Материал: Специальные вопросы микро- и нанотехнологий. Стогней О.В., Трегубов И.М

О.В. Стогней И.М. Трегубов А.В. Ситников

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МИКРО- И НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Учебно-методическое пособие

Воронеж 2017

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

О.В. Стогней И.М. Трегубов А.В. Ситников

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МИКРО- И НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебно-методического пособия

Воронеж 2017

УДК 621.38(075.8)

ББК 32.85я7 С 718

Стогней О.В. Специальные вопросы микро- и нанотехноло-

гий: учеб.-метод. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (6,0 Мб) / О.В. Стогней, И.М. Трегубов, А.В. Ситников. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024х768; Adobe Acrobat; CD-ROM дис-

ковод; мышь. – Загл. с экрана.

В учебно-методическом пособии даётся описание современных нанотехнологий, используемых (и разрабатываемых) в современной электронике для формирования наноразмерной топологии интегральных схем. Приведены вопросы для самопроверки, а также дан список дополнительной литературы.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 16.04.01 «Техническая физика» (программа магистерской подготовки «Прикладная физика твердого тела»), дисциплине «Специальные вопросы микро- и нанотехнологий».

Табл. 2. Ил. 58. Библиогр.: 16 назв.

Научный редактор д-р физ.-мат. наук, проф. Ю.Е. Калинин

Рецензенты: кафедра физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Э.П. Домашевская); д-р физ.-мат. наук, проф. А.Т. Косилов

© Стогней О.В., Трегубов И.М., Ситников А.В., 2017

© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017

ВВЕДЕНИЕ

Задача уменьшения линейных размеров элементов в интегральных микросхемах (ИМС) - одна из основных в микроэлектронике. Создание элементов ИМС с характерными размерами порядка единиц и десятков нанометров качественно меняет электронику и переводит ее в новую область - наноэлектронику. При этом качественно улучшаются все параметры работы ИМС (возрастает быстродействие, снижается энергопотребление, увеличивается объем сохраняемой и обрабатываемой информации и т.п.). Более того, происходит изменение физических принципов, на основе которых осуществляется функционирование элементов ИМС - они начинают работать преимущественно на принципах квантовой механики. Создание интегральных наноэлектронных квантовых схем – это одна из целей нанотехнологий.

Обычно, под нанотехнологией понимают совокупность методов изготовления и обработки изделий, имеющих протяженность 1-100 нм (хотя бы в одном измерении). Также предполагается, что объекты, получаемые с помощью нанотехнологий, могут проявлять квантовые эффекты, приводящие к качественным изменениям их свойств.

Существует два принципиально разных подхода к изготовлению наноструктур, которые условно называются технологиями «сверху вниз» и «снизу вверх».

Втехнологиях, основанных на принципе «сверху вниз» посредством химической, механической или других видов обработки из объектов больших размеров получают изделия намного меньшей величины. Пример - создание на поверхности кремниевой пластины схемных элементов ИМС литографическими методами. Разрешающая способность литографии непрерывно совершенствовалась в течение последних десятилетий и в настоящее время приближается к 10 нм.

Втехнологиях, реализующих принцип «снизу вверх» производится сборка макроструктуры из элементарных «кирпичи-

3

ков» - атомов, молекул, кластеров, нанотрубок, нанокристаллов. Эти элементы в процессе сборки или самосборки должны укладываться в требуемом порядке. Пример - поштучное перемещение и укладка атомов зондом сканирующего туннельного микроскопа. Однако сборка макроскопического объекта поштучной укладкой атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа или даже нанороботов в условиях массового производства нереальна, это потребовало бы слишком большого времени. Методами создания макрообъектов по принципу «снизу вверх» должны стать управляемая самосборка и самоорганизация, когда атомы или молекулы сами выстраиваются в заданном порядке, как это имеет место, например, в биологических системах.

В данном учебно-методическом пособии рассмотрены примеры технологий как первого, так и второго подходов, применение которых позволяет формировать наноструктуры для наноэлектроники.

4