Для получения кластеров используются эффузионные ячейки (ячейки Кнудсена). Внутри них происходит нагрев газа или испарение конденсированного вещества, которое с большой скоростью истекает из одного или нескольких каналов эффузионной ячейки, образуя молекулярный пучок. Например: для получения атомов алюминия используется нагреваемая печь в виде тигля из оксида алюминия. С внешней стороны нагрев осуществляется путем пропускания переменного тока через графитовый цилиндр, составляющий корпус ячейки. Подаваемая мощность 800 Вт, температура на выходе 1670 °C, скорость испарения алюминия 0,17 г за 6 часов.
Эффузионная ячейка с электронно-лучевым нагревом имеет корпус из графита. Электронный луч создается высоковольтным источником до 8 кВ, и испаряемый материал нагревается до 2600 °C. Модуляция интенсивности электронного пучка приводит к модуляции пучка частиц.
Для генерации атомов в буферном газе путем распыления катода удобно использовать магнетронный разряд, который обеспечивает высокую эффективность распыления. На основе этого метода созданы интенсивные кластерные пучки Ag, Al, Co, Cu, Fe, TiN со средним размером кластеров 500 - 1000 атомов. Эти заряженные кластеры ускоряются электрическим полем, которое позволяет реально изменять энергию кластеров в интервале от 0,1 - 10 эВ на атом. Таким образом, этот тип газового разряда обеспечивает эффективное распыление электродов и генерацию интенсивных кластерных пучков с узким распределением кластеров по размерам (максимум до 800 атомов в кластере).
Нанолитография является естественным развитием методов, используемых на протяжении многих лет в микроэлектронике для производства различных приборов и устройств, в том числе и больших интегральных схем. Традиционно рисунок будущих приборов и схем создается с помощью фотолитографии следующим образом.
На первом этапе каким-либо образом изготавливают увеличенное изображение (маску) прибора. Затем это изображение с уменьшением переносится на полупроводниковую пластинку, которая покрыта фоточувствительным слоем (резистом), то есть фотографируется с уменьшением. Схема этого процесса представлена на рис. 10.1. Фоторезист это сложная полимерная светочувствительная композиция.
|
Фоторезист, у которого растворимость освещенного участка уменьшается, называется негативным, а фоторезист, растворимость которого после облучения возрастает - позитивным.
Процесс получения рисунка называют литографией, а установки, с помощью которых это делают, - литографами.
40
Очень перспективными по сравнению с традиционными методами оказались методы прямого получения нанообъектов с использованием эффектов спонтанного образования наноструктур. Эти эффекты относятся к широкому классу фундаментальных явлений самоорганизации в конденсированных средах. Метод получения квантовых одно- и нульмерных структур опирается на рассмотренные ранее методы молекулярно лучевой эпитаксии и газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Различают три режима роста гетероэпитаксиальных структур, схематически изображенных на рис. 11.1:
1) Франка-ван дер Мерве (Frank-van der Merve, FM) - реализуется послойный (двумерный) рост материала В на подложке из материала А, материалы А и В согласованы по постоянной решетки;
2) Фолмера-Вебера (Volmer-Weber, VW) - имеет место островковый (трехмерный) рост материала В на подложке А;
3) Странского-Крастанова (Stranski-Krastanow, SK) - на первых этапах роста реализуется послойный рост материала В на подложке А с образованием смачивающего слоя, а затем происходит переход к росту трехмерных островков из материала В на покрытой подложке; материалы А и В рассогласованы по постоянной решетки.
В настоящее время известны следующие типы наноструктур, выращиваемых с использованием эффектов самоорганизации:
1) структуры на микроскопически упорядоченных фасетированных поверхностях;
2) упорядоченные массивы трехмерных когерентно напряженных островков в гетероэпитаксиальных рассогласованных системах;
3) периодические структуры плоских доменов (например, островков монослойной высоты);