Регистрация / Вход
Прислать материал

 «Атомные процессы, структурная диагностика и
технология изготовления наносистем»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0114
Организация
ИФП СО РАН
Руководитель работ
Асеев Александр Леонидович
Продолжительность работ
2009 - 2011, 28 мес.
Бюджетные средства
14,4 млн
Внебюджетные средства
2,88 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Латышев Александр Васильевич

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 15.08.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ОТЧЕТНОМ ЭТАПЕ № 1
«Разработка новых методов наноструктурирования поверхности полупро-водниковых кристаллов и исследование гетеросистемы GaP - Si(001)»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от ___ июня 2009 г. № 02.740.11.0114.

Шифр: « 2009-1.1-207-024 »
Период выполне-ния этапа Июнь 2009 г. – 15 сентября 2009 года
Исполнитель: Учреждение Российской академии наук
Институт физики полупроводников им. А.В.Ржанова
Сибирского отделения РАН
630090, г.Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, д.13
Цель работы Проведение проблемно-ориентированных исследова-ний и получение результатов мирового уровня в области разработок нанотехнологий, обеспечивающих подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов


Наименование разрабатываемой научной (научно-технической, инновационной) продукции
В соответствие с техническим заданием на этапе №1 планировалось разработать:
- технологию отжига подложек в квазиравновесных условиях для создания совершенных ступенчатых поверхностей Si(111) и GaAs(001) с регулярно расположенными моноатомными ступенями.
-способы управления структурным совершенством гетеросистем на основе GaP на Si(001), выращенных в присутствии атомарного водорода.
-технологию нанолитографии поверхности Si с суб- и монослойными покрытиями металлов (Au, Cu, Al, Sn , Ag) остросфокусированным пучком высокоэнергетичных (до 30 кэВ) ионов галлия.
- новые подходы для формирования нанообъектов на структурированной поверхности Si на основе in situ экспериментов по эпитаксии и воздействию газовой атмосферы в СВВ ОЭМ.
- тест-объект для калибровки измерений высоты в атомно-силовом микроскопе на основе применения атомных ступеней на поверхности полу-проводников в диапазоне 1-30 нм с погрешностью не более 0,05 нм.
-технологию изготовления наноперфорированных (диаметр отверстия 30-70нм) толстых пленок (100 нм) Al на кварце с помощью электронной литографии при использовании позитивного резиста.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на отчетном этапе.
На основании исследований рельефа методами атомно-силовой микроскопии и сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии определены технологические условия формирования совершенных ступенчатых поверхностей арсенида галлия и кремния с регулярно расположенными моноатомными ступенями посредством термического отжига в квазиравновесных условиях. Условия термодинамического равновесия обеспечивались в сверхвысоковакуумной камере в плоском капилляре, состоящем из двух близкорасположенных пластин, размещенных на малом расстоянии друг от друга.
Исследованы начальные стадии зарождения и роста пленок GaP на Si (001), выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии с участием атомарного водорода. Показано, что введение атомарного водорода в процесс эпитаксии существенно улучшает общее структурное совершенство пленок GaP: вплоть до толщин около 0.1 мкм полуширина пика на рентгеновской кривой качания в рефлексе (004) от таких пленок практически совпадает с теоретической для бездефектных пленок, что свидетельствует об их состоянии, близком к псевдоморфному.
Разработана методика литографии нанометрового диапазона поверхности кремния с суб- и монослойными покрытиями атомами металлов (Au, Cu, Al, Sn,Ag) остросфокусированным пучком высокоэнергетичных (до 30 кэВ) ионов галлия на примере создания канавок с высоким аспектным отношением.
Представлены методы формирования нанообъектов посредством са-моупорядочения и самоорганизации на структурированной поверхности кремния на основе in situ экспериментов по эпитаксии и воздействию газо-вой атмосферы в СВВ ОЭМ. Измерена зависимость длины миграции адатома на поверхности Si(111) в интервале температур 1000-13500С. Используя полученные зависимости длины миграции адатомов от температуры при сублимации и эпитаксиальном росте, разработана технология, позволяющая создавать в заданном месте образца широкие террасы размером до 80 мкм.
Разработан макет калибровочного тест-объекта для сканирующей зондоврой микроскопии для обеспечения единства измерений линейных размеров в диапазоне 0,1-100 нм. Представлено теоретическое описание формирование ступенчатой поверхности, лежащей в основе создания калибровочного стандарта. Дано описание технологии формирования эталона и представлены технические параметры ступенчатого высотного стандарта в виде действующего макета.
Представлена технология изготовления наноперфорированных (диаметр отверстия 30-70нм) толстых пленок (100 нм) Al на кварце с помощью сфокусированной электронной литографии при использовании позитивного резиста.
  Все полученные результаты полностью соответствуют требования технического задания.
2.2. Полученные результаты являются новыми и соответствуют мировому уровню.
2.3. Особенностью исследований является получение новых фундамен-тальных знаний о явлениях и процессах, протекающих в низкоразмерных системах, в сочетании с их практическим применением при разработках и создании новых методик и технологий.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов
Результаты выполненной НИР могут быть использованы Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург), Институтом кристаллографии РАН, (г. Москва), Новосибирским государственным университетом, Институтом катализа СО РАН им.Борескова, (г. Новосибирск), ГИРЕДМЕТ (г. Москва), Институтом автоматики и электрометрии СО РАН, Лимнологическим институтом СО РАН, Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, при разработке технологий твердотельных наноразмерных систем с контролируемыми свойствами для элементной базы в микро- и наноэлектронике и функциональных приборов для биологии и медицины.
Результаты выполненной НИР могут быть использованы: ЗАО НТ-МДТ, (г. Москва), Институт исследования поверхности и вакуума, (г. Москва), Институт физики твердого тела РАН, (г. Черноголовка) при разработке измерительных приборов нанометрового диапазона для стандартизации и калибровки наноструктур в диапазоне линейных размеров 0,1-30 нм.
Проект выполняется с участием бакалавров и магистров Новосибирского государственного университета, а полученные результаты будут внедрены в образовательный процесс в качестве составляющих магистерских программ.

