Установка для создания гетероструктур

Полезная модель относится к прикладной науке и технике, и может быть использована, для изготовления функциональных элементов в электронике, оптоэлектронике, нанофотонике, оптических устройствах, создания элементов памяти, создания элементов наноразмерных стандартов длины, зародышей для роста кристаллических наноструктур, гетероструктур. Установка для создания гетероструктур состоит из пульта управления, барабана с атомными пушками, маски, подложки и пленки с наноотверстием. За счет использования барабана с несколькими атомными пушками значительно повышается производительность при изготовлении гетероструктур.

Полезная модель относится к прикладной науке и технике, а именно к установкам для создания гетероструктур наноразмерного масштаба произвольной формы на поверхности, и может быть использована, в частности, для изготовления функциональных элементов в электронике, оптоэлектронике, нанофотонике, оптических устройствах, создания элементов памяти, создания элементов наноразмерных стандартов длины, зародышей для роста кристаллических наноструктур, гетероструктур.

Получение гетероструктур наноразмерного масштаба на поверхности стало актуальным после создания на их основе транзисторов, элементов памяти, различных логических элементов для микро и нано электроники. Гетероструктуры наноразмерного масштаба создаются на поверхности путем последовательного нанесения слоев наноразмерного масштаба из различных атомов. Создание наноструктур с размером менее 45 нм на поверхности является сложной задачей. Так, установки промышленной литографии имеют дифракционный предел порядка 100 нм.

Известны установки для создания наноструктур на поверхности, основанные на фокусировке атомного пучка с помощью лазерного излучения (патенты США 5360764, 6183817). Они позволяют создавать из различных атомов наноструктуры произвольной формы на поверхности и могут быть использованы для создания гетероструктур. Существенным недостатком известных установок является то, что для фокусировки атомов используются силы радиационного давления лазерного излучения на атом, что приводит к ограничениям на выбор типа атомов.

Этого недостатка лишена установка, позволяющая создавать наноструктуры произвольной формы на поверхности, основанная на хорошо известной в световой оптике идее «камеры-обскуры» (В.И.Балыкин, П.А.Борисов, B.C.Летохов и др. Атомная «камера-обскура» с нанометровым разрешением // Письма в ЖЭТФ, 2006. Т. 84. В. 8. С.544-547), выбранная в качестве прототипа. Известная установка состоит из пульта управления, соединенного с атомной пушкой, маски, пленки и подложки. Известная установка работает следующим образом. Сигнал с пульта управления поступает на атомную пушку, из которой вылетает пучок атомов. Далее пучок атомов проходит через набор отверстий в маске, формируя по аналогии с оптикой «светящийся объект» заданной геометрии. Атомы, прошедшие через отверстия в маске, распространяясь по прямолинейным траекториям, проходят через наноотверстие в пленке и формируют «изображение светящегося объекта» на подложке. В итоге на подложке формируется наноструктура из атомов, размер которой меньше размера «светящегося объекта» на маске во столько раз, во сколько маска расположена дальше от пленки, чем подложка.

Известная установка позволяет получать из различных атомов на поверхности подложки наноструктуры произвольной формы с характерным размером наноструктуры меньшим 50 нм и может быть использована для создания гетероструктур наноразмерного масштаба. Создание гетероструктуры из нескольких слоев производится путем последовательного формирования на поверхности слоев из разных атомов путем последовательной смены атомных пушек, содержащих различные вещества.

Основной недостаток известной установки заключается в ее низкой производительности, поскольку смена атомных пушек, включающая демонтаж предыдущей пушки и монтаж следующей, занимает много времени.

Задачей полезной модели является повышение производительности установки.

Поставленная задача решается установкой для создания гетероструктур, которая состоит из пульта управления, соединенного с барабаном с атомными пушками, маски, пленки и подложки.

На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.

Установка для создания наноструктур состоит из пульта управления (1), соединенного с барабаном с атомными пушками (2), маски (3), пленки (4) и подложки (5).

Достижение заявленного технического результата, а именно повышение производительности установки происходит за счет уменьшения времени, необходимого для замены атомных пушек. Технически это достигается тем, что в установку введен барабан с атомными пушками и смена пушек происходит путем поворота барабана по заданной программе.

