11.5.4. Локальная глубинная модификация поверхности.

Локальная глубинная модификация поверхности представляет собой технологический процесс создания элементов наноэлектроники в полупро-воднике под поверхностью оксидного слоя путем локального изменения фи-зико-химических свойств материала.

Л окальная глубинная модификация проводится с помощью проводя-щего зонда по следующей технологической схеме (рис. 11.5.4). К поверх-ности полупроводниковой подложки 2, защищенной окисным слоем 1, под-водится 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.

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

, (11.5.9)

где τ₁ – предел пластичности, ε₁, ε₂ – диэлектрические проницаемости соответственно пленки и полупроводника, q – заряд электрона, п₀ – концент-рация равномерно распределенных ионизированных примесей. При этом напряжении глубина залегания области модификации определяется выражением

. (11.5.10)

Оценки показывают, что при n₀ = 5·10¹⁸ см ^-3 при пороговом напряжении 144 В максимальная глубина залегания области локальной моди-фикации составляет Z_0max = 195нм.

Процесс локальной модификации пороводников должен проходить так, чтобы исключить эмиссию электронов с зонда. В противном случае воз-можен локальный разогрев поверхности и инжекция электронов в область пространственного заряда. Таким образом, неправильная полярность прило-женного напряжения может существенно уменьшить глубину модификации.

11.5.5. Межэлектродный массоперенос.

Межэлектродный массоперенос с нанометровым разрешением пред-ставляет собой технологический процесс создания наноразмерных элемен-тов путем осаждения эмитированных с острия ионов.

В основе процесса межэлектродного массопереноса лежит явление полевого испарения проводящих материалов под воздействием сильных электрических полей (см. разд. 11.5.1).

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

, (11.5.11)

где п  – плотность атомов распыляемого вещества, М  – масса атомов, а  – амплитуда колебаний атомов на поверхности.

Технологией массопереноса из газовой фазы были осаждены пленки кадмия из газа диметила кадмия, вольфрама из гексакарбонила вольфрама, золота из диметилтрифторацетилацетоната золота и др. Давление газа лежало в пределах 60 ÷ 250 Па, напряжение отрицательной полярности на зонде составляло 30 ÷ 40 В, эмиссионный ток в пределах 5 нА. Создавались локальные участки металлизации с характерным размером 10 нм.

Существует также процесс, в котором потоком электронов иниции-руется травление материала предварительно осажденной тонкой пленки в среде активного (как правило, галогенсодержащего) газа. Локальная обра-ботка здесь уже идет по материалу, полученному отдельно в заданных усло-виях, а значит, и с желаемыми свойствами.

Первые результаты для СТМ были получены при травлении кремния в парах WF₄ при давлениях 1,33·10² ÷ 3,99·10³ Па. Игла СТМ при этом находилась под напряжением -15 ÷ -20 В, размер протравленных элементов составил около 20 нм.

Заметим, что металлоорганика и металлгалогены являются весьма токсичными и поэтому требуют специальных мер защиты.