Физика и технология микро- и наносистем”
Скачать 1.42 Mb.
|
| h+ + 2OH— = SiO2 + 2H+. Были выявлены основные технологические факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс окисления: величина прикладываемого напряжения; время приложения напряжения; влажность среды. Показано, что высота формируемого оксида зависит от времени приложения напряжения по логарифмическому закону, что соответствует модели Кабрерра-Мотта. Полученная зависимость может быть аппроксимирована с помощью уравнения:  . Высота оксида линейно зависит от величины приложенного напряжения при U = 5…10 В, а при напряжениях U >10 В наблюдается резкий рост и приблизительно квадратичная зависимость от напряжения. Для создания условий повышенной влажности была использована специальная методика, которая позволяла увеличивать влажность практически до 100 %. Было установлено, что повышение влажности приводит к увеличению высоты формируемого окисла, однако основным фактором, влияющим на высоту формируемого окисла, является величина прикладываемого напряжения. ЗОНДОВАЯ ЛИТОГРАФИЯ УГЛЕРОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ В НАНОЭЛЕКТРОНИКЕ И.А. Молчанов1, И.Н. Патюков2 1Московский институт электронной техники (национальный исследовательский университет); 2Научно-исследовательский институт физических проблем имени Ф.В.Лукина В последнее время углеродным материалам в наноэлектронике уделяется большое внимание. В частности, алмазоподобные углеродные плёнки являются достаточно удобным материалом, поскольку позволяют с легкостью формировать необходимый рельеф и допускают управление проводимостью. В процессе создания наноэлектронных устройств используются специальные методы, такие как обработка фокусированным ионным пучком, молекулярно-лучевая эпитаксия и зондовая литография. Последняя привлекает своей относительной простотой – нет необходимости в низких температурах, высоком вакууме и т.п. В работе описывается теория окисления углеродных поверхностей (алмазоподобные плёнки, и для сравнения – высоокоориентированный пирографит); приводится описание установки для проведения данных операций и анализируются полученные результаты. Установка создана на базе атомно-силового микроскопа SMENA, которая снабжена отдельным генератором тока, позволяющим проводить не штатную литографию напряжением, которая разрушительна для углеродных структур и зонда, а литографию током. Генератор тока управляется с помощью компьютера и выдает на осциллограф (а в перспективе – на плату АЦП в этом же компьютере) сигнал выходного тока и напряжения на образце, что позволяет контролировать процесс и держать его в заданных рамках. ПО к данной системе создано на основе ПО SMENA и специально написанной управляющей части. Поскольку плёнки алмазоподобного углерода гидрофобны (контактный угол 100-120º), проводилась обработка их в спирте, что позволило уменьшить угол до 70-80º, и тем самым увеличить толщину адсорбата воды, играющего важную роль в окислении и улучшить характеристики процесса литографии. С помощью данной установки были получены определенные результаты: окислены для проверки металлические (титановые) плёнки и пирографит, а также получены результаты на алмазоподобных углеродных плёнках. В данном процессе видно, что зонд не деградирует, как происходит при режиме литографии напряжением, и при этом получаются отверстия в плёнке приемлемых параметров. При этом существуют некоторые проблемы в окислении алмазоподобных пленок, пути решения которых также предлагаются. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОУПОРЯДОЧЕННЫХ СЛОЕВ POR-AL2O3 В.А. Мошников, Е.Н. Соколова, Ю.М. Спивак Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» В настоящее время наноструктуры все больше представляют практический и научный интерес с точки зрения создания электронных приборов с качественно новыми характеристиками. Пористый оксид алюминия, благодаря своей упорядоченности пор, оптическим и электрофизическим свойствам, является одним из самых актуальных материалов для различных целей микро - и наноэлектроники. Перспективным методом создания наноструктурированных пористых материалов является электрохимическое травление (ЭХТ), в процессе которого возможно получить слой Al2O3 с самоупорядоченной структурой пор. Пористый оксид алюминия как функциональный элемент может быть использован при создании микросистем и сенсоров окружающей среды, на его основе реализуемы датчики влажности. Наряду с этим, данный материал может использоваться в качестве темплата для получения наноразмерных фибриллярных частиц с магнитными свойствами. Значительный научный и практический интерес в темплатном синтезе представляет получение слоев por-Al2O3/Si, так как это позволит интегрировать функциональный элемент с отрабатывающей электроникой, созданной по традиционной кремниевой