Исследование электронного транспорта в планарных наноструктурах молекулярного масштаба

• Автор: Степанов, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.04, 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание

Введение и поставновка задачи

Глава 1. Обзор методик создания металлических наноэлектродов для молекулярных наносистем

1.1 Методика механического разрыва нанопровода

1.2 Литографические методики формирования нанопроводов

1.3 Электрохимическая методика создания нанопроводов

1.4 Методика создания нанопроводов путем термического допыления

1.5. Методика электромиграции металлических нанопроводов

Глава 2. Создание многослойной интегрированной системы нанопроводов для исследования электронного транспорта в молекулярных наносистемах

2.1 Формирование системы металлических наноэлектродов

на образце
2.2. Создание многослойных систем электродов для управления электронным транспортом в наносистемах 3
Глава 3. Изготовление нанозазоров с использованием эффекта электромиграции
3.1 Геометрия золотых нанопроводов для электромиграции
3.2 Особенности проведения и алгоритм электромиграции
3.3 Саморазрыв нанопроводов в ходе электромиграции
Глава 4. Формирование молекулярной части наносистем
4.1 Получение атомарно гладких поверхностей золотых пленок
4.2 Встраивание наночастиц в нанозазоры

Глава 5. Транспорт электронов в структурах молекулярного масштаба
5.1 Экспериментальная установка для измерения электронного транспорта в наносистемах
5.2 Электрические характеристики нанозазоров в нанопроводах
с размерами менее 5 нм
5.3 Электрические характеристики нанозазоров в нанопроводах
с размерами более 5 нм
5.4 Транспорт электронов через туннельные наносистемы
на основе наночастиц
Заключение
Благодарности
Список публикаций автора
Литература

Общая характеристика работы
Актуальность темы исследования. Идея о том, что молекулы и квантовые точки могут проводить электрический ток, была высказана достаточно давно. Однако именно сейчас эта возможность становится особенно актуальной. Молекулы, молекулярные соединения и наночастицы обладают фактически неисчерпаемым разнообразием электрических, оптических, магнитных свойств и характеристик. Это дает возможность рассматривать их как перспективных кандидатов на создание электронных элементов - выпрямителей, диэлектриков, транзисторов и ячеек памяти следующего поколения [1, 2]. Предельно малые размеры (до 1 нм и меньше) молекулярных соединений, одиночных молекул или малых наночастиц позволяют говорить о возможном получении сверхплотной упаковки таких элементов на поверхности (1012 - 1013 на см2). Исследование свойств молекул (или ее аналогов в виде наночастиц) на основе химических реакций дало довольно много для понимания их свойств и характеристик молекул, но задумываться об их практическом применении в электронных устройствах нельзя без возможности прямого исследования электронного транспорта через одиночные молекулы и молекулярные соединения. Чем ближе такие прямые исследования будут к традиционным методам изучения полупроводниковых материалов, тем легче в будущем молекулы найдут практическое применение в реальных цифровых устройствах.
Сейчас поиск и исследование молекулярных соединений перестают быть уделом научного сообщества. Большие полупроводниковые компании активно ищут новые подходы к созданию новой элементной базы. На данный момент при производстве заказных микросхем используются технологические нормы 22 нм [3]. Дальнейшие увеличения плотности элементов и тактовой частоты микросхем невозможны без уменьшения технологических норм. Крупнейшие компании планируют переход на производственную норму 14 нм в ближайшем будущем [4-6]. При размерах
обеспечено применением двухслойной полимерной маски ПММА/ПММА с искусственно подсвеченным нижним слоем.
Таким образом, при применении двухслойной маски из одинаковых слоев полимера возможно создание нависания верхнего слоя над нижним за счет искусственного увеличения чувствительности нижнего слоя полимера. Это дает возможность применять двухслойную полимерную маску для изготовления нанопроводов с субмикронными размерами.
Однако для создания нанопроводов с шириной менее 100 нм опять встает вопрос геометрического соответствия такой ширины и толщины маски (для двух слоев ПММА - около 100 нм). В работе было проведено исследование создания тонкопленочных (менее 20 нм) нанопроводов в однослойной маске ПММА (толщина 50 нм). Были определены оптимальные параметры нанесения полимера и засветки структуры нанопроводов с размерами менее 100 нм для получения ровных краев этих нанопроводов. Указанные далее цифры как раз и являются этими параметрами.
Для использования однослойной маски из полимера на образцы с диэлектрическим защитным слоем (400 нм SiCb) наносился полимер ПММА (электронный резист Microchem РММА 950 С2). Нанесение полимера осуществлялось методом центрифугирования на скорости 3500 об/м в течение 45 секунд. Стеклование нанесенного тонкого (50 нм) слоя полимера проводилось на керамической плитке с температурой 160 С в течение 10 минут.
Засветка нанопроводов проводилась лучом растрового электронного микроскопа фирмы Carl Zeiss Supra 40. Ускоряющее напряжение устанавливалось 10 КВ, и ток электронного луча составлял 90 пА. Засветка узких (менее 100 нм) нанопроводов возможна как при помощи двухмерного полигона (построчное прохождение луча с малым временем нахождения в одной точке), так и при однократном проходе луча с большой эквивалентной дозой вдоль оси будущего нанопровода. Наши эксперименты показали, что