Создание атомных микроструктур на поверхности твердого тела с использованием квазирезонансного лазерного излучения

• Автор: Афанасьев, Антон Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Оглавление
1 Введение

1.1 Обзор литературы

1.2 Постановка задачи

1.3 Содержание диссертации

2 Динамика атомов вблизи и на поверхности твердого тела при формировании атомных структур

2.1 Сила ван дер Ваальса взаимодействия атома с поверхностью твердого тела

2.2 Физическая адсорбция атома

2.3 Влияние динами атомов на поверхности твердого тела на формирование

атомных структур заданной геометрии

2.4 Методы характеризации поверхности

2.5 Выводы
3 Фокусировка атомного пучка для применения в литографическом процессе
3.1 Динамика атома в поле квазирезонансного излучения
3.2 Динамика атома рубидия в двумерной магнито-оптической ловушке
3.3 Экспериментальная установка для исследования фокусировки атомного
пучка двумерной магнито-оптической ловушкой
3.3.1 Вакуумная камера
3.3.2 Атомная пушка
3.3.3 Источники лазерного излучения
3.3.4 Система регистрации пространственного распределения атомного
пучка
3.4 Исследование фокусировки атомного пучка двумерной магнитооптической ловушкой
3.5 Использование фокусировки атомного пучка при создании атомных
структур на поверхности твердого тела
3.6 Основные результаты главы

Оглавление
4 Создание атомных микроструктур при квантовой адсорбции атомов, индуцированной лазерным излучением
4.1 Динамика атома Шэ вблизи поверхности твердого тела
4.2 Ассоциация атомов с поверхностью твердого тела
4.3 Неупругие столкновения возбужденных атомов с переходом возбуждения
на вышележащие уровни
4.4 Общая схема эксперимента
4.4.1 Вакуумная ячейка с парами атомов рубидия
4.4.2 Лазерные системы
4.4.3 Система детектирования
4.5 Квантовая адсорбция атомов, индуцированная лазерным излучением
4.6 Создание атомных микроструктур па поверхности твердого тела с использованием квантовой адсорбции атомов
4.7 Основные результаты главы
5 Заключение

Глава
Введение
В основе современных тенденций повышения пропускной способности каналов связи и увеличения энергоэффективности используемых приборов лежит разработка и использование электронных компонентов меньшего размера. Успех в данной области, в первую очередь, обусловлен бурным развитием кремниевой технологии, что привело к появлению широкого научного и технологического направления как нанотехнология [1, 2, 3].
Развитие микро и нанотехнологий, происходит в трех основных направлениях: разработка новых электронных копонент; управление единичными атомами и молекулами; разработка и изготовление наномашин, т. е. механизмов и роботов размером с молекулу. Наибольшее развитие и применение методы микро и нанотехнологии получили в электронной технике. В частности, уже в 90-х годах XX века были получены первые результаты по перемещению единичных атомов и сборки из них определенных конструкций, разработаны и изготовлены первые наноэлектронные элементы.
1.1 Обзор литературы
Процесс изготовления интегральных микросхем включает такие технологические этапы как литография, ионная имплантация, диффузия и окисление, осаждение, травление, очистка, планаризация и измерения. Важнейшие научные и инженерные разработки направлены на усовершенствование литографии, поскольку данный процесс реализуется на пределе существующей технологической базы.
Первым этапом производства микросхемы является создание подложки, материалом для которой служат кремниевые пластины с окисленной поверхностью. Тонкая диэлектрическая поверхностная плёнка БЮг защищает кремний от дальнейшего окисления и служит непроницаемым барьером для большинства примесей. Достоинством системы ЭьЗЮг является возможность селективного травления при использовании химических соединений, действующих только на один из этих двух материалов.
Важным этапом кремниевой технологии является разработка последовательности роста на поверхности кремниевой пластины требуемых объектов. А именно, разработ-

3.1. Динамика атома в поле квазирезонансного излучения

Рис. 3.1: Двухуровневый атом, взаимодействующий с полем лазерного излучения
которая является функцией координат г и скорости V классически двигающегося атома.
(О) = рарОра, (3.4)
где Бра - матричный элемент оператора дипольного момента атома.
В соответствии с выражением 3.1 энергия взаимодействия атома с лазерным полем будет определяться следующим выражением:
и = (V) = -<£>)£. (3.5)
Это выражение формально совпадает с классическим выражением взаимодействия постоянного диполя с электрическим полем Е. Выражение 3.5 может быть использовано для определения силы Е, действующей на атом со стороны лазерного поля.
Б = —Х7и = *7((0)Е). ' (3.6)
Выражение 3.6 дает общее выражение для силы, действующий в лазерном поле на атом. С квантовомеханической точки зрения сила 3.6 возникает из-за обмена квантовомеханического импульса между атомом и полем в присутствии спонтанного распада. Обмен импульсом происходит в ходе процесса поглощения фотона с последующем пе-реиспусканием [73].
Основные свойства силы 3.6 можно понять на примере двухуровневого атома, взаимодействующего с монохроматической электромагнитной волной Е = еЕ0(г)сов(кг — аіі).
В этом случае анализ показывает, что полная сила 3.6 состоит из суммы двух сил: