если при обычной ГФЭ выращивание проводится в горячем реакторе, то в случае

ГФЭ МОС достаточно нагревать только подложку. Степень пересыщения газовой фазы очень велика, поэтому кристаллизация осуществляется при сравнительно низких температурах (600-700)0С, а это позволяет лучше контролировать толщину выращенных слоев.

Химическая реакция получения арсенида галлия, например, из триметилгаллия и арсина может быть записана в следующем виде:

Ga(CH3)3 + AsH3GaAs + 3CH4

Эта реакция протекает при 7000С в атмосфере водорода. Подобные реакции используются для выращивания других двойных, тройных и четверных соединений. Например, рост соединений AℓxGa1-xAs описывается уравнением:

(1-x)[(CH3)3Ga] + x(CH3)3Aℓ + AsH3AxGa1-xAs + 3CH4

В этом случае атомная концентрация х алюминия задается начальными парциальными давлениями триметилгаллия и триметилалюминия в газовой фазе.

Упрощенная схема установки для ГФЭ МОС приведена на рис.3.2.



Процедура выращивания включает приготовление подложки (очистка и травление), продувку системы водородом, разогрев подложки с помощью СВЧ-индуктора, непосредственно процесс осаждения и последующий отжиг в режиме охлаждения. Транспорт необходимых соединений, включая те, что содержат легирующие примеси, осуществляется посредством несущего газа – водорода. Управление давлениями различных реагентов осуществляется с помощью расходомеров газа. Подложка располагается в графитовом держателе, который в процессе осаждения вращается для улучшения однородности наращиваемого слоя. Обычно скорость роста равна ~0,1 мкм/мин.

Как уже упоминалось, для создания приборов высокочастотной электроники и оптоэлектроники все более широко используются структуры, в том числе и многослойные, содержащие субмикронные и нанометровые слои монокристаллического кремния, а также арсенида галлия и других соединений А3В5. Во многих случаях очень важно, чтобы толщины слоев были строго определенными, границы подложка-слой или слой-слой были резкими, а толщина переходного слоя, в котором происходит изменение состава или концентрации легирующей примеси не превышала 10 нм.

Однако, обычная ^ ГФЭ МОС не может обеспечить резких гетерограниц . В этой связи был разработан метод ГФЭ МОС с пониженным давлением газа в реакторе. Снижение давления газовой смеси позволяет эффективно управлять как градиентом концентрации примесей, так и градиентом изменения химического состава основных компонентов.

Технология ^ ГФЭ МОС с низким давлением газа в реакторе первоначально разрабатывалась для выращивания кремния и GaAs. Затем этот метод стал применяться для выращивания InP, AℓxGa1-xAsP, GaInAsP и др. При этом значительно уменьшается влияние автолегирования, так как температура процесса не превышает (500-800)0С в зависимости от системы.

Методом ^ ГФЭ МОС с пониженным давлением в реакторе были созданы:

- гетероструктуры GaAs/GaAℓAs и полевые транзисторы на их основе с

селективным легированием и высокой подвижностью электронов в

двумерном электронном газе;

- инжекционные лазеры на основе гетероструктур GaAs/GaAℓAs с

квантовыми ямами;

- инжекционные лазеры, работающие на длине волны 1,3 мкм с очень

низким пороговым током;

- структуры GaInAs/InP c набором квантовых ям и др.

К недостаткам метода ГФЭ МОС относится загрязнение растущего слоя углеродом, источником которого являются металлоорганические соединения. Тем не менее, качество получаемых слоёв сравнимо с качеством, достаточным при использовании других видов эпитаксиальной технологи (например, ЖФЭ).

Основным преимуществом ГФЭ МОС является относительная простота и возможность получения эпитаксиальных гетероструктур на основе твёрдых растворов А 3В5 с управляемой толщиной и составом, и резкими границами. Метод ГФЭ МОС более производителен и перспективен для массового производства.
3.1.2. Молекулярно-лучевая эпитаксия
Молекулярно- лучевая (пучковая) эпитаксия (МЛЭ) основана на процессе взаимодействия нескольких молекулярных пучков различного состава с нагретой монокристаллической подложкой и последующего выращивания на ней эпитаксиального слоя. Формирование эпитаксиальных слоёв происходит в процессе управляемого испарения вещества из одного или нескольких источников, создающих молекулярные пучки, в условиях сверхвысокого вакуума. Рост эпитаксиальных слоёв происходит на нагретой подложке при реакции между несколькими молекулярными пучками различной интенсивности и состава. При этом обеспечивается и легко воспроизводится предельно высокое качество слоёв с заданным химическим составом и предельно высокой стехиометрией, с моноатомно гладкими гетерограницами.