3.2. Практическое внедрение полученных результатов
На данный момент ведется внедрение коммерческого производства тест-объектов нанометрового диапазона для стандартизации и калибровки наноструктур в диапазоне линейных размеров 0,1-100 нм совместно с ЗАО НТМДТ, (г. Москва), образцы проходят апробацию.
3.3. Использование результатов проекта будет способствовать созданию информационно-аналитической инфраструктуры наноиндустрии, что является важной задачей ФЦП "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 - 2010 годы".
4. Выводы
Основные результаты выполнения первого этапа проекта позволяют сделать вывод об эффективном проведении проблемно-ориентированных исследований и получении результатов мирового уровня в области разработок нанотехнологий, обеспечивающих подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов может быть обеспечено в рамках работы научно-образовательных центров по профильным направлениям критических технологий РФ и заключить следующее:
1. Весь запланированный объем первого этапа проекта выполнен полностью и в срок в соответствии с Техническим заданием и Календарным планом.
2. Полученные научные результаты используются и могут быть использованы для получения и исследования новых материалов и разработки новых методов наноструктурирования поверхности полупроводниковых кристаллов и исследование эпитаксиальных гетеросистемы, например GaP - Si(001).
Развернуть
2
16.08.2009 - 15.10.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ОТЧЕТНОМ ЭТАПЕ № 2
«Анализ возможностей визуализации квантовых точек методами атомно-силовой микроскопии и исследование имплантированных слоев кремния»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 15 июня 2009 г. № 02.740.11.0114.