технологии. Целью данной работы является получение и исследование слоев пористого оксида алюминия с высокой степенью упорядочения на подложках кремния и алюминия. Для формирования слоев por-Al2O3 использовались подложки двух типов: Al и Al/Si. Процесс электрохимического травления проводился в гальвано- и потенциостатическом режимах. В работе изучалось влияние температуры и введения этапа химического преструктурирования на качество получаемой структуры. Исследование полученных образцов проводили с помощью оптической (ПОЛАМ Р-312), растровой электронной и атомно-силовой (Ntegra Terma, NT-MDT) микроскопий. В результате работы была оптимизирована технология ЭХТ и модернизирован лабораторный стенд, что сделало возможным управлять температурой рабочего объема в диапазоне (-50…100 ºС). Получены высокоупорядоченные слои por-Al2O3 c сотовой структурой пор (диаметр пор ≈ 20…150 нм, коэффициент упорядочивания К ≈ 98 %) на различных подложках и сквозные мембраны por-Al2O3, автозакрепленные в алюминиевой фольге. Показано, что этап расширения пор увеличивает диаметр пор в ≈ 1,7 раз (например, с 200 до 350 нм). МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО В.А.Мошников, М.Г. Кунгуров Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Электронно-зондовые методы в течение многих лет являются базовыми методами физических исследований на основе взаимодействия электронного пучка с веществом. Возникли и успешно развиваются методы: электронная микроскопия на просвет, растровая электронная микроскопия, электронная микроскопия высокого разрешения, рентгеноспектральная микроскопия, Оже-микроскопия, дифракция медленных электронов, дифракция быстрых электронов, дифракция отраженных электронов и д.р. Эти методы, как правило, уже хорошо отработаны для массивных образцов и достаточно толстых эпитаксиальных пленок. Для анализа объектов наномира необходима детализация траекторий движения электронов и выделение индивидуальных актов взаимодействия. В работе изложены основные этапы развития электронно-зондовых исследований, обоснована и выделена центральная модель моделирования траекторий. Наиболее важным, является гибкость перестраивания моделей для различных физических методов. Эта гибкость связана с выделением из суммарных потерь энергетических потерь, связывающих тот или иной аналитический отклик. Подробно излагается алгоритм с расчетом методом Монте-Карло вероятности возникновения событий по методу обратных функций. Важным моментом является согласование результатов моделирования с аналитическими расчетами. Создано программное обеспечение на основе модели Монте-Карло, написанное на языке Python. Программа расчета по методу Монте-Карло позволяет исследовать различные многокомпонентные материалы. В данной работе были исследованы зависимости интенсивности характеристического рентгеновского излучения при взаимодействии образца с электронным зондом от его состава; проводилось сравнение результатов реального и модельного эксперимента с целью коррекции исходных предпосылок компьютерной модели. Проводился также модельный эксперимент по распределению ХРИ в зависимости от условий эксперимента. Работа выполнена при поддержке ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" (2009-2013 г.), госконтракты П399 от 30.07.2009, П2279 от 13.11.2009, 02.740.11.5077 от 20.07.2009 , 14.740.11.0445 от 30.09.2010, 16.740.11.0211 от 24.09.2010. Физикохимия нестехиометрических сегнетоэлектриков со структурой перовскита Н.В. Мухин Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Такие свойства и параметры сегнетоэлектриков как электропроводность, диэлектрическая проницаемость, остаточная поляризация, коэрцитивное поле, пъезомодули и др. сильно зависят от присутствия различных несовершенств кристаллической структуры, в том числе дефектов нестехиометрии. Путем изменения температуры, состава и давления газовой среды в процессе синтеза можно в некоторых пределах управлять стехиометрией, а, следовательно, и структурно-чувствительными свойствами материала. Сегодня процессы точечного разупорядочения для многих соединений ABO3, таких как BaTiO3, SrTiO3, CaTiO3 и др., достаточно хорошо изучены. Однако для свинецсодержащих перовскитов, в силу их особой специфики, вопросы управления стехиометрией до сих пор остаются объектом дискуссий. Целью настоящей работы являлось исследование возможностей управления стехиометрией свинецсодержащих сегнетоэлектрических перовскитов (PbZrO3, PbTiO3 и твердого раствора на их основе) в зависимости от условий синтеза. Для исследования точечного разупорядочения в ABO3 использовался метод квазихимической аналогии путем составления и анализа реакций точечных дефектов, удовлетворяющих условиям постоянства отношения количества разносортных узлов кристаллической решетки, действующих масс и электронейтральности. Данные расчеты