В установках ^ МЛЭ имеется возможность исследовать качество плёнок и их состав «in situ» ( т.е. прямо в ростовой камере во время выращивания) и на основании результатов исследования производить корректировку технологических параметров процесса.

Технология ^ МЛЭ была создана в конце 1960-х годов Дж.Артуром и Альфредом Чо.

Установка МЛЭ состоит из двух камер: камеры роста и камеры анализа (рис.3.3.).



В современных установках могут использоваться три камеры, соединенные между собой:

- рабочая камера, в которой осуществляется рост структуры;

- загрузочная камера, выполняющая роль шлюза между рабочей

камерой и атмосферой;

- исследовательская камера с приборами.

В рабочих камерах создается безмасляный сверхвысокий вакуум (<10-8 ^ Па). Для этого используется трёхступенчатая система откачки. Форвакуумный насос производит начальное откачивание газа из установки (~0,5 Па). Абсорбционный насос использует материалы с развитой поверхностью (например, порошок цеолита), которые при сильном охлаждении жидким азотом поглощают часть газа из установки. И, наконец, магниторазрядный насос обеспечивает сверхвысокий вакуум за счёт распыления титана и осаждения титановой плёнки на рабочих узлах камеры. Плёнка «прикрывает» находящийся в порах поверхности газ.

В камере роста происходит формирование эпитаксиальных плёнок. Испарительные ячейки представляют собой эффузионные ячейки Кнудсена, которые осуществляют медленное истечение испаряемых молекул через малое отверстие (рис.3.3). Основным достоинством эффузионных ячеек Кнудсена является постоянство скорости истечения из неё пара испаряемого вещества во время процесса напыления. Интенсивность молекулярного пучка у подложки может резко возрастать или падать благодаря использованию индивидуальных заслонок, помещённых между каждой из испарительных ячеек и подложкой, которые позволяют очень быстро перекрывать пучки. Это дает возможность изменять состав или тип легирующей примеси буквально на межатомном расстоянии. Тигель испарительной ячейки изготавливается из тугоплавкого материала (чистый нитрид бора или графит). От формы тигля зависят форма и однородность молекулярного пучка. Вокруг тигля наматывается нагревательная спираль. Температура нагрева каждой ячейки строго индивидуальна и контролируется термопарой. Температура испарения зависит от вещества и достигает 1900 К. От температуры зависит плотность потока вещества в пучке. Испарённое в тигле вещество в виде пучка попадает на подложку. Благодаря сверхвысокому вакууму молекулы вещества распространяются, практически по прямой, не испытывая соударения с чужеродными молекулами. С целью уменьшения теплового взаимодействия и предотвращения взаимозагрязнения источников испарительные ячейки разделяют экранами, охлаждаемыми жидким азотом. В каждой испарительной ячейке содержится один из элементов, входящих в состав растущего слоя. Количество ячеек обычно не превышает 6-ти. Температура каждой испарительной ячейки выбирается так, чтобы обеспечить выход из нее молекулярного пучка низкой интенсивности. В случае использования тугоплавких материалов или веществ с высокой химической активностью используется автотигельный метод испарения. Электронный пучок попадает в вещество и расплавляет небольшой объем, из которого происходит испарение. Таким образом вещество само является тиглем.

Держатель подложки используется для крепления подложки, ее вращения и нагрева. Встроенный в держатель нагреватель обеспечивает предварительный прогрев образца, а затем поддерживает постоянную температуру подложки. Для устранения эффектов неоднородности структур из-за несимметричности молекулярных пучков держатели подложек делаются вращающимися. Однако в этом случае все равно сохраняется радиальная неоднородность.

Технологический процесс начинается с подготовки подложки. После механической обработки (шлифовка, полировка) происходит химическое травление поверхности подложки раствором брома с метанолом, а также смесями серной кислоты, перекиси водорода и воды в различной пропорции (обычно 7:1:1). Для удаления оксида и следов углерода подложку разогревают до ~5500С в потоке мышьяка. Смену подложек производят без разгерметизации камеры роста, используя для этой цели вакуумные шлюзы, так как достижение сверхвысокого вакуума очень длительный процесс.

