МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ НАНОСТРУКТУР .

МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ НАНОСТРУКТУР . • - атомная сборка, • - самоорганизация Наноматериалы и Глава 5 Page нанотехнологии

Методы создания наноструктур Скорость интеграции элементов электронных приборов 2 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Методы создания наноструктур Фотолитография Схема изготовления микросхем с использованием фотолитографии (слева направо). 3 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Силовая литография Схематическое изображение процесса статической силовой литографии (а) и изображение поверхности алюминия (размер скана 1, 6 х1, 6 мкм) с нанесенной на нее царапиной (б) 4 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Локальное анодное оксидирование Пример векторной динамической силовой литографии (а) (размер скана 220 х220 нм) в виде регулярного массива углублений (питов) и растровой литографии (размер скана 2, 5 х2, 6 мкм) 5 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология СТМ литография Пример СТМ литографии. На СТМ изображении (размер скана 256 x 256 нм 2) трехмонослойной проводящей пленки (б) видны кратерообразные дефекты глубиной в один монослой после локального приложения трех импульсов напряжения (а) 6 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология СТМ литография Игла сканирующего туннельного микроскопа, находящаяся на постоянном расстоянии (см. стрелки) над слоями атомов исследуемой поверхности. Сложенное из 35 атомов ксенона на пластинке из никеля название компании IBM, сделанное сотрудниками этой компании с помощью сканирующей зондового микроскопа в 1990 году. Слева – кантилевер (серый) сканирующего зондового микроскопа над металлической пластинкой. Справа – увеличенное изображение области (обведена белым на рисунке слева) под зондом кантилевера, на которой схематически показаны молекулы тиола с серыми углеводородными хвостами, выстраивающимися в монослой у кончика зонда. Взято из Scientific American, 2001, Sept, p. 44. 7 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Локальное анодное оксидирование • Схема процесса локального анодного оксидирования с помощью проводящего АСМ зонда (а) • изображение (размер скана 200 х200 нм) сверхтонкой пленки титана на поверхности кремния (б), окисленной в заданных точках 8 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Локальное анодное оксидирование Пример векторной (а) (размер скана 500 х500 нм) и растровой (б) (размер скана 2, 5 х3, 0 мкм) литографии, осуществленной путем локального окисления с помощью проводящего зонда 9 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология АСМ плуг для наноэлектроники Процарапанные борозды на тонкой пленке резиста, нанесенного на поверхность кремния, были “дотравлены” с помощью реактивного ионного травления. Далее, используя взрывную литографию (lift-off), удалось сформировать структуру нитей кобальта толщиной 50 нм • Appl. Phys. Lett. 2000, 77, p. 2743 • Appl. Phys. Lett. 2000, 77, p. 2728 10 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология АСМ плуг для наноэлектроники “полосатая магнитная структура” на основе Fex. Ag 1 -x, выращенная на подложке Mo[110]/Al 2 O 3[1120] • Appl. Phys. Lett. 2000, 77, p. 2743 • Appl. Phys. Lett. 2000, 77, p. 2728 11 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Разрыв молекулы с помощью СТМ Английским физикам впервые удалось с помощью СТМ избирательно оторвать атомы хлора от отдельных молекул хлорбензола C 6 H 5 Cl, адсорбированных на поверхности Si[111]- 7 x 7 • D. M. Eigler, E. K. Schweizer, Nature, 1990, 344, 524 • J. I. Pascual, Nature, 2003, 423, 525 12 • P. A. Sloan, R. E. Palmer, Nature, 2005, 434, 367 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Сканирующий зондовый электромагнитный пинцет Зонд-пинцет для магнитных микрочастиц • Appl. Phys. Lett. , vol. 79, No. 12, pp. 1897 -1899 13 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Локальное анодное оксидирование Слева – луч лазера падающий сверху на линзу, фокусируется внутри капли. При этом на каждую частицу, находящуюся в воде, действуют силы (оранжевые стрелки), результирующая которых (зелёная стрелка) всегда