Установка для создания гетероструктур работает следующим образом. Сигнал с пульта управления (1) поступает на барабан с атомными пушками (2), который поворачивается по заданной программе так, что в рабочую область вблизи маски (3) устанавливается заданная пушка, из которой в течение заданного времени вылетает пучок атомов. Далее пучок атомов проходит через набор отверстий в маске (3), формируя по аналогии с оптикой «светящийся объект» заданной геометрии. Атомы, прошедшие через отверстия в маске (3), распространяясь по прямолинейным траекториям, проходят через наноотверстие в пленке (4) и формируют «изображение светящегося объекта» на подложке (5). В итоге на подложке (5) формируется наноструктура из атомов, размер которой меньше размера «светящегося объекта» на маске (3) во столько раз, во сколько маска (3) расположена дальше от пленки (4), чем подложка (5). После формирования в течение заданного времени на подложке первого слоя, сигнал пульта управления (1) вновь поступает на барабан с атомными пушками (2), который поворачивается по заданной программе так, что в рабочую область вблизи маски (3) устанавливается другая заданная пушка, из которой в течение заданного времени вылетает пучок других атомов и на подложке (5) на образованную ранее наноструктуру наносится слой из других атомов. Далее цикл повторяется до завершения процесса формирования гетероструктуры.

В отличие от прототипа, в данном случае атомные пушки установлены на барабане с атомными пушками и смена атомных пушек происходит путем поворота барабана с атомными пушками по заданной программе, что исключает необходимость монтажа и демонтажа атомных пушек и приводит к повышению производительности установки.

Конкретное аппаратурное оформление заявляемой установки для создания гетероструктур, а именно, пульт управления, атомные пушки, маска и подложки являются стандартными и их характеристики зависят от поставленной задачи, требуемой точности и разрешающей. В качестве пленки может быть использована трековая мембрана (Apel P.Yu., Blonskaya I.V., Orelovitch O.L., Root D., Vutsadakis V., Dmitriev S.N. Effect of nanosized surfactant molecules on the etching of ion tracks: new degrees of freedom in design of pore shape // Nucl. Instrum. Meth. 2003, B209, P. 329-334), изготовленная из полиэтилентерефталатной пленки. Изготовление наноотверстия может быть выполнено путем облучения ионами и дальнейшим травлением. Подложка может быть изготовлена из стекла с необходимой шероховатостью поверхности, а маска - из металлической фольги. Барабан с атомными пушками может быть револьверного типа. В каждой из атомных пушек находится свой материал, из которого будет изготовлен определенный слой наноструктуры. Количество атомных пушек определяется количеством необходимых разнообразных слоев создаваемой гетероструктуры.

Авторами был создан и испытан в лабораторных условиях вариант заявляемой установки для создания гетероструктур. Использовались атомные пушки на основе эффузионной ячейки (MBE-Komponenten GmbH, Германия, ). В качестве пленки была использована трековая мембрана, изготовленная из полиэтилентерефталатной пленки толщиной 5 мкм, в которой было выполнено наноотверстие диаметром 50 нм. Подложка была изготовлена из стекла с шероховатостью поверхности не хуже 1 нм и устанавливалась на расстоянии 5 мкм от пленки. Маска с набором отверстий, задающих форму создаваемых гетероструктур, изготавливалась из танталовой фольги толщиной 50 мкм и устанавливалась на расстоянии 90 мм от пленки. В такой геометрии на подложке создавалось уменьшенное в 18000 раз изображение напыленных на поверхность атомов. Барабан с атомными пушками был револьверного типа, его вращение осуществлялось вручную. В результате испытаний была создана гетерогенная наноструктура, состоящая из восьми последовательных слоев хрома и серебра. Время на изготовление структуры составило 1 час что в 20 раз меньше чем с использованием известного аналога.

Дополнительное увеличение производительности может быть обеспечено, если использовать пленку не с одним, а с несколькими наноотверстиями. В этом случае атомы, прошедшие через отверстия в маске (3), распространяясь по прямолинейным траекториям, проходят через наноотверстия в пленке и формируют на подложке (5) одновременно несколько «изображений светящегося объекта». В итоге на подложке (5) одновременно формируется несколько гетероструктур из атомов, размер которых меньше размера «светящегося объекта» на маске (3) во столько раз, во сколько маска (3) расположена дальше от пленки, чем подложка (5). В качестве пленки может быть использована трековая мембрана, изготовленная из полиэтилентерефталатной пленки, в которой выполнено большое число наноотверстий диаметром 50 нм. Изготовление большого числа наноотверстий может быть выполнено путем облучения ионами и дальнейшим травлением в растворе 3М NaOH с добавлением 0.05% поверхностно-активного вещества Dowfax 2А1 при температуре 70°С.

В созданном варианте заявляемой установки для создания гетероструктур время изготовления одной гетероструктуры значительно уменьшилось с 20 ч до 1 ч, что существенно повысило производительность.

Таким образом, созданная установка для создания гетероструктур, позволила достичь заявленного технического результата, а именно повысить производительность.

1. Установка для создания гетероструктур, состоящая из пульта управления, маски, пленки и подложки, отличающаяся тем, что снабжена барабаном с атомными пушками, соединенным с пультом управления.

2. Установка для создания гетероструктур по п.1, отличающаяся тем, что пленка выполнена с большим количеством наноотверстий.