эпитаксии. Проволока формируется на гребешке подложки между двумя эпитаксиальными слоями.

Нанопроволока на основе кремния и германия. Нановолокна (нанопро-волоки) кремния в изоляционной оболочке из SiOj, а также нановолокна германия привлекают в последние годы внимание как материал для электронных наноприборов. Для их получения были опробованы различные способы, включая фотолитографию, технику травления и т. п. Наиболее перспективным оказался метод лазерного облучения мишеней из смесей Si + SiOj, Si + Ре20з, Ge + SiOj, Ge + GeOj no известной схеме ПЖТ (пар - жидкость - твердое) (рис. 1.11).

Углеродные нанотрубки. Углеродные нанотрубки как полые, так и заполненные либо металлами, либо карбидами или оксидами, получают несколькими способами: пиролизом углеводородов в присутствии металлического катализатора при 700...1000 °С; в дуговом разряде на торце графитового катода; электролизом солей галогенов между графитовыми электродами.

В последнее время все большее внимание привлекают многостенные наполненные нанотрубки с внешним диаметром 2...70 нм и длиной до 60 мкм.

Трубки, наполненные железом, никелем, кобальтом, а также интер-металлидами самария с кобальтом типа SmCo используют в магнитных чернилах и тонерах при ксерографии. Трубки, наполненные карби-Рис. 1.11. Нановолокна кремния в дами тугоплавких металлов (ТаС, оболочке из оксида кремния: f jVfoC), при температурах ниже

а ~ схема установки для получения > v f

волокон; б - схема зарождения воло- МОГут ИСПОЛЬЗОватЬСЯ как на-кон; в ~ схема роста волокон носверхпроводники.

Цепочки

Нановолокна

А.-

1.3. ПРОИЗВОДСТВО и КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ

Освоение наноматериалов в последние годы уверенно выходит на промышленный уровень. Некоторые страны и объединения (США, Япония, НАТО и др.) вкладывают сотни миллионов долларов в разработку способов синтеза, исследования свойств, производство наноматериалов, изготовление приборов и конструкций с использованием наноматериалов.

Уже в конце 80-х годов XX века США и Япония ежегодно тратили на исследования в области наноматериалов порядка НО... 120 млн долларов. Только в США более трех десятков компаний ведут на различном уровне работу по их производству. Многие наноматериалы уже доступны на рынке. В настоящее время они широко используются в микроэлектронике, способствуя дальнейшей миниатюризации электронных приборов, в защитньгх системах поглощения ВЧ- и рентгеновского излучений, в качестве катализаторов (чему способствует огромная, порядка 5* 10 м~ удельная поверхность нанопорошков). В атомной энергетике таблетки ТВЭЛов изготавливаются из УДП UOj, в термоядерной технике из УДП бериллия изготавливают мишени для лазерно-термо-ядерного синтеза. Металлические нанопорошки добавляют к моторным маслам для восстановления трущихся поверхностей. Наноматериалы используют в качестве сверхпрочных конструкционных материалов и износостойких покрытий. Пленочные наноматериалы плоской и сложной формы из магнито-мягких сплавов используются для видеоголовок видеомагнитофонов, существенно превосходя по служебным свойствам традиционные материалы. Полученные плазмохимическим способом УДП металлов с включениями карбидов используются в качестве шлифующего и полирующего материала при финишинге полупроводников и диэлектриков.

В медицине УДП применяют для защиты персонала от рентгеновского излучения (перчатки, фартуки и т. п. из резины с УДП свинцовым наполнителем в четыре раза легче обычных), а также для лекарств быстрого усвоения и действия, используемых в экстремальных условиях (ранения в катастрофах, боевых действиях и т. п.).

В военном деле УДП применяются в качестве радиопоглощающего покрытия самолетов-невидимок Стеле , в новых видах взрывного оружия. В графитовой бомбе используются углеродные нановолокна, выводящие из строя энергосистемы противника. Трубчатые углеродные

нановолокна и фуллерены перспективны для армирования композиционной суперброни для танков и бронежилетов.

Необычность свойств наноматериалов такова, что смело можно сказать: начиная с 90-х годов XX века научно-технический прогресс человечества стал определяться наноматериалами и нанотехнологнями.

На коммерческий рынок давно уже вышли не только металлические, но и неметаллические наноматериалы, такие, как оксиды кремния и железа, а оксиды алюминия, титана, сурьмы и др. на этот рынок выходят. Стали уже доступны некоторые карбиды с размером частиц 20...200HM. Быстро развивается сам рынок наноматериалов. Так, только в США за пять лет с 1996 по 2000 гг. объем рынка наноматериалов вырос с 42 до 154 млн долларов в год. При этом среднегодовой рост объема рынка наноматериалов составил почти 30 %, в том числе для наночастиц 24,2% и для нанопокрытий 43,1 %.

