Методы формирования металлических квазиодномерных микроконтактов на подложках
Одним из наиболее эффективных является метод, связанный с процессом зондового окисления полупроводниковых материалов или металлических пленок.
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. Например, электрохимическая реакция для пленок титана может происходить по схеме:
Ti + 2Н20 = ТiO2 + 4е + 4Н+.
Реакция сдвигается в сторону окисления за счет инъекции электронов с зонда и оттока положительных ионов водорода на зонд.
Метод локального анодного окисления получил широкое распространение при создании функциональных элементов наноэлектроники. В качестве инструмента для проведения зондовой литографии используются методики сканирующей зондовой микроскопии с применением проводящих кантилеверов. 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.
Металлическая наноэлектроника
Элементная база такой электроники может быть создана на основе металлических квазиодномерных проводов — квазиодномерных микроконтактов, проявляющих квантовые свойства проводимости при комнатных температурах.
Предполагается использовать двухэтапный процесс: на первом этапе методами традиционной микроэлектронной технологии создаются матричные кристаллы на диэлектрических подложках с металлическими проводящими дорожками; на втором этапе методами зондовой нанотехнологии создаются планарные элементы металлической наноэлектроники.
Квазиодномерный металлический канал в некотором роде аналогичен квантовому проводу. Однако, в отличие от квантового провода, в канале не удалось наблюдать явно выраженного квантования при комнатной температуре, поскольку поперечные размеры канала недостаточно малы для эффекта квантования в условиях комнатных температур.
Размещая двухэлектродные планарные квазиодномерные микроконтакты в стандартные микроэлектронные корпуса, можно создать ряд элементов электроники с нанометровыми активными областями. При этом возможности зондовой нанотехнологии позволяют создать на исходном кристалле необходимую характеристику. Возможности такого устройства зависят в том числе от используемых частот.
Топография квазиодномерного канала, полученного окислением танталового «крестика». Процесс получения такой структуры насчитывал три технологических операции: «отсечка» нижнего контакта, «отсечка» верхнего контакта и получение квазиодномерного канала с шириной < 10 нм. После первой и второй технологических операций проводилось измерение тока, проходящего через контакт, для нижнего и верхнего контакта. Измерения показали полное отсутствие какого-либо тока утечки.