Разработка методов синтеза графеновых структур для создания самосовмещенных элементов микро- и наноэлектроники

• Автор: Кондрашов, Владислав Андреевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ГРАФЕН КАК ВОЗМОЖНАЯ ЗАМЕНА КРЕМНИЮ
1.1. Аллотропные формы углерода 5р2-гибридизации
1.2. Графен: теория и возможные применения
1.2.1. Зонная структура графена
1.2.2. Электронная структура монослойного графена
1.2.3. Релятивистская физика конденсированных сред
1.3. Графен - площадка для новых приложений
1.4. Способы получения графена
1.4.1 .Механическое расщепление
1.4.2. Осаждение из газовой фазы
1.4.3.Термическое разложение БІС для синтеза графена
Выводы к главе I
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
2.1. Лабораторная установка формирования наноразмерных структур
2.1.1. Техническое описание
2.1.2. Принципиальная схема лабораторной установки
2.1.3. Изучение параметров рабочих процессов
2.2. Базовая методика формирования наноразмерных углеродных структур
2.2.1. Пробоподготовка
2.2.2. Подготовка лабораторной установки
2.2.3. Проведение технологического процесса
2.3. Определение оптимальных режимов формирования различных наноразмерных углеродных структур
2.3.1. Восстановление атомарно гладкой поверхности карбида кремния
2.3.2. Эпитаксиальный рост графена на карбиде кремния
2.3.3. Формирование графена на сплошном металле
2.3.4. Формирование графена на диэлектрике
2.3.5. Карбидизация кремния с возможностью формирования графена

Выводы к главе

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ СТРУКТУР
3.1. Методы исследований
3.1.1. Атомно-силовая микроскопия
3.1.2. Получение изображения во вторичных электронах ионной пушки
3.1.3. Растровая электронная микроскопия
3.1.4. Комбинационное рассеяние света
3.1.5. Конфокальная микроскопия
3.1.6. Рентгеновская рефлектометрия
3.2. Восстановление атомарно гладкой поверхности карбида кремния
3.2.1. Модель термического разложения карбида кремния
3.2.2. Результаты восстановления
3.3. Экспериментальные результаты по формированию графена на карбиде
кремния
3.4. Экспериментальные результаты по формированию графена на сплошном металле
3.5. Экспериментальные результаты по формированию пленок графена на
диэлектрических подложках
3.5.1. Модель формирования графеновых пленок подслоем катализатора
3.5.2. Результаты формирования графеновых пленок
3.6. Карбидизация кремния с возможностью формирования графена
Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ САМОСОВМЕЩЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
4.1. Методы формирования элементов микро- и наноэлектроники
4.1.1. Лазерная бесшаблонная литография
4.1.2. Локальное анодное окисление
4.2. Исследование созданных элементов
4.2.1. Сенсорная структура
4.2.2. Мемриеторные структуры на основе бинарных соединений меди

4.2.3. Транзисторные структуры на графене под медью
4.2.4. Изучение электрических свойств графема на карбиде кремния
4.3. Создание объединенной малой интегральной схемы сенсора с элементом памяти
на мемристоре
Выводы к главе
Основные результаты и выводы
Список использованных сокращений
Список используемой литературы
Приложение
Приложение
Приложение

Форвакуумний насос, 11 - Система удаления продуктов реакции, 12 - Пирометр ПИРО-5-3, 13 - Нагреваемый столик.
Подача газа осуществляется через верхнюю крышку (12). В лабораторном стенде задается давление, скорость потока и состав газа посредством понижающих редукторов(4), расходомеров (5) и натекателей (6). На данный момент реализовано подключение к камере аргона высшей чистоты 99,995%, смеси водорода с аргоном, содержащей 10% водорода, а также пропана. Кроме того, к установке также возможно подключить и другие газы. Технологические параметры лабораторной установки высокотемпературного формирования наноразмерных углеродных структур:
• Рабочий диапазон температур: 500—1730 °С
• Скорость нагрева: до 1000 °С/мин (углеродный столик)
• Скорость охлаждения: от I “С/мин
• Максимальное время работы на температуре 1600 °С: 4 часа
• Максимальное время работы на температуре 1500 °С: не ограничено
• Максимальный диаметр пластин: до 52 мм
• Рабочее давление в камере: от 5 мбар до 1 100 мбар
• Разброс температуры по столику: не более 10 °С
2.1.3. Изучение параметров рабочих процессов
После сборки и окончательного монтажа были изучены предельные режимы работы установки, получены эмпирические зависимости. Так, было выявлено, что предельно возможная температура в данной конфигурации установки 1730 градусов достигается за 15 минут работы на максимальной мощности при использовании минимального давления порядка 2 мбар (в данной конфигурации) и нулевого потока газа. На рисунке 2.3 показана эмпирическая зависимость максимальной температуры при максимальной мощности (ось Ъ, °С) от потока газа (ось У, л/мин) и давления (ось X, мбар). Такая зависимость связана с потерями на излучении столика и конвекционным охлаждением. Данная поверхность получена путем экстраполяции множественных данных, полученных в различных экспериментах, методом корреляции Кригинга. Кригинг - это вид обобщенной линейной регрессии, использующий статистические параметры для