направлена к фокусу. Справа - сложенные с помощью лазерного пинцета различные узоры из гелевых наночастиц. Установка «лазерный пинцет» . Scientific American, 1998, Apr, p. 62 14 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология Набор последовательных СТМ-изображений, которые иллюстрируют процесс формирования “квантового загона” из 48 атомов Fe, адсорбированных на поверхности Cu[111] 15 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Зондовая нанотехнология 16 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Самоорганизация наноструктур СТМ-изображение массива наноостровков Si, полученных напылением пяти моноатомных слоев Si на поверхность Si[100], покрытую тонким слоем Si. O 2. 17 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Самоорганизация наноструктур • Типы массивов островков со схематической иллюстрацией их внешнего вида (первая колонка), • распределением по размерам (вторая колонка) и • по расстояниям между ближайшими островками (третья колонка). • Верхний ряд - обычный массив островков. • Средний ряд - неупорядоченный массив магических островков. • Нижний ряд - упорядоченный массив магических островков 18 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Самоорганизация наноструктур • Упорядоченный массив магических кластеров Al, полученный на поверхности Si[111]7 х7 в результате самоорганизации осажденных атомов Al: • СТМ-изображение (47 -32 нм), иллюстрирующее общий вид массива (вверху) • увеличенное СТМ-изображение нанокластеров (внизу) при различной полярности потенциала на образце (+2. 0 В в верхней части и – 2. 0 В в нижней части изображения) • схематическое изображение атомного строения магических кластеров. Каждый кластер состоит из шести атомов Al (желтые кружки) и трех атомов Si (голубые кружки) 19 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Самоорганизация наноструктур • Упорядоченный массив магических нанокластеров In на поверхности Si[100]. • СТМ-изображение массива (слева) • атомное строение магического кластера (справа). Кластер состоит из шести атомов In (желтые кружки) и семи атомов Si (голубые кружки) 20 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Самоорганизация наноструктур Легирование магических кластеров In на поверхности Si[100]: • СТМ-изображение массива с легированными (яркими) кластерами (слева) • данные СТС об электронной структуре кластеров (справа). Обычный кластер – полупроводник с запрещенной зоной ~1. 0 эв. У легированного (яркого) кластера в запрещенной зоне появляются дополнительные электронные состояния 21 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Наноматериалы КАК СОЗДАЮТСЯ КВАНТОВЫЕ СТРУКТУРЫ 22 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Наноматериалы КАК СОЗДАЮТСЯ КВАНТОВЫЕ СТРУКТУРЫ (квантовая яма) 23 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Наноматериалы КАК СОЗДАЮТСЯ КВАНТОВЫЕ СТРУКТУРЫ (квантовые точки) 24 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Наноматериалы КАК СОЗДАЮТСЯ КВАНТОВЫЕ СТРУКТУРЫ (квантовые точки) Технология формирования индивидуальных квантовых точек в заданных местах подложки Appl. Phys. Lett. , 2001, 78, p. 1367 25 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Наноматериалы КАК СОЗДАЮТСЯ КВАНТОВЫЕ СТРУКТУРЫ (нанопроволоки) Наноприборы Ni. Si/Si/Ni. Si. Длина масштабной линейки 20 нм • (a) Схематическое изображение нанопровода Si, пересекающего три нанопровода Si/Si. O 2, которые выполняют функцию маски. После напыления Ni, отжига и удаления нанопроводов Si/Si. O 2 образуется нанопровод с чередующимися областями Ni. Si и Si. • (b) Изображение гетероструктуры Ni. Si/Si/Ni. Si, полученное методом просвечивающей электронной микроскопии. Стрелки указывают на границы раздела Ni. Si/Si. Длина масштабной линейки 10 нм. Вставка: изображение гетероструктуры до удаления маски Si/Si. O 2. Y. Wu et al. , Nature 2004, 430, 61 26 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5

Наноматериалы КАК СОЗДАЮТСЯ КВАНТОВЫЕ СТРУКТУРЫ (нанопроволоки) • Формирование Si нанопроволок посредством селективного осаждения Si и Si 3 N 4 Микрофотография (СЭМ) поперечного сечения структуры Appl. Phys. Lett. 2001, 79, p. 494 27 Наноматериалы и нанотехнологии Глава 5