проводились в тесной взаимосвязи с термодинамическим анализом фазовых равновесий в оксидных системах. Рассмотрение нестехиометрического Pb(Zr,Ti)O3 осуществлялось с использованием опыта подобного рода исследований в других хорошо изученных перовскитах с родственной структурой кристаллической решетки. Проведение параллелей между ними выполнялось на основе сопоставления термодинамических характеристик сегнетоэлектрических материалов и выявления их связи с образованием структурных несовершенств. В результате проделанной работы была предложена и проанализирована модель равновесия собственных точечных дефектов в PbZrO3, PbTiO3 и твердом растворе на их основе, включающая в себя: вакансии во всех трех подрешетках, возможные степени их ионизации, ассоциаты, центры трехвалентного титана. Получены зависимости коэффициентов нестехиометрии для Pb1-γ(Zr,Ti)O3-γ-δ как соединения переменного состава от режимов его синтеза (температуры и давлений парогазовой смеси) в условиях, близких к равновесным. Особенности характеризации субмикронных и наноразмерных пленок ЦТС по петлям гистерезиса Н.В. Мухин, А.В. Семенов, К.А. Федоров, Д.А. Чигирев Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Сегнетоэлектрические (СЭ) материалы отличаются возможностью переключения в них поляризации под действием приложенного электрического поля в определенном интервале температур. Нелинейная зависимость поляризованности от напряженности электрического поля является следствием доменного строения и в периодически изменяющихся полях трансформируется в диэлектрический гистерезис. При переходе от объёмных образцов к тонким и, в особенности, к субмикронным и наноразмерным СЭ пленкам, в последних начинают проявляться размерные эффекты, которые приводят к различным искажениям формы петель гистерезиса. Способ характеризации СЭ пленок, основанный на снятии петель гистерезиса, сравнительно прост в реализации и достаточно информативен. Основными инструментами воздействия на исследуемый образец в данном методе могут выступать: амплитуда, частота, форма периодического сигнала, длительность его воздействия, температура. Комбинирование перечисленных факторов позволяет извлекать наиболее полную информацию о свойствах СЭ пленок и физических процессах, связанных с циклической переполяризацией образца. Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование петель гистерезиса конденсаторных структур на основе субмикронных и наноразмерных пленок цирконата-титаната свинца (ЦТС) и их моделирование, позволяющее аналитически описать с высокой точностью петли с существенными искажениями формы. Исследованные в работе пленки ЦТС были получены методом MOCVD (толщина пленок составляла 80 – 100 нм) и методом реактивного ВЧ-магнетронного распыления (толщина пленок – 1 мкм). Экспериментальное наблюдение петель гистерезиса конденсаторных структур на основе таких пленок осуществлялось с помощью модифицированной схемы Сойера-Тауэра. Был разработан алгоритм для аналитического описания петель гистерезиса, который с хорошей точностью позволил промоделировать петли гистерезиса исследуемых образцов с неидеальными характеристиками. Установлена корреляция между некоторыми физическими характеристиками конденсаторных структур и параметрами предложенной модели. Работа выполнена в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 годы)» Минобрнауки, проект № 2.1.1/2711. Исследование эволюции кластеров в плазме среднего и низкого давления В.В. Никитин Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Целью данной работы являлось изучение закономерностей образования и развития кластеров в плазме низкого и среднего давления а также построение теоретической модели соответствующих процессов. Необходимо было представить эти закономерности в удобном для практического использования виде, чтобы с их помощью можно было бы прогнозировать вышеназванные процессы. Знание того, как поведет себя кластер в тех или иных условиях, дает возможность через параметры рабочей установки управлять эволюцией кластера, что в конечном итоге позволяет получить кластеры с необходимыми параметрами. Это открывает широкие возможности для использования кластерной плазмы в создании современной электронной техники. Поиск необходимых закономерностей осуществлялся путем анализа существующих экспериментальных данных и опирался на частные исследования в данной области. Работа проводилась в несколько этапов. На первом этапе было исследовано влияние параметров плазмы на температуру кластеров. Благодаря использованию модели баланса мощностей приходящих и уходящих с кластера была установлена соответствующая закономерность в виде приближенной формулы. На втором этапе исследовалась скорость, с которой кластер растет или испаряется в тех или иных условиях. На третьем этапе был произведен расчет, целью которого