БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет радиофизики и электроники

Технологии элементов микро- и наносистем

(конспект курса лекций для студентов 4-го курса специальность – радиофизика,

специализация – микро- и наносистемы)

автор – доцент кафедры физической электроники

Бурмаков А.П.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Поверхность.

РАЗДЕЛ 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

1. ..ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПОТОКОВ.

2. ПРОЦЕССЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА.

1.3. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

РАЗДЕЛ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И РАДИКАЛОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

2.1. ИСТОЧНИКИ ПОТОКОВ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И РАДИКАЛОВ (НЧ).

2.2. ПРОЦЕССЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И РАДИКАЛОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ.

2.3. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЧ С ПОВЕРХНОСТЬЮ.

РАЗДЕЛ 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА.

3.1. ИСТОЧНИКИ ИОННЫХ ПОТОКОВ.

3.2. ПРОЦЕССЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬ ТВЕРДОГО ТЕЛА.

3.3. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.

РАЗДЕЛ 4. СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХПРОЦЕССАМИ ИОННО-ПЛАЗМЕННОНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ.

4.1. АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

4.2. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

РАЗДЕЛ 5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЛАЗМЫ С ПОВЕРХНОСТЬЮ.

5.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ ФИЗИКИ ПЛАЗМЫ.

5.2. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЕ.

5.3. МОДЕЛИ СОСТОЯНИЯ ПЛАЗМЫ.

5.4. ГЕНЕРАТОРЫ ПЛАЗМЫ.

РАЗДЕЛ 6. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАНОСИСТЕМ.

6.1.УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ.

6.2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ УНМ.

6.3. СИНТЕЗ НАНОСТРУКТУР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТУРЫ СТМ И СМАС.

6.4. НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

6.5 СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

Лекция 1. Введение.

Основное внимание курса уделено физике и применению процессов взаимодействия атомных частиц с поверхностью твердых тел, базовым технологическим процессам изготовления ИС и элементов наносистем.

Под атомными частицами имеются в виду электроны, атомы, молекулы, а также частицы, получаемые в результате: а) их взаимодействия (столкновения) между собой при высоких энергиях (температурах); б) воздействия на них излучения и электромагнитных полей. К таким частицам относятся радикалы (части молекулы), а также атомные, молекулярные и радикальные ионы, т.е. ионы, образованные из атомов, молекул и радикалов.

Например, молекула азота N₂ может образовывать следующие атомные частицы: два атома азота N; молекулярный ион N₂⁺; два атомных иона N⁺. Второй пример, молекула аммиака NH₃ может образовывать следующие атомные частицы: атомы N и H; атомные ионы N⁺ и H⁺; радикалы NH₂ и NH; молекулярный ион NH₃⁺; радикальные ионы NH₂⁺ и NH⁺.

Процессы взаимодействия атомных частиц с поверхностью твердых тел будут рассматриваться в широком диапазоне их кинетических энергий от 0,02 эВ (энергия теплового движения атомных частиц при комнатной температуре) до сотен МэВ.

Поверхность.

Поверхность твердого тела – это граница раздела твердого тела с вакуумом или со средой в другом фазовом состоянии (газ, жидкость, плазма). Структура и физико-химические свойства приповерхностных слоев всегда отличаются от таковых в толще вещества. На практике мы всегда имеем дело с неоднородными (неидеальными) поверхностями.

Виды неоднородности:

1. Физическая неоднородность – это присутствие на поверхности участков с различной ориентацией кристаллографических плоскостей (поверхность образована из поликристаллического вещества и в пределе это аморфное состояние поверхностного слоя), а также присутствие на поверхности дислокаций, точечных, линейных и объемных дефектов кристаллической решетки.

2. Химическая неоднородность – это присутствие на поверхности инородных частиц в результате их диффузии из объема вещества или при образовании поверхности. Например, наличие на поверхности Si атомов C и O, которые в том или ином количестве всегда содержаться в кремнии при его получении.

3. Индуцированная неоднородность. Она возникает в результате контакта поверхности с окружающей средой и проявляется в виде адсорбции (прилипания к поверхности) атомных частиц окружающей среды с образованием или нет химических соединений, а также в виде изменения расстояния между атомами в приповерхностном слое

4. Механическая неоднородность – это микроскопическая неплоскостность, когда размер неровностей значительно превышает межатомное расстояние и намного меньше линейного размера поверхности. Примерами механической неоднородности являются шереховатости поверхности или трещины размером от десятых долей до единиц мкм.

Идеальная поверхность – это поверхность без указанных выше неоднородностей. Максимально приблизиться к идеальной поверхности можно путем скола химически чистого монокристалла вдоль кристаллографической плоскости в высоком вакууме.

• Любая из неоднородностей поверхности влияет на ее свойства.

ЛЕКЦИЯ 2. РАЗДЕЛ 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.