Введение
1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И СТРУКТУР НАНОЭЛЕКТРОНИКИ И МИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ ...
11
1.1. Направления наноэлектроники 11
1.1.1. Вакуумная автоэмиссионная наноэлектроника 12
1.1.2. Одноэлектроника 16
1.1.3. Квантовые точки, нити, нанопровода 21
1.2. Методы изготовления элементов и структур наноэлектроники 23
1.2.1. Электронно-лучевая литография 23
1.2.2. Зондовая литография 24
1.2.3. Фокусированный ионный пучок 26
1.3. Применение ФИП при создании элементов наноэлектроники 30
1.4. Выводы и постановка задач 35
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВАКУУМНОЙ
АВТОЭМИССИОННОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ 36
2.1. Анализ основных электрофизических параметров, закономерностей и
зависимостей элементов вакуумной наноэлектроники 36
2.2. Постановка цели и задач для теоретического исследования
автоэмиссионных ячеек 38
2.3. Разработка конструкции вакуумной автоэмиссионной ячейки и
задание основных параметров моделирования 40
2.4. Исследование зависимости напряженности электрического поля в
диэлектрике SiO2 от его толщины 43
2.5. Исследование напряженности электрического поля на вершине W-
эмиттера при различной толщине слоя SiO2 46
2.6. Исследование зависимости напряженности электрического поля на вершине W-эмиттера от его высоты при различной толщине анодного слоя .
47
2.7. Исследование зависимости напряженности электрического поля на
вершине W-эмиттера от радиуса закругления острия и диаметра ячейки ... 49
2.8. Исследование зависимости напряженности электрического поля на
вершине W-эмиттера от угла наклона боковой поверхности автокатода и . 51
5
2.9. Основные выводы по главе 53
3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЛОКАЛЬНОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТИ ФИП Ga+ 53
3.1. Исследование закономерностей процессов локального ионно-
стимулированного осаждения вольфрама и углерода 54
3.1.1. Исследование точности переноса рисунка шаблона на подложку .. 54
3.1.2. Исследование влияния времени воздействия пучка в точке и
степени перекрытия на локальное ионно-стимулированное осаждение вольфрама и углерода 61
3.2. Локальное электронно-стимулированное осаждение вольфрама 63
3.2.1. Исследование точности переноса рисунка шаблона на подложку .. 64
3.2.2. Исследование влияния времени воздействия пучка в точке на
локальное электронно-стимулированное осаждение вольфрама 67
3.3. Локальное ионно-лучевое травление 70
3.3.1. Разработка методики контроля глубины травления и
идентификации границ слоев при травлении ФИП 70
3.3.2. Исследование точности переноса рисунка шаблона на подложку .. 73
3.3.3. Исследование влияния тока ФИП и времени воздействия пучка в
точке на отклонение боковой поверхности углублений от нормали при локальном ионно-лучевом травлении поверхности 78
3.4. Основные выводы по главе 81
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОЭМИССИОННЫХ ЯЧЕЕК КОМБИНАЦИЕЙ МЕТОДОВ ЛОКАЛЬНОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ФИП И ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУЧЕННЫХ СТРУКТУР 82
4.1. Исследование толщин сформированных слоев и нанесение маркерных
знаков 82
4.2. Формирование отдельного, вертикально ориентированного
автоэмиссионного катода 84
4.3. Формирование автоэмиссионной ячейки с эмиттером,
сформированным методом ионно-стимулированного осаждения 87
4.3.1. Исследование глубины залегания ионов Ga+ при формировании
автоэмиссионной ячейки 87
4.3.2. Формирование автокатода в углублении 89
4.4. Формирование закрытой автоэмиссионной ячейки 92
4.5. Формирование автоэмиссионной ячейки со сложной формой анода . 94
4.6. Формирование автоэмиссионных ячеек на основе тонких пленок
металлов 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ
Сегодня развитие нанотехнологий является приоритетом научно-технологического развития многих государств, что находит отражение в различных областях техники. При этом одной из наиболее перспективных сфер применения приборов и структур, изготавливаемых методами нанотехнологий, является электроника, что обусловлено общемировой тенденцией к уменьшению размеров и критической необходимостью к увеличению степени интеграции и быстродействия микросхем [1].
Наноэлектроника - область электроники, в которой ключевую роль играют процессы создания, исследования и применения электронных приборов с нанометровыми размерами элементов, в основе функционирования которых зачастую лежат принципы неклассической физики. Типичные размеры элементов наноэлектроники — от единиц до сотен нанометров [2-3].
Развитие электроники во многом определяется технологическими процессами формирования элементной базы, которые в настоящее время обеспечивают создание функциональных электронных компонентов с размерами десятки нанометров. Одним из перспективных направлений развития электроники является автоэмиссионная наноэлектроника, которая позволяет создавать наноразмерные приборы, обладающие высоким быстродействием, помехозащищенностью и низким энергопотреблением. Приборы автоэмиссионной наноэлектроники могут применяться при создании сенсоров газов, систем высокоскоростной передачи информации, эмиссионных дисплеев и др. Применение традиционных технологических процессов не позволяет добиться максимальной эффективности, высокой точности, воспроизводимости и разрешающей способности при создании элементов вакуумной эмиссионной электроники, тогда как применение методов нанотехнологии дает возможность достичь требуемых размеров
В данной работе будет представлено решение вышеперечисленных проблем при формировании автоэмиссионной наноэлектроники с применением комбинации методов локального профилирования поверхности фокусированным ионным пучком. Метод ФИП позволяет в условиях высокого вакуума производить технологические операции локального ионно-лучевого травления и ионно-стимулированного осаждения материалов из газовой фазы без необходимости применения резистов, масок и химических травителей.
Целью данной работы является проведение прикладной проблемно-ориентированной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы, по исследованию и разработке конструктивно-технологических решений создания элементов вакуумной автоэмиссионной наноэлектроники методом фокусированных ионных пучков для создания перспективной элементной базы.
В работе, на основании полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований режимов формирования элементов автоэмиссионной наноэлектроники методом фокусированных ионных пучков и результатов моделирования подобных структур, будет представлено научное обоснование предположений по применению новых материалов, конструкций и технологий при создании перспективной элементной базы наноэлектроники. Практическая значимость результатов исследованной тематики заключается в разработке конструктивных и технологических решений формирования элементов автоэмиссионной наноэлектроники на основе наноразмерных структур углерода и вольфрама, которые часто используются в данной отрасли, из-за наиболее выгодных электрофизических свойств указанных материалов, для формирования автоэлектронных устройств. Также будут представлены методики исследования электрических параметров сформированных структур.
В данной выпускной квалификационной работе были проведены теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку конструктивно-технологических решений создания элементов вакуумной автоэмиссионной наноэлектроники методом фокусированных ионных пучков для создания перспективной элементной базы. Были представлены результаты моделирования влияние основных геометрических и электрофизических параметров автоэмиссионной ячейки с вертикально ориентированным эмиттером на напряженность электрического поля на вершине автокатода. Также были проведены экпериментальные исследования режимов локального профилирования поверхности ФИП Ga+. Полученные данные позволили сформировать различные конструкции и технологии создания автоэмиссионных ячеек с вертикально ориентированным эмиттером комбинацией методов локального профилирования поверхности ФИП. Также, были представлены результаты измерения электрических характеристик полученных структур и выполнены оценки порогового напряжения начала эмиссии.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