После достижения сверхвысокого вакуума, охлаждения рабочих узлов жидким азотом, эффузионные ячейки выводятся на требуемую температуру. При этом заслонки остаются закрытыми. Затем начинается нагрев подложки с целью десорбции оксида на ее поверхности. В случае GaAs подложку прогревают до 580-6000С, а в случае InP температура составляет ~5200С. Как уже неоднократно подчеркивалось, для изготовления тонких эпитаксиальных структур с резкими границами надо проводить процесс при температурах подложки настолько низких, чтобы в процессе роста практически не происходило объемной диффузии. Оптимальная температура при осуществлении МЛЭ обычно на 100-2000С ниже температуры, используемой при проведении эпитаксии из жидкой или газовой фазы в аналогичных системах. Например, для GaAs она составляет 500-6500С. При такой температуре скорость роста слоя ~0,1 нм/с, что эквивалентно выращиванию одного моноатомного слоя в секунду. При выращивании слоёв GaAs методом МЛЭ атомы галлия и молекулы As2 и As4 попадают на горячую подложку GaAs. К поверхности подложки «прилипают» практически все атомы галлия. Поток атомов мышьяка делается избыточным, но только один атом As на каждый атом Ga остаётся на подложке, формируя стехиометрический состав выращиваемого слоя. Атомы As¸ не образовавшие связи с Ga, испаряются с поверхности. Интенсивность молекулярных пучков и, следовательно, скорость осаждения можно варьировать, изменяя температуру галлиевого источника. Обычно плотность потока галлия близка к 1015 атом/(см2·с), а для мышьяка она в 5-10 раз выше.

Источником молекул мышьяка является, как правило, твердый чистый мышьяк, а источником атомов галлия – твердый чистый галлий.

Для выращивания гетероструктур AℓxGa1-xAs требуется дополнительная ячейка с Aℓ. При этом соотношение Aℓ и Ga (х) в растущем слое будет пропорционально соотношению плотностей потока в их пучках.

Поскольку процесс МЛЭ происходит в сверхвысоком вакууме, его можно контролировать с помощью различных диагностических методов, поместив в установку соответствующую аппаратуру. В частности, масс-спектрометр для анализа как атомных, так и молекулярных пучков и фоновой атмосферы; дифрактометр на быстрых электронах; электронный оже-спектрометр с целью контроля состава слоя, резкости границ и взаимной диффузии; ионный вакуумметр, контролирующий нейтральные атомные пучки; квадрупольный масс-анализатор для контроля интенсивности пучков и ионную пушку для очистки поверхности подложки.

Отметим недостатки и основные достоинства МЛЭ.
Основные недостатки технологии МЛЭ.

Несмотря на достаточно простую идею, реализация технологии МЛЭ требует решения многих технических задач. К их числу относятся:

- в рабочей камере необходимо поддерживать сверхвысокий вакуум;

- чистота испаряемых материалов должна быть не ниже 99,999999% (чем

чище материал, тем он дороже;

- для осуществления контролируемого роста необходимо сложное

технологическое оборудование и исследовательские приборы;

- для обслуживания установки МЛЭ требуется специально подготовленный

персонал;

- стоимость оборудования очень высока.
Основные достоинства технологии МЛЭ:

- возможность формирования атомарно-гладких границ слоёв;

- получение счетного количества завершенных слоёв, начиная с одного

монослоя, что важно для структур с квантовыми ямами;

- возможность получения резких скачков концентрации компонентов в слоях;

- возможность создания структур со сложным распределением концентрации

основных и примесных элементов;

- наличие сверхвысокого вакуума в рабочей камере, что исключает

недопустимо высокий уровень загрязнения подложки и растущих слоёв;

- низкие температуры роста, что снижает автолегирование и диффузию в

твердой фазе;

- возможность контроля и коррекции роста непосредственно в ходе процесса.

Благодаря своим возможностям, МЛЭ в настоящее время играет главную роль в развитии нанотехнологий.
3.1.3. Значение технологии МЛЭ для современной электроники
Метод МЛЭ используется главным образом для получения высококачественных тонких плёнок и гетероструктур с нанометровыми слоями на основе полупроводниковых соединений А3В5, А2В6, SiGe и ряда других полупроводников. Современная оптоэлектроника, СВЧ-техника, светотехника, электронная техника для систем телекоммуникаций и связи работает, в основном, на полупроводниковых гетероструктурах и наногетероструктурах. Ниже приводятся многочисленные примеры применения технологии МЛЭ для получения приборных структур.

В оптоэлектронике – это солнечные элементы, ИК-фотоприемники на сверхрешётках и многослойных структурах на квантовых ямах, светодиоды и фотодиоды на сверхрешётках, лазеры на сверхрешётках, квантовых ямах и квантовых точках. Лазеры на подложках InP, излучающие на длинах волн вблизи 1,3 и 1,5 мкм (диапазон максимальной прозрачности оптоволокна) обеспечивают 70% коммуникаций Интернета. Лазеры на основе GaAs, излучающие на длине волны 0,85-0,95 мкм, работают на коротких волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и используются для оптической записи. Быстро растёт рынок лазеров на основе GaAs c вертикальным резонатором на квантовых ямах и точках со специальными многослойными интерференционными отражающими зеркалами (слоями). Такие лазеры имеют малые габариты (до микронных размеров), низкий пороговый ток и хорошую диаграмму направленности, что обеспечивает более эффективный ввод излучения в волокно. Количество отражающих слоёв в лазерных структурах может составлять сотни и даже превышать 1000, при этом требуется высокая точность задания толщины этих слоёв (~1%). С помощью МЛЭ освоено производство ярких светодиодов видимого диапазона на основе гетероструктур нитрида, фосфида и арсенида галлия для экранов, табло, сигнальных устройств, бытовой и автомобильной светотехники, мобильных телефонов, фото и видеокамер. Преимуществом светодиодов по сравнению с лампами накаливания является уменьшение энергопотребления в 5-7 раз, высокая длительность работы (до десятков тысяч часов), управление световым потоком и цветом.

Приведённые примеры далеко не исчерпывают всех применений МЛЭ. Выше отмечалось, что наногетероструктуры обеспечивают наивысшие скорости пролёта электронов в приборных элементах, минимальные потери энергии и возможность управления шириной запрещённой зоны. На основе резонасно-тунельных диодов разрабатывается элементная база сверхбыстродействующих вычислительных систем.

Именно технология ^ МЛЭ позволяет получать наноструктуры. В настоящее время МЛЭ используется для получения упорядоченных массивов квантовых точек в системах на основе А3В5 и SiGe.

В России имеются два научно-исследовательских центра, где на основе МЛЭ разрабатываются передовые технологии изготовления наноструктур. К их числу, прежде всего, относится лаборатория А3В5 в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН (г.Санкт-Петербург), которой многие годы руководил Ж.И.Алферов. В этой лаборатории продолжаются разработки лазерных структур на массивах квантовых точек с использованием соединений А3В5. Ведутся также разработки УФ-лазеров на квантовых точках на основе широкозонного материала GaN. В другой лаборатории Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН (г.Новосибирск) методом МЛЭ выращиваются сверхрешётки на основе соединений Cd HgTe для фотоприёмников в среднем ( 3-5 мкм ), дальнем ( 8-14 мкм ) и сверхдальнем ИК-диапазоне. В этом же институте получают СВЧ-полевые транзисторы на основе гетероэпитаксиальных структур AGaN – GaN. Следует заметить, что системы CdHgTe и AGaN очень сложны в технологическом отношении и, кроме как, методом МЛЭ, другими методами не получаются.

Для телекоммуникаций особенно важны фотоприемники и излучатели, работающие в диапазоне «окон прозрачности» атмосферы – 3-5 мкм и 8-12 мкм. В США получены ИК-лазеры на сверхрешётках, которые могут работать в диапазоне 3-12 мкм. Это каскадные лазеры, работающие на внутризонных и на межзонных переходах.

3.2. Нанотехнологии на основе самоорганизации и самосборки

3.2.1. Физико-химические основы процесса самоорганизации
Самосборка – это термин для описания процессов, в результате которых неорганизованные системы благодаря специфическому, местному взаимодействию компонентов систем приходят к упорядоченному состоянию.

Самосборка бывает как статической, так и динамической. В случае статической самосборки организующаяся система приближается к состоянию равновесия, уменьшая свою свободную энергию. В случае же динамической самосборки более корректным является использование термина «самоорганизация» (см.ниже).

Саморегулирование является одной из наиболее общих закономерностей в природе. Оно осуществляется как в органических (живых), так и в неорганических системах и осуществляется различными путями, но всегда конечному состоянию соответствует максимальная устойчивость системы. Примером саморегуляции в живой природе является образование белковых молекул, которые найдены практически во всех клетках и тканях тела и играют для жизни ключевую роль. Белки образуются последовательным соединением сотен аминокислот, каждая из которых подводится к месту своего присоединения молекулой транспортной рибонуклеиновой кислоты (РНК) в порядке, предписанном другой, несущей информацию, молекулой РНК. По прибытии на место каждая аминокислота легко связывается с предыдущей. Таким образом, последовательности аминокислот собираются в полипептидную цепь, которая непрерывно увеличивается в длине, в конце этого процесса становится устойчивой молекулой белка.

