Нанотехнология и наночипы. Часть 2
В Институте нанотехнологий Международного фонда конверсии созданы разнообразные типы нанотехнологических установок ("Луч-1", "Луч-2") [1]. Характерное отличие установок "Луч-1" - это наличие встроенных систем хранения, формирования газовых потоков и виброзащиты. Установка "Луч-2" предназначена для использования в стандартных лабораторных шкафах. Установки использовались для экспериментальных исследований, а также для обучения специалистов и студентов в подразделениях Института и в Центре коллективного пользования.
Конструкция установок "Луч-1" (рис. 1) и "Луч-2" и их технические характеристики обеспечивают:
- фиксацию, перемещение и активацию атомов и молекул, полимеризацию, осаждение, травление в технологической камере и гибких микрореакторах;
- эффективную защиту от внешних сейсмических и акустических воздействий;
- точность управления позиционированием - 0,1A;
- пошаговое перемещение образца по осям X, Y - 10 мм, высокоскоростное и обзорное сканирование в диапазоне до 3030 мкм и детальные исследования в области менее 11 нм.
![Нанотехнологическая установка Луч-1](/images/arhiv/01_10/nanotechnology1.jpg) Рисунок 1. Нанотехнологическая установка "Луч-1"
На установках успешно работали специалисты различных организаций Академии наук, отраслевых научно-исследовательских институтов, аспиранты университетов и студенты.
Работы проводились в различных направлениях - от исследования нанототехнологических процессов в газообразных и жидких технологических средах до исследования поверхности в контролируемой технологической среде.
Некоторые из последних результатов, полученных при использовании методов локального осаждения на алмазоподобных углеродных плёнках, приведены на рис. 2.
![Экспериментальные результаты формирования](/images/arhiv/01_10/nanotechnology2.jpg) Рисунок 2. Экспериментальные результаты формирования: а) одного нанообъекта размером 8 нм; б) двух нанообъектов; в) трёх нанообъектов; г) четырёх нанообъектов; д) нанодорожек
Изображения на рисунке представлены в псевдоцвете, позволяющем получить более полную информацию о свойствах сформированных наноообъектов. При этом высота объектов отображается пропорционально приведённой цветовой шкале.
На углеродных алмазоподобных плёнках, созданных Кирпиленко Г.Г., Шелепиным С.Ю. и Иткиным В.Н. (НИИВМ), были получены локально осаждённые проводящие нанообъекты размером до 8 нм.
Коллектив разработчиков, работающий в области нанотехнологий ранее совместно с Фроловым В.Д. (Центр Естественнонаучных Исследований ИОФ РАН), получил на разработанных нанотехнологических установках серии экспериментальных результатов на алмазоподобных углеродных плёнках [2]. Данные результаты можно использовать для проведения разработок во многих прикладных направлениях.
Наноразмерные структуры для запоминающих устройств сверхбольшой информационной емкости
Возможность формирования объектов нанометровых размеров на поверхности позволит в сотни и тысячи раз увеличить плотность записи информации, по сравнению с оптическими запоминающими устройствами на компакт-дисках (CD). Развитие направления приведёт к созданию "наноCD". Экспериментальные результаты по записи и считыванию информации приведены на рис. 3.
![Формирование нанообъектов для записи и считывания информации](/images/arhiv/01_10/nanotechnology3.jpg) Рисунок 3. Формирование нанообъектов для записи и считывания информации
Создание проводников
Проводники нанометровой ширины необходимы для создания синхродорожек, нанотранзисторов, биочипов, функциональных генераторов субмиллиметрового диапазона, туннельных лазеров, сверхширокополосных фотоприёмников и элементов связи трёхмерных функциональных схем.
Формирование нанопроводников на изолирующих подложках позволит осуществлять межсоединения в микросхемах с субмикронными размерами элементов, может использоваться при создании генераторов субмиллиметрового диапазона, нанометровых транзисторов и оптоэлектронных элементов.
