Наноразмерные структуры: классификация, формирование и исследование. Булыгина Е.В - 25 стр.

   4. ИССЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ
 МАТЕРИАЛОВ И НАНОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР И ИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ДЛЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

     4.1. Свойства 3D-наноструктур с фотонной запрещенной зоной
                       на основе опаловых матриц
     Как      известно,   любые      интегральные     схемы      фактически      являются
высокоорганизованными композитными структурами, и поэтому в начале технических
разработок в области микроэлектроники наиболее подходящими материалами для их
реализации были сочтены монокристаллы. Однако со временем оказалось, что жесткий
внутренний порядок кристалла вносит серьезные ограничения в технологические процессы
формирования интегральных микросхем. Естественной реакцией на это обстоятельство был
переход к планарным технологиям, широкому использованию пленочных структур и т.п.
материалов, то есть фактический отказ от объемных (трехмерных) систем. В результате,
технологической основой современной твердотельной электроники стали планарные (2D)
технологии. При этом для дальнейшего увеличения плотности элементов необходимо
переходить либо к трехмерным (3D) наносистемам, либо к молекулярной электронике.
     Физико-химические     методы,     основанные    на    принципах      самоорганизации
наноприборов, позволяют довести объемную плотность элементов в 3D-системах до 1×1014–
5×1014 см–3 (при поперечных размерах элементов от десятков до сотен нм). Такие композиты,
кроме всего прочего, работают при плотностях тока на 3−4 порядка ниже, чем в планарных
системах. И, хотя за счет использования различных видов литографии и ускорительной
техники, в последнее время удалось добиться выдающихся результатов по уменьшению
размеров полупроводниковых элементов, в настоящем, планарные технологии приблизились
достаточно близко к своим физическим границам, а, следовательно, становится неизбежным
переход к трехмерным наносистемам (наноэлектроника).
     В литературе имеется большое количество работ, посвященных изучению
нанокристаллических пленок и нанокристаллических материалов, например кремния, а
именно исследованиям их наномасштабных свойств и квантоворазмерных эффектов.
Отсутствие до самого последнего времени трехмерных сверхрешеток привело к тому, что
фактически все работы в этой области относятся к достаточно тонким (по толщине)
нанокомпозитам. Создание трехмерных высокоупорядоченных (на уровне кристаллических
структур) наносистем оказалось довольно трудным делом, поскольку имелся как бы разрыв
между размерами структурных пустот (например, в цеолитах 1,0–1,5 нм), и пористыми
системами различного типа, в которых размер пустот можно было регулировать, но
невозможно было создать из них высокоупорядоченные системы.
     Лишь в последние десять лет эта проблема начала находить свое решение. Оказалось,
что природа создала такой материал, хотя и совершенно для других целей – благородный
опал, который представляет собой плотноупакованные (в основном, по кубическому закону)
наносферы кремнезема (очень близкие по диаметру), размеры которых в различных образцах
могут варьироваться от 200 до 600 нм. Регулярная упаковка глобул кремнезема образует
трехмерную решетку с указанной периодичностью и может быть охарактеризована как
3D−оптическая сверхрешетка, а вся система в целом как "оптический" или "фотонный"
кристалл (дифракция в оптическом диапазоне). При указанных диаметрах сфер данные
упаковки содержат структурные пустоты размерами 160–400 нм, которые могут быть
частично или полностью заполнены полупроводниковыми, сверхпроводящими, оптически
активными, магнитными и другими материалами. Соответственно, в опаловидной структуре
будет образовываться трехмерная сверхрешетка из частиц материала заполнения (размер
кластеров может варьироваться от 10 до 350 нм). Именно таким способом впервые были


                                                                                      2