Эксπир
Регистрация / Вход

Физика и технология одномерных и нульмерных наноструктур и наноматериалов для элементной базы наноэлектроники

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3061
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Внебюджетные средства
0,2 млн

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Результаты работ должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Этапы проекта

1
22.03.2007 - 31.05.2007
В рамках физической модели на основе модели Томонага-Латтинджера проведено теоретическое исследование влияния взаимодействия электронов с трехмерными фононами и туннельной связи с трехмерными металлами на электронную структуру квантовых нанопроволок и атомных металлических цепочек. Показано, что слабое взаимодействие 1D электронов с 3D объектами действительно может приводить к фазовым переходам и формированию дальнего порядка. При этом свойства электронных возбуждений описываются не на основе представлений ферми-жидкости, а на основе представлений жидкости Латтинджера.
Проведено теоретическое исследование сильно коррелированного состояния в одномерной ограниченной системе- квантовой точке. Проанализировано поведение функции распределения электронов по одночастичным состояниям вблизи поверхности Ферми и Фурье-спектр пространственного распределения электронной плотности, так как именно эта характеристика в значительной мере определяет отклики изучаемой системы, определяющие ее функционирование во внешней цепи. Установлено, что это состояние представляет собой вигнеровский кристалл, деформированный границами. Разработана модель, описывающая это состояние.
Разработана технология создания одномерных кремниевых наноструктур из пластин кремния на изоляторе методами электронной литографии. Рассмотрены основные методы создания кремниевых нанопроволок и структур на их основе, используемые в современных исследованиях, такие как рост по механизму пар-жидкость-кристалл, химическое и ионное травления, создание структур посредством манипуляций с атомами в СТМ, а также методами электронной литографии.
Разработана технология создания одномерных наноструктур на основе полупроводниковых гетероструктур GaAs/AlGaAs с использованием методов зондовой микроскопии. Создана наноструктура с одномерным каналом с тремя боковыми управляющими затворами с каждой стороны. Определена зависимость проводимости канала от напряжения на затворах, измеренная стандартным методом с использованием синхронного детектирования
Разработана технология получения наноструктур на основе квазиодномерных материалов с помощью фокусированных ионных пучков. Экспериментально получены разнообразные планарные мостиковые структуры, как вдоль, так и поперек проводящих цепочек.
Разработаны методы формирования и самоорганизации наночастиц и молекулярных кластеров методами ЛБ-технологии. Исследован широкий круг кластерных молекул.
Показано, что разработанная ЛБ-технология позволяет формировать плотные упорядоченные моно и мультислойные молекулярные пленки из однотипных молекул или более сложные неоднородные молекулярные структуры, представляющие собой молекулярные матрицы с инкорпорированными в них молекулярными кластерами. В зависимости от объемного соотношения и степени взаимодействия отдельных молекулярных компонентов на поверхности субфазы формируется монослой с разной степенью упорядоченности. При этом молекулярные кластеры надежно фиксируются для целей СТМ исследований при встраивании в матрицу ленгмюровского монослоя. Показана возможность реализации одноэлектронного коррелированного транспорта при комнатных температурах.
Это позволит перейти к воспроизводимой реализации базисных элементов для наноэлектроники на основе одиночных молекул и исследованию электронного транспорта через такие молекулярные наноструктуры.
Развернуть
2
01.06.2007 - 31.10.2007
Исследована электронная структура (распределение электронной плотности, плотности заряда и потенциала) одномерного мезоскопического квантового провода, соединенного с электронными резервуарами. Выяснено, что в формировании электронной структуры и в транспортных свойствах важную роль играют области перехода от одномерного провода к электронным резервуарам. В них образуются осцилляции электронной плотности, благодаря которым в проводе формируются квазисвязанные состояния. Наличие этих состояний приводит к тому, что в определенных интервалах энергии происходит почти безотражательный транспорт электронов. Разработана модель, описывающая это явление.
