Kreslenie atómovým silovým mikroskopom
! Tento článok nájdete na eQuarku aj ako Quarkvideo !
Rozprávame sa s Ing. Jozefom Martausom, doktorandom na oddelení optoelektroniky Elektrotechnického ústavu SAV v Bratislave
V elektrotechnickom priemysle došlo v poslednom desaťročí k výraznému zmenšovaniu tranzistorov, ktoré sú základnými stavebnými prvkami elektronických zariadení. V dnešnej dobe má tranzistor typický rozmer 45 nm. Pri ďalšom zmenšovaní jeho rozmerov narážame na technologické problémy, ktoré je možné prekonať použitím nových materiálov a technológií. Na ich vývoji sa podieľa aj Elektrotechnický ústav SAV.
Aké prístupy a technológie v oblasti nanotechnológií sa využívajú v Elektrotechnickom ústave SAV?
Pod pojmom nanotechnológie rozumieme súbor technologických postupov vedúcich k príprave štruktúr a súčiastok s rozmerom menším ako 100 nm (nanometer je jedna miliardina metra) aspoň v jednom smere. Na výrobu elektronických štruktúr s rozmerom hlboko pod úrovňou 45 nm je nevyhnutné štúdium technologických a fyzikálnych problémov spojených s ich vývojom. Na to potrebujeme pripraviť testovacie nanoštruktúry a nanosúčiastky čo najjednoduchším spôsobom. V prvom kroku vymeníme objemový polovodič, akým je kremík, za polovodičovú heteroštruktúru, ktorá obsahuje „polovodičiarom" dobre známy 2DEG, čiže dvojdimenzionálny elektrónový plyn (two-Dimensional Electron Gas - 2DEG). V nasledujúcom kroku tvarujeme 2DEG do želanej nanoštruktúry alebo nanosúčiastky. Nuž a nakoniec prichádza to podstatné, štúdium fyzikálnych javov na pripravených vzorkách.
Polovodičová heteroštruktúra obsahujúca dvojdimenzionálny elektrónový plyn - to znie pomerne exoticky. O aké štruktúry ide a ako ich pripravujete?
Polovodičová heteroštruktúra sa skladá z dvoch polovodičových materiálov, ktoré majú v ideálnom prípade rovnakú veľkosť kryštalickej mriežky, ale majú rozdielnu šírku zakázaného pásu (zakázaný pás je oblasť oddeľujúca valenčný a vodivostný pás). Keď tieto dva materiály spojíme, vznikne súvislý kryštál s minimom defektov. Na rozhraní spájaných materiálov sa vytvorí potenciálová jama, do ktorej popadajú voľné vodivostné elektróny. Keďže potenciálová jama sa vytvorí po celej ploche rozhrania, výsledkom je „fólia" zložená z elektrónov, ktorú nazývame 2DEG. U nás pripravujeme polovodičové heteroštruktúry z organometalických zlúčenín pomocou špecializovaného zariadenia, ktoré vlastníme ako jediní na Slovensku.
Čo sa deje po príprave heteroštruktúry?
Nasleduje rad technologických krokov, ktorými spracujeme pripravenú polovodičovú heteroštruktúru. Medzi najdôležitejšie patria fotolitografia, tvarovanie mokrým alebo suchým leptaním a nanášanie kovových kontaktov. Pomocou týchto krokov vytvoríme mikroštruktúru, čím prepojíme náš makrosvet s mikrosvetom a zadefinujeme si východiskový priestor (napríklad štvorec 10 x 10 µm). V ňom tvarujeme 2DEG do požadovanej nanoštruktúry alebo nanosúčiastky pomocou atómového silového mikroskopu (Atomic Force Microscope - AFM).
Celý článok si môžete prečítať v Quarku.