Пн. Июл 15th, 2024

Нано-электроника появилась в процессе естественной микроми­ниатюризации элементной базы современных электрических устройств и систем, где каждый шаг дается с огромным трудом и нередко диктует необхо­димость вербования новых (время от времени принципи­ально) физических путей и способов. В нано-электронике за ее масштаб принято значение в 100 нм. Это определение планарного элемента наноэлектроники можно обобщить, считая нано-объектом (наноструктурой) все, что имеет харак­терный размер Физическая электроника в самом общем смысле этого слова представляет собой раздел физики, который занимается исследованием явлений, связанных с движением заряженных частиц и, сначала, электронов (отсюда и само на­звание «электроника») в разных вещественных средах, включая физический вакуум.

Это, сначала, вакуумная электроника, изучающая процес­сы, которые происходят при движении заряжен­ных частиц в вакууме и в базе которых лежат законы этого движения.

Сюда относятся вся элек­тронная оптика, электрическая и ионная микроско­пия, также физика явлений, происходящих в разных радиотехнических устройствах типа электрических ламп и устройств, применяющихся для генерации либо усиления электрического излучения, в том числе и СВЧ-диапазона. По­следнее направление в текущее время оформи­лось в самостоятельное — радиофизику СВЧ (либо микроволн).

Во-2-х, это явления испускания электронов и атомарных частиц, в большинстве случаев ио­нов, разными средами, в главном жесткими телами и плазмой, которые составляют широкий раздел физической электроники, именуемый эмиссионной электроникой.

С возникновением полу­проводников активно начала развиваться по­лупроводниковая электроника и на ее базе — электроника твердого тела. В предстоящем полу­проводниковая электроника также стала разви­ваться без помощи других и является в текущее время междисциплинарным разделом физики. К области же фактически физической электроники продолжают относиться такие разделы твердо­тельной электроники, как физика поверхности,тонких пленок и пленочных структур~ элемент­ной базы современной микроэлектроники.

Исторически одним из главных разделов физической электроники являлась так именуемая газовая электроника, изучавшая процессы в раз­личных газоразрядных радиотехнических устрой­ствах, таких как тиратроны, разрядники, стабили­троны и т.п. На базе исследования физики газового разряда оформился и в предстоящем получил са­мостоятельное развитие таковой большой раздел физики, как физика плазмы. Все же, наука о плазменных средах является важной состав­ной частью физической электроники, так как она изучает большой круг заморочек, связанных с поведением газа заряженных частиц — электронов, ионов и дырок, атомов и молекул, в том числе, находящихся в возбужденном состоянии, также квантов излучения (э.-м. поля) и нейтральных частиц в самых различных вещественных средах: фактически плазме как газовой среде и газе носителей заряда (электронов и дырок) в жестких те­лах, которые при всем этом принято именовать плазмо-подобными (либо плазменными) средами. С разви­тием лазерной физики из этой науки выделился большой раздел, связанный с исследованием законов поведения газа возбужденных атомов, молекул и квантов излучения, получивший заглавие кванто­вой электроники.

Ваку­ум, газы и конденсированные среды мо­гут контактировать вместе. Для конденси­рованных сред при всем этом вводят понятие границы раздела этих сред либо понятие поверхности. Тра­диционно под поверхностью понималась область резкого, скачкообразного конфигурации параметров ве­щества. Реально поблизости фактически геометриче­ской границы вещественной среды существует некая область конечной толщины, в какой ее характеристики значительно отличаются от параметров вещества в объеме.

Вправду, в объеме лю­бая частичка ведет взаимодействие только с частичками этой среды, а поблизости границы, с одной стороны — с частичками этой же среды, а с другой — с части­цами той среды, с которой она граничит. Если 2-ая среда — вакуум, на границе твердого тела должны существовать разорванные атомарные связи. При всем этом толщина погранично­го слоя определяется тем расстоянием от поверх­ности, начиная с которого частички среды пере­стают «ощущать» воздействие частиц за ее границей. Толщина такового слоя, по последней мере, порядка дебаевского радиуса rD, который для твердого тела имеет порядок величины от 1 до 100 нм. Следует также учитывать, что в этот слой попадают частички среды — соседки за счет взаимодиффузии нейтральных атомов, ионов, элек­тронов либо дырок либо бомбардировки другими частичками (контакт с газом либо вакуумом). При учете всех этих процессов соответствующая толщина такового слоя в направлении нормали к границе может достигать размеров порядка нескольких сотен нанометров.

Итак, поверхность жестких тел — это естественный нанообъект, в каком появляются новые высококачественные характеристики. Эти характеристики можно направленно изменять методом ис­пользования плазменных, лучевых (потоки частиц) и радиационных (поток квантов излучения) нано-технологий направленного конфигурации параметров по­верхности либо, другими словами, модификации параметров поверхности.