Изготовлены нанопроволоки с контактами из легированного кремния; получены спектры фотопроводимости образцов в области вблизи края поглощения кремния, люксамперные и вольтамперные характеристики, исследованы нелинейные зависимости фотопроводимости от напряжения и интенсивности излучения, а также изучены фотоэлектрические свойства образцов. Нелинейность ВАХ и нелинейность фотопроводимости имеют квадратичную зависимость от напряжения и указывают на наличие пространственно распределенного заряда в структуре «нанопроволока + контактный берег». Обнаружено смещение спектрального края фотопроводимости наиболее тонких слоев кремния на изоляторе, использовавшихся для создания кремниевых нанопроволок. Смещение свидетельствует о существенном отличии свойств слоя кремния на изоляторе от свойств объемного кремния, что может быть связано с квантовым размерным эффектом. Обнаружен сдвиг края поглощения кремниевых нанопроволок при 77°K, соответствующий сдвигу, предсказываемому эффектом Франца-Келдыша.
На основе полупроводниковых гетероструктур GaAs/AlGaAs с двумерным электронным газом с использованием метода анодного окисления с помощью сканирующего зондового микроскопа созданы образцы одномерных наноструктур. Показано, что в изготовленных структурах секционированные затворы обеспечивают эффективное управление проводимостью канала. Результаты измерений указывают на возможность управления формой потенциального рельефа проводящего канала в структуре путем изменения потенциалов на секционированных затворах.
Получены слоистые наноструктуры на квазиодномерных и квазидвумерных материалах с ВЗП NbSe3, o-TaS3, KMo6O17 и графите. Исследование на них межслоевых туннельных спектров позволило определить энергетическую щель ВЗП в них, а также идентифицировать состояния, локализованные внутри щели, связанные с амплитудными и фазовыми возбуждениями ВЗП. Используя межслоевую туннельную спектроскопию, обнаружено увеличение энергетической щели ВЗП и температуры пайерлсовского перехода под действием сильных магнитных полей
С помощью травления в фокусированных ионных пучках получены структуры для исследования транспорта вдоль и поперек наноцепочек в NbSe3. В каналах поперек цепочек при низких температурах обнаружен пик проводимости при нулевом напряжении смещения, указывающий на когерентный характер транспорта поперек цепочек при малых напряжениях. Установлена его чувствительность к магнитному полю. На базе тонких нанообразцов NbSe3 получены структуры с прямым и обратным затвором. На структурах с обратным затвором обнаружен значительный эффект увеличения проводимости образца под действием напряжения затвора.
Разработана экспериментальная методика создания нульмерных наноструктур на основе отдельных кластерных молекул в ленгмюровском монослое и с помощью методов сканирующей туннельной микроскопии показано наличие в них эффектов коррелированного электронного транспорта. При этом на основе исследования целого ряда различных кластерных органометаллических молекул можно утверждать, что при выборе подходящей для экспериментальной реализации планарного макета одноэлектронного транзистора кластерной молекулы, решающую роль, по-видимому, играет не химический состав, а структурные свойства кластерной молекулы (ядро-лиганд).
Созданы образцы полевых транзисторов с квазиодномерным каналом. В диапазоне температур Т= 10-293°К исследованы их характеристики. На зависимостях проводимости канала от потенциала затворов транзисторов с шириной канала 0.3 мкм обнаружены ступеньки квантования. Создана модель, объясняющая формирование узкого проводящего канала. Выявлены причины возникновения неустойчивостей на статических характеристиках транзистора и гистерезиса ВАХ канала.
Изготовлена серия кремниевых нанотранзисторных структур с размерами канала (24-70) х (30-100) х (500-2000) нм3 и продемонстрирован транзисторный эффект. Обнаружено, что для продвижения в область поперечных размеров канала менее 50 нм требуется решения технологических проблем, приводящих к резкому уменьшению проводимости канала.
С помощью технологии электронной литографии и молекулярной технологии Ленгмюра-Блоджетт создан лабораторный образец планарного молекулярного одноэлектронного транзистора и проведено исследование вольтамперных и сигнальных характеристик. Показано, что электронный транспорт через наноструктуру носит одноэлектронный характер.
Таким образом, теоретические и экспериментальные результаты, полученные в проекте, позволяют заложить фундаментальную базу для разработки низкоразмерных наноэлектронных устройств и приборов на их основе.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИХС РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
Университет ИТМО
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИНХ СО РАН
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
92 млн
Количество заявок
241
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 11 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
72
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
43