• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
565
Раздел: Физика

Прогулка по атомным ступеням, или Как перейти от фундаментальных исследований на поверхности к измерениям в мире нано

Это – не ландшафт космического «пришельца», а эшелоны атомных ступеней на атомно-чистой поверхности монокристаллического кремния при увеличении в 30 тыс. раз. Как известно, любой материальный объект начинается с его поверхности, которая фактически является границей, отделяющей его от окружающего пространства. Даже если предмет сделан из однородного материала, его приграничный слой будет отличаться по свойствам от внутренней части. Изучить эти свойства и научиться их контролировать важно для любой технологии, но эта важность возрастает многократно, когда речь идет о нанообъектах.

Возможность непосредственного, в реальном времени, наблюдения за динамическим поведением поверхности кристалла в «наноразмерном» масштабе появилась благодаря союзу отражательной электронной микроскопии со сверхвысоковакуумными технологиями. Для этих целей новосибирские физики разработали не имеющую мировых аналогов сверхвысоковакуумную камеру размером со спичечный коробок, которая может помещаться между линзами электронного микроскопа. С ее помощью удалось не только получить фундаментальные знания, открывающие возможности создания полупроводниковых материалов с заданными свойствами, но и разработать комплект мер высоты для стандартизированных измерений в наномасштабе, привязанный к высоте атомной ступени кремния

6.01.jpgСтранный, фантастический рельеф с рядом бесчисленных «дюн» с резко обрывающимися краями… Это – не поверхность Марса или другого космического объекта. Говоря научным языком, так выглядит атомно-чистая поверхность пластины монокристаллического кремния (Si) в отражательном электронном микроскопе при увеличении в 30 тыс. раз после длительного пропускания постоянного электрического тока, разогревающего кристалл до 1300 °С. Чуть позже мы еще вернемся к причинам возникновения столь необычного рельефа, а пока в прямом смысле остановимся «на поверхности».

Нет необходимости говорить о том, что свойства поверхности важны, ведь именно с нее начинается и ею заканчивается любой объект или технология. Кремниевая микроэлектроника началась, когда научились локально изменять электронные свойства приповерхностных областей кристалла кремния, закрывать их оксидом и металлом и в результате получать транзистор. Уже тогда характеристики создаваемых устройств в существенной мере определялись свойствами самой поверхности и границ раздела, в том числе наличием примесей.

В наши дни на основе современных технологий, использующих приставку «нано», создаются приборы, локализованные на глубине нескольких десятков атомных слоев, т. е. фактически на самой поверхности. Эти технологии предъявляют все более жесткие требования к качеству поверхности и управлению атомными процессами, протекающими на ней. Поэтому без фундаментальных знаний о том, как движутся атомы на поверхности кристалла и как они взаимодействуют с атомными ступенями – главным структурным элементом кристаллической поверхности, сегодня не обойтись. Но для изучения этих процессов нужен соответствующий метод, позволяющий визуализировать структуру поверхности. Одним из таких структурно-чувствительных методов и является отражательная электронная микроскопия (ОЭМ).

Кремниевая «лестница»

На изображениях атомных ступеней на реальной поверхности кремния, полученных с помощью ОЭМ, и структурной модели, созданной...

comments powered by HyperComments