Шифр: « 2009-1.1-207-024 »
Период выполне-ния этапа 16 сентября 2009 г. – 15 октября 2009 года
Исполнитель: Учреждение Российской академии наук
Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова
Сибирского отделения РАН
630090, г.Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, д.13

Цель работы Проведение проблемно-ориентированных исследований и получение результатов мирового уровня в области разрабо-ток нанотехнологий, обеспечивающих подготовку и закре-пление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жиз-неспособных научных коллективов

Наименование разрабатываемой научной (научно-технической, инновационной) продукции
В соответствие с техническим заданием на этапе №2 планировалось разработать:
• способы визуализации квантовых точек, захороненных в оксидной матрице, методами атомно-силовой микроскопии;
• исследовать эффект вертикальной автомодуляции состава твердых рас-творов CdHgTe методом высокоразрешающей электронной микро-скопии;
• физическую модель активации/деактивации легирующих примесей (бор), введенных ионной имплантацией;
• технологию изготовления наноперфорированных (диаметр отверстия 30-70нм) толстых пленок (100 нм) Al на кварце с помощью электронной литографии при использовании негативного резиста;
• технологию структурирования гетеросистем AlGaAs/GaAs с двумер-ным электронным газом с помощью ионной литографии для создания элементов криогенной наноэлектроники.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на отчетном этапе.
При исследовании квантовых точек, захороненных в оксидной матрице, методом атомно-силовой микроскопии определены способы их визуализации, которые базируются на передаче заряда (положительного или отрицательного) квантовой точке зондом атомно-силового микроскопа. Реализована методика измерения локальной емкостной характеристики поверхности на основе регистрации амплитуды колебаний балки проводящего кантилевера на второй гармонике в двухпроходной методике сканирования поверхности иглой АСМ. Показано, что для усиления разности в проводимости оксидного слоя и квантовых точек, определяющей способность накапливать заряд и время его хранения на квантовых точках, необходимо увеличение толщины оксидного слоя по сравнению с размерами квантовых точек.
С помощью атомно-силовой микроскопии исследована зависимость микроморфологии пленок CdHgTe(301) от условий выращивания и микро-морфологии буферного слоя CdTe. Высокоразрешающая электронная микроскопия была использована для выявления взаимосвязи между микроморфологией и микроструктурой пленок CdHgTe (301). Установлено, что неровности, присутствующие на поверхности буферных слоев CdTe, наследуются в процессе роста пленки CdHgTe и инициируют захват избыточного теллура макроступенями в неоптимальных условиях роста, приводя в результате к зарождению прорастающих макродефектов. В пленках CdHgTe (301), выращенных при повышенной температуре, наблюдаются периодический волнообразный рельеф и связанная с ним латеральная модуляция состава в направлении [-103], перпендикулярном направлению линий рельефа [010]. Полученные результаты лежат в основе оптимизации технологии пленок CdHgTe, пригодных для создания инфракрасных оптоэлектронных устройств, разрабатываемых в ИФП СО РАН.
