4. Локальная глубинная модификация поверхности.

Ло­кальная глубинная модификация поверхности представляет собой технологический процесс создании элементов наноэлектроники в полупроводнике под поверхностью оксидного слоя путем локально­го изменения физико-химических свойств материала.

Локальная глубинная модификация проводится с помощью про­водящего зонда по следующей технологической схеме (рис. 2.30). К поверхности полупроводниковой подложки 2, защищенной окисным слоем 1, подводится зонд 3. К зонду с радиусом закругления R при­ложено напряжение U. Электрическое поле проникает в подложку на глубину L, составляющую десятки и сотни нанометров. Под по­верхностью на глубине z₀ формируется область пластической моди­фикации радиусом r, который определяется приложенным электри­ческим напряжением.

Рис.2.30. Схема локальной глубинной модификации полупроводника.

Максимальная глубина залегания области модификации наблю­дается при пороговом напряжении U_пор , которое определяется как

где τ₁— предел пластичности, ε₁, ε₂ — диэлектрические проницае­мости соответственно пленки и полупроводника, q — заряд элект­рона, п₀ — концентрация равномерно распределенных ионизиро­ванных примесей.

При этом напряжении глубина залега­ния области модификации определяется выражением:

Оценки показывают, что при n₀= 5∙10¹⁸ см^-3 при пороговом напряже­нии 144 В максимальная глубина залега­ния области локальной модификации со­ставляет z_0max = 195 нм.

Процесс локальной модификации по­лупроводников должен проходить так, чтобы исключить эмиссию электронов с зонда. В противном случае возможен локальный разогрев поверхности и инжекцин электронов в область пространственного заряда. Таким образом, неправильная полярность приложенного напряжения может существенно умень­шить глубину модификации.

5. Межэлектродный массоперенос.

Межэлектродн ый массоперснос с нанометровым разрешением представляет собой тех­нологический процесс создания наноразмерпых элементов путем осаждения эмитированных с острия ионов.

В основе процесса межэлектродного массопереноса лежит явле­ние полевого испарения проводящих материалов под воздействием сильных электрических полей.

В сильных электрических полях формируется поток эмитирован­ных положительных ионов с плотностью тока

где п — плотность атомов распыляемого вещества; М — масса ато­мов; а — амплитуда колебаний атомов на поверхности.

Оценки показывают, что характерное значение j составляет по­рядка 10⁵ А/см², что соответствует потоку 10¹⁰ частиц с квадратного нанометра. Поток атомов с зонда имеет тенденцию к расширению, и поэтому для контроля процесса массопереноса им необходимо управлять.

Для целенаправленного массопереноса с помощью туннельного мик­роскопа необходимо сформировать острие зонда и поддерживать его форму, контролировать нагрев острия проходящим током.

С помощью зонда можно осущест­вить массоперенос отдельных атомов. С этой целью из газовой фазы на подложке адсорбируются необходи­мые атомы. В процессе сканирования в режиме постоянного туннельного тока зонд подводится к адсорбирован­ному атому. Траектория зонда иска­жается и в этом случае легко полу­чить информацию об измененной ад­сорбированным атомом топологии по­верхности (рис. 2.31а).

Рис. 2.31. Схема траектории зонда над адсорбированным ато­мом (а) и режим манипуляции с адсорбированным атомом (б).

Если острие приблизить к адсорбированному атому, то зонд за счет ван-дер-влальсовских сил может захватить атом. Захваченный таким образом адсорбированный атом можно оставить в любой точ­ке поверхности (рис. 2.316). Для этого необходимо изменить прило­женное к острию напряжение. Таким способом можно пере­группировывать атомы, поатом­но строить на поверхности раз­личные наноструктуры по наме­ченной программе.

На рис. 2.32 приведен класси­ческий пример самых маленьких в мире букв IBM, состоящих из 35 атомов ксенона, которые размещены на поверхности кристалла никеля. Каждый атом был посажен на свое место с помощью с по­мощью острия, на котором менялся потенциал. Время написания та­кой рекламной вывески составило примерно один час.