Так как в конденсированных средах пове­дение образующих их частиц — атомов, ионов, электронов и дырок — подчиняется законам кван­товой механики, т.е. описывается их волновыми функциями, в их появляются новые характеристики, обусловленные квантоворазмерными эффектами — зависимостью параметров наносистемы от соотно­шения ее соответствующих размеров и соответствующих размеров области корреляции разных физиче­ских взаимодействий и явлений, происходящих в системе частиц. В связи с этим поверхность можно считать, пожалуй, самой всераспространенной естест­венной наносистемой, при этом пленочного типа.

Последующим шагом модификации параметров по­верхности является осаждение на ее поверхности тонких пленок или слоистых пленочных структур, толщина которых может быть от микрон до толикой микрона, т.е. может удовлетворять условию d < 100 нм. Такие пленочные структуры служат осно­вой для построения элементной базы современной микро-, а в пределе d < 100 нм, наноэлектроники.

Это двумерные наноструктуры, при этом ин­теграция частей происходит в их плоскости. Тонкие пленки могут делать и функциональ­ные задачки упрочнения поверхности, конфигурации ее смачиваемости, коэффициента трения и др. Новое качество может быть достигнуто методом осаждения на поверхность твердого тела атомов тех элемен­тов, которые могут создавать разные веще­ства, отличающиеся по своим структуре и свойст­вам, т.е. разные аллотропные модификации. Ха­рактерный пример — углерод, который может суще­ствовать в виде 4 аллотропных форм, отли­чающихся типом гибридизации: sp3 и sp2- этим ти­пам соответствуют устойчивые модификации алмаз и графит, также sp1 и sp°, которым отвечают метастабильные модификации линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ), и гранецентрированного (ГЦК) углерода. При всем этом способ управляемого осажде­ния атомов углерода в текущее время является фактически единственным способом синтеза по­следних 2-ух форм углерода.

Экспериментальная установка получения углеродных пленок представляет собой вакуумную систему, обеспечивающую импульс­ное осаждение углерода из плазменных сгустков, создаваемых вакуумной дугой, с плотностью ионов 1013…1014 см3 и степенью ионизации 95%. Частота импульсов варьируется в границах 1…30 Гц, продолжительность импульса 100 мкс.

Ионный пучок формируется ионным источником низкого давле­ния. Энергия ионов Аг+, облучающих поверх­ность возрастающей пленки, варьируется в границах 0-300эВ и зависит как от напряжения экстракции, так и от характеристик углеродной плазмы. В ниже­описанных опытах эта энергия была равна 150эВ. В качестве материалов подложки исполь­зовались NaCl (для электронномикроскопических исследовательских работ), Si (для электрической спектроско­пии), также сталь, полимеры, керамика и т.д. Рабочее давление в камере — 104 Па.

Рис. 8.1 Схема способа получения углеродных пленок: 1 — подложка; 2 — поток углерода; 3 — ток ионов аргона; 4 — графитовая мишень.

Нанообъекты могут существовать и в виде частиц соответственного размера (микрочастицы), также нанокомпозиты, образованные ансамблем таких частиц. Обилие вероятных видов микрочастиц очень велико.

Од­ним из главных физических признаков принад­лежности к наномиру является равенство либо превышение поверхностной энергии микрочастицы по сопоставлению с ее большой энергией. Потому отличительным свойством микрочастиц является их активность за счет нахождения на их поверхности оборванных связей. В общем случае как правило это трехмер­ные объекты (3D).

Естественно, что право на существование имеют одномерные (ID) и нульмерные системы (0D). К первым относят так именуемые квантовые нити (квантовые провода), которые формируются в условия сильной анизотропии параметров вещества сильным проявлением квантово-размерных эффек­тов и с поперечником < 100 нм (принципиальный пример кван­товой нити — полупроводниковые нанотрубки). На­конец, соответствующим примером нульмерной систе­мы либо квантовой точки может служить экситон.

Наносистемы могут или организоваться в природе естественным методом — поверхность, нанокластеры карбина, нанотрубки и др. — или модифицируются методом управляемого выкармливания (тонкие пленки и пленочные наност­руктуры) при помощи осаждения на поверхность частиц подходящего характеристики. Такие частички могут осаждаться из плазмы либо других источников пуч­ков атомов, ионов, молекул, при этом принципиальным эле­ментом таковой технологии является предваритель­ная подготовка поверхности таким макаром, чтоб она стимулировала рост необходи­мой структуры осаждаемой пленки. Это, к примеру, управление процессом эпитаксиалъного роста, при котором межатомные расстояния выращивае­мой пленки повторяют геометрию создаваемых на поверхности центров зародышеобразования. Для реализации такового процесса необходимо детально знать физику взаимодействия ионов и электронов с по­верхностью твердого тела.

Описанный процесс ионно-стимулированного эпитаксиального роста пленок на командной поверхности является принципиальным примером само­сборки, которая является неотъемлемым свойст­вом нанотехнологий.

В текущее время проводится широкий цикл иссле­дований процессов взаимодействия пучков заря­женных частиц (электронов и ионов в широком спектре их энергий) с поверхностью жестких тел:

  • распыление материала поверхности;
  • вто­ричная ионно-ионная;
  • ионно-электронная;
  • элек­трон-ионная эмиссия;
  • внедрение частиц пучка в поверхность;
  • напыление частиц пучка на поверх­ность;
  • изменение фазового состава поверхности;
  • активация поверхности и т.п.