Таким образом, саморегулирование – есть проявление технологического принципа «снизу – вверх», широко распространённого в природе.

В нанотехнологии практическое применение нашли самосборка и самоорганизация. В начале рассмотрим физико-химические основы самосборки.

Самосборка – это процесс адсорбции и формирования специфического расположения молекул на твёрдой поверхности. Её движущей силой является хемосорбция, которая проявляется в высокоэнергетических реакциях между адсорбатом и адсорбирующей поверхностью. В процессе хемосорбции уменьшается поверхностная энергия системы. В отличие от сильного взаимодействия между адсорбируемой молекулой и поверхностью, взаимодействие между самими молекулами остается слабым.

Плёнки мономолекулярной толщины, сформировавшиеся по механизму самосборки, имеют очень низкую плотность дефектов, достаточно стабильны и отличаются механической прочностью.

В качестве примера самосборки рассмотрим процесс получения тонких плёнок никеля на кремниевых подложках. Их используют в качестве трафарета для литографических процессов. При этом нанометровое разрешение достигается при использовании зондов СТМ и АСМ.

Молекулярный блок для самосборки должен содержать три основные функциональные группы: группу молекул, прикрепляющую блок к поверхности за счёт хемосорбции; промежуточную группу молекул и поверхностную функциональную группу.

В качестве групп, прикрепляющих весь молекулярный блок к поверхности подложки, чаще всего используют силаны RSiX3 (R= CH3, CH5, …). Это нужно для образования связей с гидроксильными (ОН) группами, которые обычно покрывают поверхность кремния и другие технологически важные поверхности. В качестве Х компонента, замещающего в силане водород, - используются метокси-группы, хлор или их комбинация. Состав прикрепляющей группы существенно влияет на упорядоченное расположение адсорбированных молекул и на плотность их упаковки. Промежуточная группа молекул определяет взаимодействие всего хемосорбированного молекулярного блока с обрабатыващим зондом. Отдаление поверхностной функциональной группы от подложки при увеличении размеров промежуточной группы позволяет располагать зонд ближе к плёнке и тем самым понижать дозу экспонирования и пороговое напряжение. Фенильные группы, обладая определенной проводимостью, хорошо подходят в качестве промежуточных групп при электронном экспонировании зондом СТМ. Поверхностные функциональные группы (NH2) могут быть использованы для прикрепления к ним определённых молекул. Галогены (хлор, йод и др.) имеют большие сечения электронного захвата, что облегчает десорбцию галогенсодержащих фрагментов. Их последующая обработка может осуществляться с целью замены галогенных групп более активными. Поверхности, покрытые алкильными группами, инертны и гидрофобны. По своей химической активности они идентичны парафину, вследствие чего хорошо подходят для масок, использующихся при жидкостном химическом травлении.

Схематически процесс самосборки и зондовая обработка поверхности с целью получения нанометровых элементов на кремниевой подложке, показан на
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconТехнология производства строительных материалов нового поколения на безцементной основе
Производство теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных поризованных материалов в виде плит и блоков

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconУчебное пособие по дисциплине «Индустрия гостеприимства»
Учебное пособие содержит конспекты лекций, составленные на основе различной учебной литературы, рекомендованной Министерством образования...

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconПсихоаналитическое исследование
Предлагаемая читателю книга написана на основе анализа материалов, полученных при

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов icon-
Здравствуй, дорогой читатель! Данная книга построена на основе материалов известной воскресной телепередачи «Очумелые ручки»

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconУчебное пособие Издательство Золотое Сечение Санкт-Петербург
Принципы классификации полимеров и материалов на их основе, используемых в биомедицинских технологиях. 17

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconЛабораторная работа №1
Цель работы: изучение технологических процессов сборки и монтажа бескорпусных полупроводниковых больших интегральных микросхем

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconТема 1 Основы физики полупроводниковых диодов
В полупроводниках удельное электрическое сопротивление принято измерять для 1см3 материала

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов icon1. физические основы работы полупроводниковых приборов
Энергетические уровни и зоны. Проводники, полупроводники и диэлектрики. Собственная электропроводность полупроводников

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconИсследование процесса контактной фотолитографии
...

Нанотехнологии на основе полупроводниковых материалов iconНароды, миграции, территории
Российской империи. Исследование выполнено на основе архивных материалов, многие из которых впервые вводятся в научный оборот, и...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов