Наноматериалы и нанотехнологии в микроэлектронике

Рентгеноструктурный анализ – метод исследования строения тел, который использует явление дифракции рентгеновских лучей, которые рассеяны электронами атомов исследуемого вещества. Получаемая дифракционная картина зависит от строения объекта и длины волны используемых рентгеновских лучей. Для изучения атомной структуры нужно излучение с длиной волны порядка размера атома, т.е. ~1Å. Поэтому для исследований кристаллов нужно рентгеновское излучение с энергией квантов 10-50 кэВ.
Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ является главным методом определения структуры кристаллов. Данные методы позволяют исследовать большие области сегнетоэлектрических пленок и судить об их структуре в целом. Отвечать на вопросы, является ли конкретный объект поли- или монокристаллическим, а также определять параметр решетки пленки. В связи с тем, что пленки BST могут иметь как тетрагональную, так и кубическую структуру, от чего сильно зависят их характеристики, метод рентгеноструктурного анализа представляет собой важную часть структурных исследований.
Данный метод подходит для исследования массивных образцов, тонких и толстых пленок, но для ультратонких пленок (толщиной в несколько нанометров) нужны другие методы исследования, т.к. интенсивность дифракционных максимумов от пленок менее 10 нм слишком мала.
Метод просвечивающей электронной микроскопии является самым эффективным для изучения структурных особенностей наноматериалов, в том числе, с атомным разрешением. При взаимодействии электронов с исследуемым материалом кроме изображения, которое формируется на экране или CCD-камере, появляется большое число разных сигналов, которые можно анализировать и регистрировать для получения дополнительной информации. На рис. 2.5 схематически представлено взаимодействие электронов с веществом и генерируемые при этом сигналы, которые используются в аналитической просвечивающей электронной микроскопии.


Рисунок 2.5 - Взаимодействие электронов с исследуемым материалом в просвечивающем электронным микроскопе

В последние годы рассматриваемые методы значительно продвинулись вперед и позволяют получать не только изображения кристаллической решетки с субангстремным разрешением, но и получать данные о химическом составе почти поатомно.
Теоретические методы играют важную роль в исследовании сегнетоэлектриков и, в особенности, тонких пленок, потому что они позволяют учитывать воздействие подложки на формирование пленок и предсказывать ее свойства и поведение.
Следовательно, совокупность теоретических и экспериментальных методов исследования позволяет получить разносторонние сведения о свойствах и структуре тонких пленок.
Таким образом, можно заключить, что современный этап развития радиоэлектроники характеризуется широким применением интегральных микросхем во всех радиотехнических схемах. Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых радиоэлектронной аппаратурой. В микроэлектронике используются два основных вида интегральных микросхем: пленочные и полупроводниковые микросхемы. Пленочные микросхемы создаются на диэлектрической подложке путем послойного нанесения пленок различных материалов с одновременным формированием из них микроэлементов и их со- единений. Полупроводниковые ИМС создаются путем локального воздействия на микроучастки полупроводникового монокристалла и придания им свойств, соответствующих функциям микроэлементов и их соединений.
Пленки позволяют изготавливать лишь пассивные элементы: это резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и решения на основе этих элементов (например, фильтры).
Основной недостаток пленочных схем – отсутствие в их базе активных элементов и прежде всего транзисторов.

Заключение

Таким образом, можно сделать следующие выводы.
Нанотехнологии в микроэлектронике являются достаточно обсуждаемой в данное время темой, ей посвящены сотни научных семинаров и конференций в год. Недаром в своё время эмблемой компании Intel были и люди в космических скафандрах: только в 2002 и 2003 годах расходы Intel на проведение научных исследований в сфере нанотехнологий в микроэлектронике составили более 4 миллиардов долларов. Чтобы микропроцессоры с сотнями и десятками миллионов транзисторов не превратились в микроволновые печи (а такая перспектива при работе процессоров на частотах в единицы ГГц, увы, есть), Intel ведет исследования в сфере нанотехнологий в микроэлектронике. Уже пал барьер геометрического разрешения в 0,1 мкм или 100 нм. При помощи установок фотолитографии с жесткими ультрафиолетовыми лучами (EUV) уже удалось получить разрешение менее 40-50 нм.
Толщина диэлектрика полевых транзисторов ныне составляет менее 1,2 нм, что достигается созданием самоформирующихся слоев диэлектрика с толщиной в 3-5 атомных слоев. Для улучшения электрических показателей кремния используют его растяжение (напряженный кремний), которое улучшает атомарную структуру материала.
Вместо алюминия для проводников СБИС все чаще применяют медь — материал с меньшим удельным сопротивлением. Уже нынешний уровень развития нанотехнологий в микроэлектронике позволяет создавать пластины и даже трубки толщиной в атомный слой, поэтому возможности данного направления практически безграничны. Они и служат гарантией того, что закон Мура будет соблюдаться еще многие годы.
Закон Мура (1975 год) гласит, что количество интегральных транзисторов на кристаллах микросхем (в первую очередь, микропроцессоров) будет удваиваться каждые полтора-два года. Массовое распространение персональных ЭВМ изменило требования к программам. основными из данных требований стали: эстетичность, простота правил работы, универсальность их функций, надежность программ, простота обучения работе на компьютерах.
Нанотехнологии в микроэлектронике развиваются уверенными шагами. На сегодняшний день в РФ создаются научные центры и открываются факультеты в ВУЗах, которые ориентированы на исследование нанотехнологий и их развитие.
Микроэлектроника, которая основывается на комплексном использовании химических, физических, кибернетических, технологических и других исследований, за сравнительно короткий период прошла большой путь. Главным достижением микроэлектроники является создание принципиально новых технологических процессов на основании применения контрольно-измерительного и прецизионного технологического оборудования и разных диэлектрических, полупроводниковых и проводящих материалов, которые обеспечивают промышленное производство широкой номенклатуры интегральных микросхем разного функционального назначения и конструктивно-технологического исполнения. Изделия микроэлектроники − интегральные микросхемы, в том числе микропро- цессоры, микро-ЭВМ и др., стали главной элементной базой современной микроэлектронной аппаратуры, которая отличается высокими технико-эксплуатационными свойствами, низкой стоимостью и надежностью. Главной тенденцией развития современной микроэлектроники является технологическая и схемотехническая интеграция, которая обеспечивает создание СБИС и БИС с высокой степенью интеграции элементов. Определяющим в создании современных СБИС и БИС вместе с достижением схемотехники и физики является технология, которая основывается на групповых методах локальной обработки твердотельных материалов (легирование, литография, нанесение пленок и др.) в целях создания в материалах локальных областей в виде статических неоднородностей и последующего объединения данных сфер в законченную конструкцию, которая выполняет определенную схемотехническую функцию, при этом полупроводниковая технология является основой для изготовления массовых БИС и ИМС на базе биполярных и МДП-транзисторов, а гибридная – на базе толстых и тонких пленок – для специализированных ИМС, МСБ и БИС. Создание дешевых и высоконадежных СБИС и БИС, область применения которых в разных сферах непрерывно расширяется, выдвинуло микроэлектронику в число ведущих отраслей техники и науки, которые определяют ускорение научно-технического прогресса.

Список использованных источников

Морозов В.В. Институциональные аспекты энергетической интеграции// Нефть, газ и бизнес, №9, 2014.
Прогноз развития энергетики мира и России до 2040 года//Институт энергетических исследований РАН. 2014.
Рюль К. Три тенденции мировой энергетики// Нефть России, №6, 2012.
Хейфец Б. О зоне свободных инвестиций Евразийского экономического союза// Вопросы экономики, №8, 2014.












2




5