Методами просвечивающей и высокоразрешающей электронной микроскопии, масс-спектрометрии вторичных ионов и Crystal-TRIM (ISE TCAD) расчетов детально исследованы механизмы деактивации бора, имплантированного в Si с дозой•1016см-2, после отжига при 900оС. Показано, что механизм деактивации определяется соотношением локальных концентраций узлового бора, присутствующего в кристалле при имплантации (или возникающего на ранних стадиях отжига) и собственных точечных дефектов, введенных имплантацией. Модель подтверждается впервые представленным балансом количества точечных дефектов, сгенерированного при имплантации и израсходованного в рекомбинации, кластеризации в виде дислокационных петель I- и V-типа и взаимодействиях с бором. Полученные результаты создают основу для управления процессом активации/деактивации примеси, введенной с помощью ионной имплантации, что актуально для создания мелких (20нм) p-n переходов в сверхплотных интегральных схемах с размером элементов менее 50нм.
Представлены результаты по разработке технологии изготовления наноперфорированных (диаметр отверстия 30-70нм) толстых пленок (100 нм) Al на кварце с помощью сфокусированной электронной литографии при использовании негативного резиста для разработки наноплатформ для анализа ДНК методом конфокальной флуоресцентной микроскопии. На данном этапе разработан метод создания масок из массивов столбцов негативного резиста размером до 50нм, а также метод травления ямок в пленке Al через маску позитивного резиста.
Представлены результаты по разработке технологии структурирования гетеросистем AlGaAs/GaAs с двумерным электронным газом с помощью ионной литографии для создания элементов криогенной наноэлектроники. На данном этапе определены параметры электронного и ионного пучков, при которых сохраняется проводимость слоев с двумерным электронным газом.
Все полученные результаты полностью соответствуют требования технического задания.
2.2. Полученные результаты новые и соответствуют мировому уровню.
2.3. Особенностью исследований является получение новых фундамен-тальных знаний о явлениях и процессах, протекающих при формировании низкоразмерных систем, в сочетании с их практическим применением при разработках и создании новых диагностических методик и технологий.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов
Результаты выполненной НИР могут быть использованы Физико-техническим институтом им. А.Ф. Иоффе РАН (г. Санкт-Петербург), Институтом кристаллографии РАН, (г. Москва), Новосибирским государственным университетом, Институтом катализа СО РАН им.Борескова, (г. Новосибирск), ГИРЕДМЕТ (г. Москва), Институтом автоматики и электрометрии СО РАН, Лимнологическим институтом СО РАН, Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, при разработке технологий твердотельных наноразмерных систем с контролируемыми свойствами для элементной базы в микро- и наноэлектронике и функциональных приборов для биологии и медицины.
3.2. Практическое внедрение полученных результатов
На данный момент совместно с рядом Институтов СО РАН (Институ-том автоматики и электрометрии, Институтом химической биологии и фун-даментальной медицины, Лимнологический Институт) ведется апробация наноперфорированных пленок алюминия на стекле для создания биоплатформ для анализа ДНК с помощью конфокальной микроскопии. Проект выполняется с участием бакалавров и магистров Новосибирского государственного университета, а полученные результаты внедрены в образовательный процесс в качестве составляющих магистерских программ.
3.3. Использование результатов проекта будет способствовать созда-нию информационно-аналитической инфраструктуры наноиндустрии, что является важной задачей ФЦП "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 - 2010 годы", и подготовке и закреплению в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров.

4. Выводы
Основные результаты выполнения первого этапа проекта позволяют сделать вывод об эффективном проведении проблемно-ориентированных исследований и получении результатов мирового уровня в области разработок нанотехнологий, обеспечивающих подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов может быть обеспечено в рамках работы научно-образовательных центров по профильным направлениям критических технологий РФ и заключить следующее:
1. Весь запланированный объем этапа №2 выполнен полностью и в срок в соответствии с Техническим заданием и Календарным планом.
2. Полученные научные результаты используются и могут быть использованы для разработки новых методов диагностики захороненных нанообъектов, наноструктурирования поверхности двумерных полупроводниковых и металлических систем и совершенствования технологий получении, например, CdHgTe или высокоактивируемых мелких p-n переходов, получаемых с помощью ионной имплантации.
Развернуть
3
01.01.2010 - 15.06.2010
Бюджетные источники:
1 .Анализ прецизионного зарядового воздействия на
поверхность полупроводников, диэлектриков и
органических покрытий зондом атомно-силового
микроскопа с целью создания новых устройств
памяти.
2. Разработка способов управления структурным
г.г>нертттенстнг>м и фптпттшминйг.пентньтми
^свойствами нанотетеросистемьг на основе
З.Разработка технологии, нанолитографии
поверхности полупроводников (81, СаАз, Ое), на основе ионно-стимулированного осаждения слоев
металлов (Р1, \\0 и диэлектриков (5Ю2) в нанометровом диапазоне толщин.
4. Разработка новых подходов для формирования
нанообъектов на поверхности на основе изучения
т зИи трансформаций наноструктурированной
поверхности 81 при взаимодействии с
адсорбированными атомами. 81 и металлов в СВВ
ОЭМ.
Внебюджетные источники:
5.Разработка и создание тестовых подложек на
основе кремния с широкими (более 100 мкм) атомно-гладкими террасами с шероховатостью
менее 0,1 нм для сканирующей зондовой
микроскопии.
6.Разработка технологии изготовления
наноперфорированных структур Т1М/81О2/81 (диаметр отверстий 10-70нм) с помощью электронной литографии для элементов криогенной
наноэлектроники.
Развернуть
4
16.06.2010 - 15.10.2010
Бюджетные источники:
1 .Электронно-микроскопические исследования
структуры пленок твердых растворов Се1.х.у81х8пу, выращенных методом МЛЭ на подложках 81(001). 2.Разработка новых подходов для управления
морфологией поверхности 81 на основе изучения
начальных стадий высокотемпературного гомо-и
гетероэпитаксиального роста в системе плоского
капилляра.
3.Разработка новых подходов для формирования
нанообъектов в объеме кристалла на основе
изучения т зИи формирования нанокластерных
структур в 81 при облучении электронами в
колонне ВРЭМ.
4.Исследование квантового транспорта в сплошных
и наноперфорированных структурах Т1М/8Ю2/81 в области перехода металл-сверхпроводник -
сверхизолятор.
Внебюджетные источники:
5.Разработка технологии изготовления безмодовых
волноводов на осндве^наноперфорированных Г
(диаметр отверстия 30-70нм) толстых пленок (100
нм) А1 на кварце для секвенирования единичных
молекул ДНК с помощью флуоресцентной
микроскопии.
б.Разработка технологии изготовления
наноструктур на основе Аи/8Ю2/81 с помощью фокусированных ионных пучков для элементов
криогенной наноэлектроники.
Развернуть
5
01.01.2011 - 15.06.2011
Бюджетные источники:
1 .Отработка технологии нанесения ДНК на
поверхность кремния с необходимой
концентрацией и сохранением естественной формы
и заданной геометрической конфигурацией.
2. Разработка способов управления структурным
совершенством и электронно-оптическими
свойствами гетеросистем на основе Се1_х_у81х8пу/
Се8п для изготовления оптоэлектронных
устройств.
3. Изучение процессов электромиграции адатомов
81 на мезаструктурированной поверхности 81 в СВВ
ОЭМ.
4.Разработка новых подходов для формирования
нанообъектов в объеме кристалла: упорядочение
вакансионно-междоузельных кластеров в 81 при
имплантации ионов.
Внебюджетные источники:
5. Изготовление и диагностика органических
наноструктур на основе молекул ДНК на
поверхности кремния с помощью АСМ.
6. Изготовление экспериментальных макетов-
образцов для обучения методам зарядовой
спектроскопии на основе атомно-силовой
микроскопии.
Развернуть
6
16.06.2011 - 15.10.2011
Бюджетные источники:
1 .Анализ возможностей выращивания
высокосовершенных слоев ОаАз на 81(001);
2. Разработка новых подходов для формирования
нанообъектов в объеме кристалла на основе
выращивания слоев 81 на сверхплотном массиве Ое
точек на окисленной поверхности 81 для создания
светоизлучающих приборов на основе кремния.
3. Исследование природы дислокационно^фото-л—
электролюминесценции в 81 для оптимизации
эффективности светоизлучающих приборов,
созданных на основе протяженных дефектов.
4.Изучение влияния низкоэнергетичных ионов
металлов (Аи,Си) на структурные и морфологические трансформации атомно-чистой
поверхности кремния.
Внебюджетные источники:
5. Разработка научно-методических материалов для
методического пособия по электронной
литографии для обучения специалистов и
студентов работе на электронном литографе.
6. Разработка технологии создания наномембран на
основе 81 (с диаметром отверстий 10-50 нм) с
помощью электронной литографии.
7. Разработка программы внедрения НИР в
образовательный процесс
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ИФП СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2011, 25 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Организация
ОИВТ РАН
профинансировано
Тема
Атомные процессы и технологии изготовления твердотельных полупроводниковых наноструктур.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка высокоразрешающего спектрально-селективного метода структурной диагностики биоорганических наносистем на поверхности жидкости.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
17 млн
Количество заявок
1
Тема
Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием для обеспечения комплексных исследований в области структурной диагностики и метрологии наносистем и материалов с использованием синхротронного излучения специализированного источника.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 9 мес.
Бюджетные средства
70 млн
Количество заявок
1
Тема
Опытно-промышленные технологии изготовления нанокомпозитных структурно модулированных материалов для нанофотоники.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
105 млн
Количество заявок
1
Тема
Молекулярная диагностика детских инфекций методом атомно-силовой микроскопии
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
9