На рис. 4< приведены экспериментальные результаты по формированию нанопроводников.
![Сформированные нанопроводники](/images/arhiv/01_10/nanotechnology4.jpg) Рисунок 4. Сформированные нанопроводники
Создание элементов полевого транзистора
Транзисторы, реализуемые методами нанотехнологии, вследствие малых размеров характеризуются сверхвысоким быстродействием (вплоть до терагерцового диапазона), высоким входным сопротивлением и уменьшенной ёмкостью, что необходимо для построения входных каскадов высокочувствительных и малошумящих электронных схем.
На основе таких транзисторов возможно создание цифровых и аналоговых схем со сверхвысокой плотностью интеграции и уменьшенным энергопотреблением.
На рис. 5 приведены экспериментальные результаты формирования проводников нанометрового размера для полевого транзистора.
![Формирование проводников для полевого нанотранзистора](/images/arhiv/01_10/nanotechnology5.jpg) Рисунок 5. Формирование проводников для полевого нанотранзистора
Рисование структур
На рис. 6 приведена эмблема "Деловая Россия", выполненная методами нанотехнологии для Всероссийской Государственной телерадиокомпании Российского информационного агентства Новости.
![Формирование надписей](/images/arhiv/01_10/nanotechnology6.jpg) Рисунок 6. Формирование надписей
Создание наносенсоров (чипов для установки наносенсоров)
Между нанопроводниками, соединёнными с макроэлектродами, можно расположить биологические объекты, используемые в качестве сенсоров характеристик окружающей среды. На рис. 7 показаны созданные на кристалле подводящие электроды к центральной области, отличающейся электрофизическими характеристиками.
![Электроды для наносенсоров](/images/arhiv/01_10/nanotechnology7.jpg) Рисунок 7. Электроды для наносенсоров
Принципиально новым результатом, полученным в Институте нанотехнологий Международного фонда конверсии, является создание трёхмерных конструкций. Проведение процессов осаждения в форсированном режиме позволило создать элементы трёхмерных конструкций, топология которых определяется программой перемещения зонда в пространстве.
На рис. 8 приведены результаты формирования трёхмерных микрообъектов. Измерения вольтамперных характеристик сформированных микрообъектов при механическом воздействии показали наличие у них тензорезистивных свойств.
![Формирование трёхмерных микрообъектов](/images/arhiv/01_10/nanotechnology8.jpg) Рисунок 8. Формирование трёхмерных микрообъектов
На базе трёхмерных технологий возможно создание микромашин и микророботов.
Экспериментальные результаты по исследованию поверхностей
На нанотехнологических установках типа "Луч" проводились исследования поверхности различных объектов. Важной особенностью данных исследований является возможность их проведения в контролируемой газовой среде (обеспыленной, с управляемыми влажностью, температурой и газовым составом), что значительно уменьшает количество артефактов.
Измерение профиля используемых зондов
На рис. 9 приведены экспериментальные результаты исследования профиля зондов сканирующего туннельного микроскопа.
![Результаты исследования профиля поверхности вершин различных зондов](/images/arhiv/01_10/nanotechnology9.jpg) Рисунок 9. Результаты исследования профиля поверхности вершин различных зондов
При сканировании одним зондом относительно другого и соответствующей обработке результатов можно восстановить форму каждого из них [3].
Исследование поверхности графита с атомарным разрешением
Высокая стабильность мeханической конструкции и низкий уровень шумов электронной системы управления обеспечивают атомарную разрешающую способность при проведении исследований.
Конструкция пьезоманипуляторов установки обеспечивает возможность проведения измерений как в широком, так и в узком диапазоне без смены манипуляторов.
На рис. 10 представлены результаты сканирования поверхности пиролитического графита.
![Результаты исследований пиролитического графита с атомарной разрешающей способностью](/images/arhiv/01_10/nanotechnology10.jpg) Рисунок 10. Результаты исследований пиролитического графита с атомарной разрешающей способностью
Измерение характеристик поверхности тест-объекта для микроэлектроники
Сочетание пошагового перемещения в диапазоне до 10x10 мм и широкодиапазонного сканирования в диапазоне до 40x40 мм предоставляет возможность поиска фрагментов на поверх-ности исследуемого образца.
На рис. 11 представлены результаты исследования поверхности тест-объектов.
![Результаты исследования поверхности тест-объекта, полученные в режиме сканирования широкодиапазонным манипулятором](/images/arhiv/01_10/nanotechnology11.jpg) Рисунок 11. Результаты исследования поверхности тест-объекта, полученные в режиме сканирования широкодиапазонным манипулятором
Позиционирование относительно характерных точек на поверхности (электродов к нанотранзистору)
При создании наноэлектронных элементов, которые подключаются к макроэлектродам, необходимо обеспечить позиционирование электродов, располагаемых на подложке в зоне проведения нанотехнологических процессов.
На рис. 12 приведён пример широкодиапазонного сканирования, на котором видны электроды, сформированные обычной микроэлектронной техноло-гией. Система манипуляторов позволяет осуществить перемещение образца в заданную зону и просканировать его поверхность в широком диапазоне. После выбора заданного внутреннего фрагмента кадра можно осуществить прецизионное сканирование и технологическое воздействие.
![Пример позиционирования электродной системы в зону измерения поверхности для проведения нанотехнологических процессов](/images/arhiv/01_10/nanotechnology12.jpg) Рисунок 12. Пример позиционирования электродной системы в зону измерения поверхности для проведения нанотехнологических процессов
Исследование поверхности биологических объектов
На нанотехнологических установках производились исследования поверхностей различных биологических объектов [4]. Часть результатов представлена на рис. 13.
![Результаты исследования биологических объектов с помощью сканирующей туннельной микроскопии](/images/arhiv/01_10/nanotechnology13.jpg) Рисунок 13. Результаты исследования биологических объектов с помощью сканирующей туннельной микроскопии: а) верхушка микроворсин опорной клетки обонятельного рецептора длиннокрылой акулы; б) поверхность липопротеина низкой плотности человека
Более подробное описание нанотехнологических установок, разработок и исследований с их применением, а также экспериментальных результатов можно получить на сайте ИНАТ МФК www.nanotech.ru.
Авторы выражают благодарность за плодотворное сотрудничество специалистам ЦЕНИ ИОФ РАН - Фролову В.Д. и Института морфологии человека - Сороковому В.И., получившим на разработанных нанотехнологических установках ряд представленных результатов.
Литература
- Ананян М.А., Косяков А.Н., Киселев М.В., Котенков А.Г., Лускинович П.Н., Объедков О.В., Шавыкин А.Е., Филипов В.В. Нанотехнологический комплекс НК-100-1В. Сборник докладов 5-й Всеросийской конференции "Нейрокомпьютеры и их применение". 1999. С. 342–345.
- Формирование наноразмерных структур на плёнке a-CH в присутствии адсорбата. П.Н. Лускинович, В.Д. Фролов, А.Е. Щавыкин, В.Д. Хаврюченко, Е.Ф. Шека, Е.А. Никитина. Письма в ЖЭТФ. Т. 62. Вып. 11. С. 868-872.868-872.
- Method for the experimental inves-tigation of tip profiles for scanning tunneling microscopy. V.V. Efremov, P.N. Louskinovich and V.I. Nikishin. Ultramicroscopy 42-44 (1992) 1459-1463. North-Holland.
- The usage of STM for the analysis of surfaces of biological osamples. N.K. Permyakov, M.A. Ananjan, P.N. Luskinovich, V.I. Sorokovoi, S.V. Savel’ev. Applied Surface Science 144-145(1999)146-150.
|