В крупных странах сформированы долговременные программы развития и практического использования наноматериалов. В качестве главной проблемы ставится практическое освоение технологий, обеспечивающих производство наноматериалов в достаточно больших объемах и конкурентоспособных на рынках сбыта продукции.

МАТЕРИАЛЫ

МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

2.1. Актуальные проблемы технологии и материаловедения полупроводников

2.2. Структуры металл-диэлектрик-полупроводник

2.3. Приборы и технология на основе непланарного кремния

2.1. АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Полупроводниковые материалы по праву занимают одно из ведущих мест в ряду важнейших материалов, определяющих уровень развития мировой цивилизации. Они составляют основу элементной базьг современной электронной техники, без которой сегодня немыслим научно-технический прогресс. С развитием твердотельной электроники (и, прежде всего, микроэлектроники) связано успешное решение проблем крупномасштабной компьютеризации и информатизации, создания современных систем связи и телевидения, эффективной передачи и преобразования электроэнергии, разнообразной бытовой, медицинской и специальной электронной аппаратуры. Большую роль играют эти материалы в решении задач развития экологически чистых энергетики и холодильной техники, создания современных систем мониторинга загрязнений окружающей среды, а также высокочувствительной сенсорной техники широкого функционального назначения.

Развитию элементной базы твердотельной электроники уделяется большое внимание во всех передовых странах мира. Только в 1996 г. мировое производство полупроводниковых приборов в денежном исчислении превысило 160 млрд долларов, а в 2000 г. оно составило уже около 300 млрд долларов. Ежегодно в развитие этой области науки и техники вкладываются миллиарды долларов. Достижения физики, фи-зикохимии и технологии полупроводниковых материалов, а также полупроводникового материаловедения в значительной степени определяют прогресс в развитии твердотельной электроники. Наша страна традиционно занимала (и занимает сейчас) ведущие позиции в материаловед-ческой науке и располагает высококвалифицированными научными и инженерными кадрами, которые способны на современном уровне решать самые сложные научно-технические задачи развития технологии производства полупроводниковых материалов.

Характерной особенностью современного этапа развития электронной техники является вовлечение в сферу ее непосредственных интересов широкой номенклатуры полупроводниковьгх материалов. Важнейшими из них являются: кремний, арсенид галлия и большая группа других бинарных соединений и многокомпонентньгх твердых растворов на основе

соединений АВ; германий; карбид кремния; бинарные соединения и твердые растворы на основе узкозонных и широкозонных соединений а В; разнообразные термоэлектрические и сенсорные материалы.

Материалом № I современной твердотельной электроники является кремний. Мировое производство монокристаллов кремния составляет по разным оценкам 8...9 тыс. т/г. Сегодня монокристаллический кремний - это самый совершенный кристаллический материал из огромного многообразия материалов, созданных когда-либо человеком или природой. Высокий уровень качества характерен и для ряда других хорошо освоенных полупроводниковых материалов. Современная полупроводниковая индустрия - это яркий пример вьщающихся достижений человеческой мысли на пути развития мировой цивилизации, и ее дальнейший про-фесс связан с решением непрерывно усложняющихся научно-технических задач.

Далее рассмотрим некоторые наиболее актуальные проблемы современного этапа развития технологии и материаловедения полупроводников.

Выращивание монокристаллов

Выращивание монокристаллов - одна из наиболее ответственных стадий на пути создания приборных структур. Вырезаемые из монокристаллов пластины используются либо для непосредственного формирования на их основе интегральных схем и дискретных приборов, либо в качестве подложек в процессах получения тонкопленочных эпитаксиальных структур. В обоих случаях к качеству монокристаллических пластин предъявляются очень высокие требования.

Основной тенденцией в развитии технологии получения монокристаллов широкого крута полупроводников является увеличение диаметра выращиваемых слитков, при одновременном непрерывном ужесточении требований к совершенству кристаллической структуры и однородности распределения задаваемых электрофизических характеристик в объеме материала. В случае кремния речь идет о получении бездислокационных монокристаллов диаметром до 450 мм, в случае GaAs, InP, GaSb, InSb, CdTe и др. - малодислокационных (N < \ IQr см~) монокристаллов диаметром до 100... 150 мм.

Наиболее универсальным методом выращивания монокристаллов больших диаметров остается метод Чохральского. Увеличение диаметра выращиваемых монокристаллов и необходимость обеспечения высокой экономической эффективности технологического процесса в цепочке