Развитие методов создания квантово-размерных наноконтактов на основе локального окисления, индуцированного током

Металлические нанопровода, явились историческими предшественниками углеродных нанотрубок и позволили создать большую экспериментальную и теоретическую базу, развитую в дальнейшем на углеродные нанотрубки. Прогрессивные результаты в формировании и исследовании металлических планарных наноконтактов были получены с развитием методов зондовой литографии, основанной на анодном окислении.

Метод локального анодного окисления (ЛАО) получил широкое распространение при создании функциональных элементов наноэлектроники. В ряде работ продемонстрировано ЛАО как полупроводниковых пленок (Si, GaAs), так и пленок различных групп металлов: Al (III группа), Ti (IV группа), V, Nb, Ta (V группа), Cr, Mo, W (VI группа). Наиболее перспективными считаются тугоплавкие металлы IV — VI групп, ввиду их устойчивости к пропусканию больших плотностей тока. В качестве инструмента для проведения зондовой литографии используются методики сканирующей зондовой микроскопии с применением проводящих кантилеверов.

Механизм формирования анодных пленок с использованием зондов микроскопа до конца не изучен. Имеется ряд попыток описания роста оксида на основе электрофизических (в основном базирующихся на теории КабрерраМотта) и кинетических моделей [1, 2].

Расчетная величина характерного размера сечения наносужения, при котором уровни энергии начинают расщепляться при комнатной температуре составляет для титана менее 7 нм.

Для контролируемого уменьшения поперечных размеров наносужения до требуемой величины использовался метод локального окисления, инициированного током (ЛОИТ). В данном случае формирование оксида происходит за счет локального разогрева при протекании больших плотностей тока через узкий наноразмерный канал.

Считая, что все выделяющееся тепло идет на нагрев титанового мостика с наносужением можно оценить величину температуры T_max в центре проводника:

где Лкоэффициент теплопроводности Ti, р, h — объемное удельное сопротивление и толщина пленки Ti, w, l — первоначальные ширина и длина сужения.

Однако, вопреки теоретическим оценкам, экспериментальные результаты не обнаруживают видимого квантования проводимости, связанное с несовершенством поверхности контактов наносужения.

Таким образом, несмотря на то, что возможна разработка маршрута создания наноконтактов в тонких металлических пленках, привлекая методы промышленной субмикронной технологии, локального анодного окисления и окисления индуцированного током, однако геометрическое несовершенство, а также затруднения, возникающие при контроле структуры металлических каналов, оказываются критическими при переходе к промышленному освоению данной технологии.

С другой стороны, углеродные нанотрубки, являясь по определению молекулами с известной структурой, одновременно обладают предсказуемыми электрическими характеристиками металлического или полупроводникового типа, что позволяет оптимистично смотреть на их будущее в электронике.