Электрофизические свойства металлических нанопроводов, полученных методом селективного изменения атомного состава

• Автор: Кутузов, Леонид Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Основные методы получения и применение нано проводов
1.1 Перспективы использования нанопроводов
1.1.1 Металлические нанопровода
1.1.2 Висмутовые нанопровода
1.1.3 Использование нанопроводов в детектировании
1.2 Методы изготовления нанопроводов
1.2.1 Изготовление нанопроводов с использованием трафаретов
1.2.2 Методы создания наноструктур из жидкой фазы
1.2.2.1 Метод продавливания через трафарет
1.2.2.2 Электрохимическое осаждение
1.2.2.3 Золь-гель процесс
1.2.3 Методы создания наноструктур из газовой фазы
1.2.3.1 Физическое осаждение
1.2.3.2 Химическое осаждение
1.2.3.3 Метод пар-жидкость-твердое тело
1.2.3.4 Химическое осаждение металлоорганики
1.2.4 Методы создания наноструктур из твердой фазы
1.2.4.1 Кремний на изоляторе
1.2.5 Метод селективного удаления атомов
1.2.6 Заключение
Глава 2. Создание нанопроводов под действием протонного облучения
2.1 Выбор толщины исходного оксида
2.2 Исследование структуры пленки исходного оксида
2.3 Выбор геометрии наноструктур
2.4 Выбор толщины маски
2.5 Процесс литографии
2.6 Процесс протонного облучения
2.6.1 Определение параметров облучения
2.6.2 Характеристики восстановленных пленок
2.6.3 Облучение наноструктур
Глава 3. Структурные и электрофизические свойства нанопроводов
3.1 Существующие методы исследования структуры нанопроводов
3.1.1 Дефекты в наноструктурах
3.1.2 Критический размер дефектов в висмутовых нанопроводах
3.2 Структурные исследования висмутовых нанопроводов созданных 75 методом СУ А
3.2.1 Просвечивающая электронная микроскопия
3.2.2 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
3.2.3 Растровая электронная микроскопия
3.3 Методы измерения электрических параметров
3.3.1 Методика электрических измерений применительно к висмутовым
наноструктурам

3.4 Результаты измерений электрических характеристик нанопроводов
3.4.1 Сопротивление утечки
3.4.2 Электросопротивление наноструктур
3.4.3 Электросопротивление одиночных нанопроводов толщиной 20 нм
3.4.4 Электросопротивление одиночных нанопроводов толщиной 8 нм
3.4.5 Сопротивление контактов
3.4.6 Зависимость электросопротивления от длины нанопроводов
3.5 Измерение максимального тока и рабочего напряжения
3.5.1 Исследование процесса прохождения максимального тока
3.6 Временная стабильность электрического сопротивления нанопроводов 117 Глава 4. Расчет профиля нанопроводов, полученных методом СУА
4.1 Компьютерная модель процесса создания нанопроводов
4.2 Расчет профиля нанопроводов
Выводы
Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы
Актуальность темы диссертации обусловлена большим интересом к разработке способов изготовления и исследованию электрофизических характеристик нанопроводов.
Нанопровода представляют собой широкий класс одномерных наноструктур, перспективных для самых разных нанотехнологических применений, главным образом, для будущей наноэлектроники. Их характеристики легко контролируемы уже на этапе создания и сопоставимы с параметрами массивных материалов (зачастую превосходя их). Именно возможность управлять параметрами и их временная стабильность являются главными преимуществами нанопроводов. Указанные преимущества дают возможность рационально осуществлять различные стратегии интеграции элементов. В частности, уже были изготовлены наноразмерные полевые транзисторы, а также реальные приборы на их основе -сверхчувствительные газовые и биологические сенсоры. Их высокая чувствительность обусловлена огромным отношением поверхности нанопровода к объему по сравнению с планарными структурами. Связывание химической или биологической молекулы на поверхности нанопровода приводит к изменению концентрации носителей во всем сечении нанопровода, тогда как в планарной структуре это изменение происходит только в приповерхностном слое.
Одним из перспективных материалов для создания и исследования свойств нанопроводов является висмут. На его основе возможно создание сенсоров и различных термоэлектрических устройств. Висмут отличается от других металлов самой низкой теплопроводностью, малой эффективной массой и большой длиной свободного пробега носителей, что в области наноразмеров предвещает скорое проявление квантовых эффектов. Висмутовые нанопровода изготавливают традиционными методами электроники с использованием электронной литографии. Проблема состоит в том, что из-за низкой точки плавления висмута и его химической нестабильности тонкие висмутовые провода получаются очень

органическая часть удаляется через газовую фазу. Общая схема реактора приведена на рисунке 10. В качестве буферного газа, содержащего металлоорганические молекулы, используют водород, аргон или азот. Давление в системе обычно составляет от 10 до 100 Topp. Таким методом были выращены нанопровода из ZnO на подложке GaAs [75] и GaO на Si подложке [76].
реактивным газ буферный газ
подача реагентов
жидкость с металло органическим веществом
нагреватель реактор -------—>
откачка
Рисунок 10 - Схема реализации реактора для процесса МОСУО
Резюмируя, можно сказать, что методом выращивания из газовой фазы сравнительно легко были изготовлены нанопровода с диаметром до 10 нм (и даже меньше) из самых разных материалов. При этом удавалось модулировать состав провода, как по длине, так и по радиусу. Например, для получения продольной гетероструктуры в реактор сначала подают первый рабочий газ, а затем второй. Данную программу можно повторять нужное количество циклов. С радиальными структурами дело обстоит несколько сложнее, т.к. нужно изменять не только состав подаваемого газа, но и его температуру. При этом характеристики полевых транзисторов, приготовленных на основе таких нанопроводов, получаются, как правило, лучше, чем у планарных устройств на основе кремния на изоляторе. Это относится и к подвижности в исходном проводе и к крутизне характеристики готового прибора.
Не стоит забывать, что по завершении процесса выращивания требуется получить нанопровода в свободном виде, для этого необходимо их срезать. Обычно