И ССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ НАНОСТРУКТУР S I /S I O 2 / М ЕТАЛЛ С ТРЕКАМИ БЫСТРЫХ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ КАНЮКОВ ЕГОР Научно - практический центр НАН Беларуси по материаловедению, Минск Тел: ( ) cryogenic.physics.by

Создание структур Si/SiO 2 / Металл с использованием ионно - трековой технологии Подложка Si/SiO 2 Si SiO 2 Облучение БТИ Латентные ионные треки Осаждение металлов Протравленные ионные треки (поры) Поры, заполненные металлом Травление (HF) cryogenic.physics.by 2

Создание латентных треков в слое SiO 2 Научный центр GSI Helmholtz Zentrum für Schwerionenforshung (Дармштадт, Германия) Камера BIBER Кассета для облучения Центр технологий ионных пучков ISL Helmholtz Zentrum Berlin für Materialen and Energie (Берлин, Германия) Циклотрон Ускоритель UNILAC cryogenic.physics.by 3

Создание латентных треков в слое SiO 2 cryogenic.physics.by Подложка Si/SiO 2 Si SiO 2 Облучение БТИ Au 26+, Xe 17+, U 28+ Au 26+, Xe 17+ энергия – 350 МэВ, плотность латентных треков 5х10 8 см -2 Латентные ионные треки 4

Травление (HF) Протравленные ионные треки d осн d SiO2 l поры d верш Травление ионных треков cryogenic.physics.by 5

Изображения сканирующей электронной микроскопии поверхности и сколов структуры Si/SiO 2 с порами Поры со средним диаметром 200 нм Временные характеристики параметров формируемых пор Зависимость толщины слоя SiO 2 ( ), верхнего диаметра поры (), нижнего диаметра поры () и глубины поры ( ) от продолжительности травления в 1,35 % HF Травление ионных треков cryogenic.physics.by 6

Осаждение металлов в поры Осаждение металлов Протравленные ионные треки Электрохимическое осаждение приводит к селективному заполнению пор кластерами металлов. Варьирование режимами осаждения позволяет изменять размеры кластеров, толщину и последовательность металлических слоев Поры, заполненные металлом cryogenic.physics.by 7

Осаждение металлов в поры cryogenic.physics.by Si SiO 2 1 мин 3 мин 5 мин Особенности метода: Высокая степень контроля заполнения пор путем изменения времени осаждения при постоянном потенциале Изображения СЭМ поверхности структуры Si/SiO 2 /металл при различных временах осаждения 8

Осаждение металлов в поры cryogenic.physics.by СЭМ поверхности после резки сфокусированным ионным пучком образца n-Si/SiO 2 /Cu, полученная методом «Cross-section» В результате исследования структурных особенностей металлического осадка в порах слоя оксида кремния определено, что характерный размер кластеров составляет нм Изображения ПЭМ образца Si/SiO 2 /Ni: а – реплика с «оттенением»; б – реплика с «извлечением»; в – картина микродифракции от выделенного участка фрагмента извлечения 9

Электрофизические и гальваномагнитные свойства cryogenic.physics.by Схема расположения контактов на структуре Si/SiO 2 /Металл : 1 – металл в порах 4 – токовые контакты 2 – слой оксида кремния 5 – потенциальные контакты 3 – кремний 6 – холловские контакты Вольтамперные характеристики структур Si/SiO 2 /Металл с двумя барьерами Шоттки 10

Электрофизические и гальваномагнитные свойства cryogenic.physics.by Температурные зависимости сопротивления образца Si/SiO 2 /Ni в нулевом магнитном поле и в поле 12 Тл Установка «TAE EV 031» фирмы «Cryogenic Limited» для исследования электрических и магнитных свойств в интервале температур К и в магнитных полях до 14 Тл 11

Электрофизические и гальваномагнитные свойства cryogenic.physics.by 12 Температурная зависимость магнетосопротивления образца Si/SiO 2 /Ni в поле 12 Тл Зависимость сопротивления от магнитного поля

Схематическое изображение механизмов переноса носителей заряда в структуре Si/SiO 2 /металл в различных температурных областях Определены механизмы электропереноса в различных температурных интервалах: в области Т = К основной вклад в проводимость вносят электроны, находящиеся на верхних энергетических уровнях зоны проводимости Si, и имеет место их надбарьерная эмиссия в металл при температурах К, вследствие вымораживания электронных состояний на верхних уровнях, из процесса электропереноса исключаются кластеры никеля в порах при температурах ниже 35 К, когда кремний фактически становится диэлектриком, электроперенос частично осуществляется через кластеры в порах, а между порами – по границе раздела Si/SiO 2 Электрофизические и гальваномагнитные свойства cryogenic.physics.by 13

Схематическое изображение структуры Si/SiO 2 с чередующимися слоями кластеров меди и никеля Электрофизические и гальваномагнитные свойства cryogenic.physics.by 14 Рентгенограмма структуры Si/SiO 2 /Me с чередующимися слоями. Рефлексы Si и SiO 2 не приводятся

Зависимость магнетосопротивления от температуры структуры Si/SiO 2 /(Cu-Ni) Электрофизические и гальваномагнитные свойства cryogenic.physics.by 15

1) полупроводниковая подложка 2) диэлектрический слой 3) узкие каналы в диэлектрическом слое, заполненные металлом или слоями металлов 4) электрические контакты на поверхности SiO 2 5) управляющий контакт Поведение TEMPOS-структур зависит от: материала и толщины диэлектрического слоя типа полупроводниковой подложки размеров, форм и пространственного распределения треков (пор) типа и распределения материала, осажденного в поры Схема TEMPOS-структуры Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by 16

Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by 17 Температурные зависимости сопротивления образца Si/SiO 2 /(Cu-Ni) при напряжении смещения 10 В в нулевом магнитном поле и в поле 12 Тл Зависимость магнетосопротивления от температуры в магнитном поле 12 Тл

Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by На основании полученных результатов созданы опытные образцы наноструктурных сенсоров магнитного поля для применения в навигационных приборах и малогабаритных электромагнитных системах с характеристиками: рабочий интервал индукции магнитного поля до Тл чувствительность к магнитному полю 0,1 % магниторезистивный эффект ( Т = 300 К ) 30 % магниторезистивный эффект ( Т = К ) % толщина рабочего элемента сенсора 0,35-0,4 мм потребляемая мощность 2-5 мВт рабочее напряжение до 5 В опытные образцы сенсоров магнитного поля созданы в рамках выполнения проекта программы «Нанотехнология СГ» 18

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! Канюков Егор НПЦ НАН Беларуси по материаловедению Тел: ( ) cryogenic.physics.by

На базе структур Si/SiO 2 /Ni с УНТ возможно конструирование различных электронных и электротехнических устройств по схеме Ni SiO 2 Si УНТ Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by 20

При полном заполнении пор нанокластерами никеля происходит синтез SiC вискеров (с реализацией механизма корневого роста) Ni SiO 2 Si Вискер SiC Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by 21

При неполном заполнении пор нанокластерами никеля производится рост УНТ (вершинный рост) Ni SiO 2 Si УНТ Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by 22

Спектры комбинационного рассеяния света: а) углеродные нанотрубки; б) монокристаллические вискеры SiC Вольт-амперные характеристики автоэмиссионного тока образцов УНТ (а) и SiC вискеров (б) Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by 23

Временная зависимость относительного изменения сопротивления сенсора с УНТ под воздействием NH 3 (две подачи газа) и под воздействием NO 2 Изменение светимости с увеличением приложенного потенциала (расстояние катод-анод 1 мм). В качестве катода использовалась структура с УНТ Практическое применение и перспективы cryogenic.physics.by 24