Медиатека — Лекции и семинары — Рождественские лекции

Орлов Алексей Олегович — к.ф.-м.н., профессор университета Нотр Дам (США).

Продолжающaяся миниатюризация электронных приборов (до нескольких атомных слоев материалов в современных полевых транзисторах) требует хорошего понимания основных физических и химических процессов для осуществления точного контроля над процессами их изготовления.

Одноэлектронный туннельный транзистор (ОТТ) является одним из наиболее перспективных сверхминиатюрных приборов, характеристики которого прямо связаны с его размерами. В ОТТ перенос носителей заряда через устройство контролируется Кулоновской зарядовой энергией наноразмерного «острова», туннельно связанного с электродами истока и стока и электростатически связанного с затвором. Кулоновский барьер EC= e2/2C (где e- элементарный заряд), контролируемый затвором ОТТ, обратно пропорционален общей ёмкости устройства, С, в связи с этим для преодоления тепловых флуктуаций (EC>kBT) емкость должна быть очень мала (<3 aФ для работы при комнатной температуре). Столь малая емкость достижима только в наноструктурах с размерами менее 10 нанометров. В то же время, для получения хороших показателей одноэлектронных транзисторов толщина туннельных переходов не должна превосходить всего лишь несколько атомных слоев, при этом качество этих слоев критически влияет на работу транзистора. Например, наличие дефектов в диэлектрике многократно увеличивает шумы в ОТТ, а неоднородное осаждение диэлектрика приводит к резкому изменению его выходных характеристик.

В докладе будут представлены экспериментальные результаты, полученные на ОТТ с туннельными переходами в которых использованы несколько комбинаций состава металл-диэлектрик-металл. Ультратонкие (толщиной порядка 1 нм) диэлектрики (SiO2, Al2O3, Si3N4), получены методом стимулированного плазмой осаждения атомнотонких слоев, а металлические наноструктуры, образующие ОТТ, выполнены методами электронно-лучевой литографии и химико-механической полировки. Таким образом, с одной стороны, исследования процессов образования ультратонких слоев диэлектрика а также методов их последующей обработки позволяют существенно улучшать характеристики приборов (что является необходимым условием для широкого применения ОТТ), а с другой — исследование характеристик ОТТ позволяет сделать выводы о процессах роста и формирования туннельно-прозрачных диэлектриков. В докладе будет показана первостепенная важность влияния границ раздела в туннельных переходах металл-диэлектрик-металл и химических окислительно-восстановительных процессов во время их образования.