Все эти процессы реа­лизуются также при контакте газоразрядной плазмы с поверхностью, и так либо по другому исполь­зуются в разных технологических циклах, та­ких, как травление, имплантация, интеркалирование, осаждение пленочных структур, литография и других технологических циклах современной микро-, а с переходом к соответствующим размерам < 100 нм, наноэлектроники. Установлено, что важную роль играют неуп­ругие процессы при содействии ионов ма­лых энергий с поверхностью жестких тел. Выяв­лен основной механизм такового взаимодействия, а конкретно, — резонансная перезарядка. Этот процесс лежит в базе большинства нанотехнологий мо­дификации параметров поверхности. Посреди про­цессов, сопровождаемых (вызываемых) на поверх­ности жестких тел пучками заряженных частиц: электронов и, сначала, ионов для пони­мания магистрального направления развития исследований являются процессы электрической и ионной стимуляции направленного выкармливания (напыление, осаждение) на ней пленок разных углеродных метастабильных фаз и, в первую оче­редь, двумерно-упорядоченного линейно-цепо­чечного углерода (ДУ ЛЦУ). В текущее время отлично понятно, что в при­роде и в лабораториях мира издавна изучается метастабильная аллотропная фаза углерода, так именуемый линейно-цепочечный углерод. В первый раз он был открыт в Рф в 1960 г. учеными из Института элементоорганических соединений Сладковым A.M. и Кудрявцевым Ю.П. После долгого отжига в вакууме при темпе­ратуре 1000 °С в продукте, содержавшем 99,9% углерода, было найдено наличие кристалли­ческой фазы со средними размерами кристаллов порядка 100 нм. Этот материал обнаруживал на­личие линейных цепочек углеродных атомов, и был назван карбином. Приобретенный итог длительно подвергался сомне­нию в среде химиков, так как линейная цепоч­ка углеродных атомов неустойчива до 6…8 ато­мов, после этого она должна замыкаться на близ­лежащие цепочки с образованием графитовых связей — сшивок цепочек.

С использовани­ем физических способов анализа электрической структуры карбина (Оже-спектроскопия) было подтверждено, что он представляет собой доста­точно протяженные отрезки линейных цепочек углерода (ЛЦУ), стабилизированных в районе развития неустойчивости сшивания извивами це­почек, или присутствием стороннего атома. Все же, для этой структуры соответствующим оказалось наличие упомянутых выше сшивок. Этот материал мог синтезироваться в виде нитей (волокон), ваты, войлока, порошка. В 1992г. был синтезирован пленочный кристалл, образованный цепочками углеродных атомов, нацеленных нормально к подложке, так именуемый двумерно-упорядоченный углерод (ДУ ЛЦУ). ДУЛЦУ представляет собой плотно упако­ванную гексагональную решетку из линейных це­почек углерода, которые стабилизированы чере­дующимися произвольно нацеленными изги­бами, образующими слои, расположенные на рас­стоянии от 2-х до 8 атомов углерода (самосборка). Разработка позволяет растить сплошные пленки, не имеющие островковой структуры и стопроцентно покрывающие подложку, повторяя ее начальную топографию, начиная с толщин « 5 А. При всем этом пленка по данным атомно-силовой мик­роскопии имеет атомно-гладкую поверхность. Принципиальной особенностью структуры ДУ ЛЦУ является ее мощная анизотропия, из которой вы­текает и анизотропия ее физико-химических параметров. На разрыв цепочки ЛЦУ имеют очень высшую механическую крепкость (выше, чем у нанотрубок), в обратном направлении пленка очень эластична и допускает расстояние более, чем в 3 раза, без нарушения сплошности. Наличие оборванных связей на концах цепочек приводит к ее необычно сильной адгезии к подложке, которая оказывается выше ее большой прочности. Это позволяет снижать коэффициент трения за счет покрытия трущихся поверхностей пленками ДУ ЛЦУ. Анизотропны и электрофизические характеристики пленки, проводимость которой повдоль цепочек и в поперечном направлении отличается на 6 по­рядков. Повдоль цепочки движение электронов но­сит баллистический нрав, т.е. подобно дви­жению электронов в вакууме; в поперечном направлении пленка проявля­ет характеристики диэлектрика, а проводимость носит прыжковый нрав.

Это открывает принципи­ально новые способности в разработке наноэлектронных систем. В силу слабенькой связи цепочек ЛЦУ, находя­щихся на значимом расстоянии друг от друга, пленки ДУ ЛЦУ прозрачны для электрических пуч­ков, более того, они коллимируют и усиливают электрические пучки (из-за взаимодействия с плазмонами). Материалы, содержащие линейно-цепочечный уг­лерод, в силу отмеченных выше уникальных физи­ко-химических параметров находят самое обширное применение в разных областях практического внедрения от наноэлектроники до медицины.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO