ФОРМИРОВАНИЕ ВАКУУМНЫХ АВТОЭМИССИОННЫХ КАТОДОВ МЕТОДОМ ЛОКАЛЬНОГО ИОННО-СТИМУЛИРОВАННОГО ОСАЖДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ФОКУСИРОВАННЫМ ИОННЫМ ПУЧКОМ

  • А.С. Коломийцев Южный Федеральный Университет
  • Н.А. Шандыба Южный Федеральный Университет
  • И.В. Панченко Южный Федеральный Университет
  • А.В. Котосонова Южный Федеральный Университет
  • И.Л. Житяев Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: нанотехнология, фокусированный ионный пучок, наноэлектроника, автоэлектронная эмиссия, ионно-лучевое травление, субмикронное профилирование, ионно-стимулированное осаждение

Аннотация

В данной работе представлены результаты исследования влияния параметров фокусированного ионного пучка на технологические операции локального ионно-лучевого травления и ионно-стимулированного осаждения материалов из газовой фазы для формирования элементов вакуумной автоэмиссионной наноэлектроники. Разработана конструкция вакуумной автоэмиссионной ячейки, состоящая из системы катод-анод, форма которых обеспечивает, с одной стороны, высокую надежность и эффективность работы, а с другой стороны, позволяет применять технологии ионно-лучевого травления и ионно-стимулированного осаждения для формирования герметичных ячеек в едином вакуумном технологическом цикле. Применение элементов вакуумной электроники перспективно с точки зрения достижения высокой радиационной стойкости и высокого быстродействия элементов. Создание наноразмерных структур катода и анода, а также обеспечение сверхмалого межэлектродного расстояния позволяет добиться существенного снижения энергопотребления устройств и повысить плотность компоновки элементов. С использованием методов ионно-стимулированного осаждения углерода и вольфрама и локального травления фокусированным ионным пучком галлия изготовлен макет вакуумной автоэмиссионной ячейки на основе структуры кремний/золото/оксид кремния. Показано, что применение метода ионно-лучевого травления и ионно-стимулированного осаждения фокусированным ионным пучком галлия позволяет формировать элементы вакуумной автоэмиссионной наноэлектроники с высокой точностью и разрешающей способностью и позволяет избежать недостатков присущих традиционным технологическим процессам микроэлектроники, таких как необходимость применения масок, резистов и жидкостной химии. Полученные результаты позволяют создать основу для разработки радиационно-стойких быстродействующих элементов сверхбольших интегральных схем, обладающих пониженным энергопотреблением и могут быть использованы при разработке перспективных технологических процессов формирования элементной базы наноэлектроники и наномеханики с использованием локальных лучевых методов наноструктурирования.

Литература

1. O.A. Ageev, A.S. Kolomiitsev, B.G. Konoplev, N.I. Serbu, V.A. Smirnov // Russian Microelectronics, 2012, Vol. 41, № 1, p. 41–50.
2. В.В. Лучинин. Нанотехнологии: физика, процессы, диагностика, приборы. - М.: Физматлит, 2006. - 522 с.
3. Ageev O.A., Kolomiytsev A.S., Konoplev B.G. Formation of nanosize structures on a silicon substrate by method of focused ion beams // Semiconductors. 2011. Vol. 45. N 13. P. 1709-1712.
4. Агеев О.А., Коломийцев А.С., Коноплев Б.Г. Исследование параметров взаимодействия фокусированных ионных пучков с подложкой // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2011. № 3 (89). С. 20-25.
5. Агеев О.А., Алексеев А.М., Внукова А.В., Коломийцев А.С., Громов А.Л., Коноплев Б.Г., Лисицын С.А. Моделирование рельефа поверхности подложки при наноразмерном профилировании методом фокусированных ионных пучков // Российские нанотехнологии. 2014. №1-2 (январь-февраль). Т. 9. С. 44-49.
6. Sabouri A., Anthony C.J., Bowen J., Vishnyakov V., Prewett P.D. The effects of dwell time on focused ion beam machining of silicon // Microelectronic Engineering. 2014. 121. P. 24–26.
7. P. Roediger, H. Wanzenboeck, S. Waid, G. Hochleitner, E. Bertagnolli Focused-ion-beam-inflicted surface amorphization and gallium implantation—new insights and removal by focused-electron-beam-induced etching // Nanotechnology. 2011. 22. 235302.
8. De Felicis D., Mughal M., Bemporad E. A method to improve the quality of 2.5 dimensional micro-and nanostructures produced by focused ion beam machining // Micron. 2017. 101. P. 8–15.
9. Агеев О.А., Коломийцев А.С., Громов А.Л., Ильин О.И. Исследование режимов субмикронного профилирования поверхности подложек кремния методом фокусированных ионных пучков// Известия Южного федерального университета. Технические науки, Т.117, №84, 2011 – С. 171-180.
10. I V Panchenko, A S Kolomiytsev, N A Shandyba, S A Lisitsyn. Fabrication of probes for scanning near-field optical microscopy using focused ion beam / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering // Vol. 443 (2018) 012015.
11. Ageev O.A., Kolomiytsev A.S., Bykov A.V., Smirnov V.A., I.N. Kots Fabrication of advanced probes for atomic force microscopy using focused ion beam // Microelectronics Reliability, 55, 2015 – P. 2131–2134.
12. Агеев О.А., Ильин О.И., Коломийцев А.С., Коноплев Б.Г., Смирнов В.А. Модификация зондовых датчиков-кантилеверов для атомно-силовой микроскопии методом фокусированных ионных пучков // Нано- и микросистемная техника, № 4, 2011 – С. 4-8.
13. А.Л. Громов, А.С. Коломийцев, А.В. Котосонова, И.В. Панченко, Н.А. Шандыба // Известия ЮФУ. Технические науки. Южный федеральный университет. № 7 (201). (2018). С. 6-16.
14. I.V. Panchenko, N.A. Shandyba, A.S. Kolomiytsev, A.L. Gromov, O.A. Ageev. Study the influence of focused ion-beam milling parameters on the surface roughness // VI International Scientific Conference STRANN, p. 133-135.
15. N Shandyba, I Panchenko. The formation of probes for specialized modes of scanning probe microscopy by the method of focused ion beams // «Saint Petersburg OPEN 2018». P. 606-607.
16. Ivan Panchenko, Nikita Shandyba, Alexey Kolomiytsev, Alexandr Gromov, and Oleg Ageev. Investigation of The Local Profiling of The Solid Surfaces Using Focused Ion Beam / AIP Conference Proceedings // Vol. 2064, 030011 (2019).
17. И.В.Панченко, Н.А.Шандыба. Исследование процессов формирования элементов автоэмиссионной наноэлектроники методом фокусированных ионных пучков // Моделирование. Фундаментальные исследования, теория, методы и средства, 2018. С. 31-33.
18. Н.А.Шандыба, И.В.Панченко. Исследование структуры интегральных микросхем методом растровой электронной микроскопии // Моделирование. Фундаментальные исследования, теория, методы и средства, 2018. C. 274-277.
19. I V Panchenko, N A Shandyba, A S Kolomiytsev, Fabrication of nanosized vacuum field emission cells using focused ion beam // «Saint Petersburg OPEN 2019». P. 571-572.
20. N.A. Shandyba, I.V. Panchenko; A.S. Kolomiytsev. Formation of Elements of Field-emission Nanoelectronics by the Method of Focused Ion Beams // Physics and mechanics of new materials and their applications (PHENMA), 2018. P. 313-314.
Опубликован
2019-09-24
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