НаноэлектроникаКремний для электроники: придут ли нанопровода на смену кристаллам?
By: Свидиненко Юрий (Svidinenko) 2006.04.14
Иллюстрация роста нанопроводов Si
Кремний для электроники: придут ли нанопровода на смену кристаллам?
Непрерывный прогресс в характеристиках различных электронных устройств – от персональных компьютеров до мобильных телефонов – в значительной степени обусловлен постоянным уменьшением размеров кремниевых микросхем. Для их серийного производства хорошо отлажена 0.1-микронная технология. Но дальнейшая миниатюризация электронных компонентов до масштаба» 10нм требует замены кристаллов кремния другими физическими объектами. В качестве таковых сейчас обсуждаются, например, углеродные нанотрубки, молекулярные переключатели и кремниевые нанопровода. О последних и пойдет речь ниже.
Методика выращивания кремниевых нанопроводов заключается в следующем. На подложку из кремния наносят маленькую каплю жидкого металла (как правило, золота). Эта капля так эффективно адсорбирует Si из паров SiH4 или Si2H6, что становится пересыщенной кремнием, в результате чего из капли растет длинный и круглый монокристаллический нанопровод Si, диаметр которого определяется размерами капли Au (см. рисунок). До сих пор считали, что если на подложку нанести сразу несколько капель Au, то одновременно получится соответствующее количество нанопроводов Si. Поэтому данная методика рассматривалась как весьма перспективная для широкомасштабного изготовления таких нанопроводов с целью их практического использования в наноэлектронике. Однако проведенные в IBM исследования показали, что это не так [1].
Рис.1. (из статьи [3]). Иллюстрация роста нанопроводов Si с использованием капель Au в качестве катализаторов
В работе [1] процесс роста параллельных друг другу нанопроводов Si на подложке из Si (111) изучен с использованием сканирующего туннельного микроскопа. Вопреки ожиданиям, авторам [1] не удалось вырастить сразу много длинных однородных по диаметру нанопроводов. Причина этого заключается в том, что неизбежные, пусть даже и совсем незначительные различия в размерах капель Au приводят в конечном итоге к тому, что атомы Au диффундируют с меньших капель на большие, в результате чего рост оставшихся без “золотой крыши” нанопроводов прекращается (см. рисунок). Этот эффект, называемый эффектом Оствальда (лауреат Нобелевской премии по химии в 1909 году) или – в шутку – “капиталистическим принципом”, объясняется уменьшением полной поверхностной энергии при диффузии Au с капли на каплю [2]. В [1] наблюдали и другие вредные последствия диффузии Au, в том числе изменение диаметра каждого нанопровода вдоль его длины.
Выход из этой ситуации предложен в работе [3]: не нужно гнаться за идеальными условиями синтеза (сверхвысокий вакуум и т.д.), как это делали авторы [1], а просто допустить присутствие в атмосфере незначительного количества кислорода. Это позволит блокировать пути диффузии Au, которая, как установлено в [1], происходит по поверхности подложки. Тогда капли Au окажутся независимыми друг от друга, и получится большой массив длинных однородных нанопроводов Si. Таким образом, оказывается, что “очень чисто” – это иногда даже “чересчур чисто”…
