47. Физико-технологические основы наноразмерной технологии.

Нанотехнология открывает качественно новый уровень изучения различных свойств поверхности материалов. Существует возможность не только исследовать поверхность, но и производить прецизионное воздействие: перемещать слабо связанные с поверхностью наноструктуры, производить нанолитографию, кроме того, возможно и физическое воздействие на поверхность

Производительность ИМС увеличивается с уменьшением размеров. Чем меньший путь приходится преодолевать носителям зарядов, тем быстрее работает схема. Однако уменьшение размеров ведет к перегреву микросхемы, поэтому полный уход от микроэлектроники невозможен.

Промышленно достигнутая норма в 1-3 мкм позволяет создать транзисторы размером примерно в 1 мкм.

В перспективе создание транзистора размером 0,1 мкм, который еще будет функционировать, но такие размеры приводят к проявлению квантовых эффектов в мире отдельных атомов и частиц. Наука изучающая данные явления - квантовая механика.

Возникновение и развитие нанотехнологий связано с открытием физиками из швейцарского отделения компании IBM сканирующих туннельных и атомно-силовых микроскопов (1981-1986 гг.). К настоящему времени сменилось уже два поколения сканирующих зондовых микроскопов.

К первому поколению относятся сканирующие туннельные микроскопы (СТМ). Они были изобретены в 1981 году как сверхвысоковакуумные приборы, на которых впервые было получено атомарное разрешение при исследовании поверхности кристаллических образцов. Также были созданы и получили распространение жидкостные, воздушные, вакуумные и сверхвысоковакуумные варианты приборов.

Сканирующий зондовый микроскоп - это настольный прибор с компьютерным управлением. Прибор производит "ощупывание" объекта микрозондом. Это "ощупывание" можно производить как в вакууме, так и на воздухе и даже под водой. В качестве твердого зонда используется микробалка с кантилевером на свободном конце. Измерение угла наклона балки регистрируется с помощью чувствительного датчика (лазер - фотодиод).

Изменение положения кантилевера в процессе сканирования можно измерять разными способами: иглой сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), интерферометрически, оптико-позиционной схемой, датчиком давления (тензодатчиком). Наиболее широко распространена оптико-позиционная схема регистрации.

При приближении иглы к образцу между ними возникает обменное взаимодействие, приводящее к взаимному притяжению. Притяжение начинает чувствоваться кантилевером на расстояниях порядка десятков ангстрем. Сканируя по поверхности с поддержанием постоянной силы притяжения, можно получить информацию о рельефе поверхности. Такой режим называется - бесконтактная мода. Устойчивость достигается за счет обратной связи.

Буквально за десятилетия зондовые микроскопы превратились из уникальных инструментов в обыденные приборы, используемые практически всеми современными лабораториями.

Весьма важной, в особенности для применения в микроэлектронике, является емкостная мода, при которой измеряют поверхностное распределение электрического заряда. Измерения в емкостной моде позволяют различить слои металлизации, слои окисла, нитрида кремния, оценить различия в толщине окисла.

С помощью зондовых микроскопов можно не только изучать ранее приготовленные, но и создавать новые структуры с нанометровым разрешением. Используя проводящие кантилеверы, возможно электрически модифицировать поверхностные слои.

В настоящее время единственным способом является орг. синтез, но иногда синтезировать молекулу по ее формуле невозможно, однако одним из основных требований является само производство для микромашин. В связи с этим основным направлением развития нанотехнологии является синтез молекулярного ассемблера, т.е. робота способного собирать другие молекулярные машины, используя в качестве сырья молекулы из воздуха и среды при этом управление осуществляется молекулярным компьютером, однако может существовать и технический компьютер.

Наноэлектронные компоненты основаны на новых технологиях, однако изготавливать эти компоненты надо с размерами атомов.

Одним из основных типов наноэлектронных приборов являются резонансно -туннельные диоды и транзисторы. В полупроводниках при помощи двух областей образуются потенциальные ямы электроны могут преодолеть эти ямы только туннелированием.