Основные результаты выпускной работы состоят в следующем:
1. Новые возможности в микроэлектронике связывают с уменьшением линейных размеров функциональных элементов. В связи с этим развиваются методы создания наноструктур, отличающиеся от традиционных подходов к достижению сверхмалых размеров элементов, в основе которых лежит применение зондовых микроскопов как для визуализации и контроля объектов на подложке, так и для локальной модификации свойств поверхности с использованием ряда методов, основанных на различных физических принципах.
Одним из наиболее эффективных является метод, связанный с процессом зондового окисления полупроводниковых материалов или металлических пленок.
2. В обычных атмосферных условиях поверхности практически всех изделий покрыты пленкой адсорбата. Основу адсорбата составляет вода, находящаяся в квазижидком состоянии. При стимулировании током зонда возможно окисление металлических и полупроводниковых подложек. Если происходит анодирование поверхности проводящих подложек, то потенциал на подложке должен быть положительным.
3. Метод локального анодного окисления (ЛАО) получил широкое распро- странение при создании функциональных элементов наноэлектроники. В качестве инструмента для проведения зондовой литографии используются методики сканирующей зондовой микроскопии с применением проводящих зондов. В ряде работ продемонстрировано ЛАО как полупроводниковых пленок (Si, GaAs), так и пленок различных групп металлов: Al (III группа), Ti (IV группа), V, Nb, Ta (V группа), Cr, Mo, W (VI группа). Наиболее перспективными считаются тугоплавкие металлы IV – VI групп ввиду их устойчивости к пропусканию больших плотностей тока.
При формировании наноэлементов на подобных тонкопленочных структурах существуют проблемы получения высокой проводимости и снижения дефектности исходного материала. Эти свойства определяются в основном технологией напыления пленок. Таким образом, стабильность и воспроизводимость характеристик устройств наноэлектроники напрямую зависит от качества исходных пленок и подложек, на которые они наносятся.
4. Сверхтонкие пленки титана (до 10 нм) осаждались на подложки Si с ориентацией (100), покрытые термически выращенным SiO 2 толщиной 500 нм. В качестве технологии формирования пленок Ti были использованы методы термического вакуумного напыления в резистивном тигельном испарителе и конденсация импульсной электроэрозионной плазмы. Осаждение проводилось в вакууме 10 -5 Па с использованием в качестве напыляемого материала титана с содержанием основного вещества не менее 99,9999 %.
Анализ морфологии поверхности пленок на атомно-силовом микроскопе (АСМ) показал, что пленки, нанесенные первым методом, имеют более развитый рельеф. Данный факт может быть обусловлен нанокристаллической структурой такой пленки с характерным размером кристаллитов составляющих десятки нанометров. В то же время, пленки Ti, полученные вторым способом, имеют более гладкую морфологию с шероховатостью менее 0,5 нм, что является следствием кинетики конденсации высокоскоростных плазменных потоков при формировании неупорядоченных пленок с плотностью близкой к монокристаллическому материалу. Кроме того, импульсный характер осаждения позволяет строго контролировать толщину пленки вплоть до 1 нм. Несмотря на малую толщину таких пленок Ti, они остаются стабильными на воздухе достаточно длительное время.
Таким образом, метод конденсации импульсной электроэрозионной плазмы является, более предпочтительным для задач нанотехнологии, связанных с процессами локального анодного окисления.
5. Анодирование пленок титана проводилось в атомно-силовом микроскопе Solver-P47 (NT-MDT, Зеленоград) с использованием кремниевых зондовых датчиков с проводящим покрытием (TiN, W 2C, Pt). Предварительно пленка сканировалась в контактном режиме, и к зонду подводились импульсы напряжения в интервале от –10В до 10В и периодом 0,1 мс. Механизм формирования анодных пленок с использованием зондов микроскопа до конца не изучен. Имеется ряд попыток описания роста оксида на основе электрофизических (в основном базирующихся на теории Кабрерра – Мотта) и кинетических моделей. Однако все эти модели находятся в сильной зависимости от параметров и условий проведения эксперимента, к которому они применяются, и результаты различных авторов трудно поддаются обобщению. Основная проблема при построении модели окисления связана с учетом положения и формы катода (зонда), который имеет конечные размеры и не является жестко зафиксированным, в отличие от промышленного процесса анодирования. В основном, в работах исследуются зависимость роста оксида на тонких пленках как функция постоянного напряжения без учета протекания тока, связанного с изменением емкости системы пленка-зонд при колебании кантилевера в полуконтактном методе. В связи с этим для устранения указанной неопределенности использовался контактный режим анодирования, а для уменьшения времени анодирования и, следовательно, минимизации ширины линии литографии, выбирались малые периоды импульсов, которые позволяет обеспечить имеющееся оборудование (до 0,1 мс). Основным механизмом переноса реагентов к границе роста оксида в этом случае является протекание нестационарных ионных и электронных токов при переходном процессе в повторяющихся импульсах.
53 страниц
67% уникальность
2020 год
56 просмотров