было определить, как поведет себя кластер с определенными параметрами, помещенный в плазму с известными параметрами в рамках полученной модели с течением времени. Полученные результаты с достаточной точностью соответствуют существующим экспериментальным данным, поэтому можно говорить о достоверности модели. В заключение можно сказать, что в ходе проведения работы была разработана модель, описывающая поведение кластеров в плазме низкого и среднего давления. При помощи данной модели можно определить условия, которые необходимы для того, чтобы получить кластеры с заданными параметрами и соответствующим образом настроить установку. Целью дальнейших исследований является дополнение модели для повышения степени её точности, поскольку существующая модель создана с использованием ряда допущений. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ β-СТРУКТУРНЫХ ФРАГМЕНТОВ БЕЛКОВ И ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В БИОНИЧЕСКОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКЕ Т.В. Павленко, В.А. Карасев Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Цепные полимеры являются перспективными материалами для бионической наноэлектроники. Удобной моделью таких полимеров могут служить белки. Целью исследования было проведение анализа β-структурных фрагментов белков с акцентом на конечные и начальные участки из пяти аминокислот – пентафрагменты (ПФ), которые являются элементами молекулярной векторной машины и определяют конформацию любого белка. Используя файлы белков, скачанные из Protein Data Bank, c помощью программы PROTEIN 3D было получено 537 файлов в формате .txt, содержащих информацию о водородных связях основной цепи белков. Файлы нарезали на фрагменты, содержащие α-спиральные и β-структурные участки. Сортировку β-структурных фрагментов, помещенных в отдельные файлы (более 1000), проводили сначала на основе принципа симметрии, а затем искали файлы с одинаковой последовательностью связей в первых или последних пяти аминокислотах β-структур. В результате был получен список возможных вариантов β-структур с определенными конечными и начальными ПФ и установлено относительное количество таких структур. Помимо этого были проанализированы типы связей, встречающиеся в изгибах β-структурных фрагментов. Найдено, что в β-структурах белков в конечном и начальном положениях наиболее часто встречаются лишь некоторые виды ПФ. Так, в выборке с симметричными каноническими (с определенной последовательностью связей) начальными и конечными ПФ оказалось 1366 фрагментов, что в сотни раз превышало количество β-структур с остальными вариантами. Среди ассиметричных β-структур выделяются структуры либо только с каноническими начальными (547 фрагментов), либо только с каноническими конечными (562 фрагмента) ПФ. Число β-структурных участков, не содержащих канонических фрагментов было незначительным. Из этого следует, что большинство β-структур обладают каноническими фрагментами и являются симметричными. Проведенная систематизация начальных и конечных участков β-структур послужила в дальнейшем основой для создания образцов фрагментов, использованных нами в процессе конструирования β-структурных участков аналогов белков для целей бионической наноэлектроники. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ НИКЕЛЯ НА ЗОНДЫ ДЛЯ АТОМНО-СИЛОВОГО МИКРОСКОПА Н.В. Пермяков, Ю.М. Спивак Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» На взаимодействии зонда и поверхности построены различные методы регистрации того или иного свойства изучаемого объекта. Возможности зондового датчика могут быть расширены путем его модификации. Поэтому целью данной работы являлось исследование особенностей формирования никелевых слоев на подложках кремния и поиск возможностей модификации зондов АСМ электрохимическим осаждением никеля(Ni). Никелевое покрытие представляет интерес как проводящее и как каталитическое покрытие. С его помощью можно катодным осаждением с острия наносить островки никеля по строго заданному рисунку. Кроме того, потенциально можно создавать зонды с высоким аспектным соотношением путем выращивания углеродных нанотрубок на острие зонда с катализатором – Ni островком. В качестве подложек были использованы зондовые датчики марки (NSG01, NT-MDT). Нанесение никелевого покрытия проводилось электрохимическим катодным осаждением из водного раствора хлорида никеля (NiCl2∙6H2O). Собран лабораторный стенд для электрохимической модификации зондовых датчиков с возможностью подвода зонда. Получены серии образцов Ni на кремниевых зондах при вариации технологических параметров (концентрация никеля в растворе, предварительное растравливание поверхности зондов и др.). Исследование Ni покрытий зондовых датчиков проводилось с помощью оптической микроскопии (ПОЛАМ-Р312), а также атомно-силовой микроскопии (NTegra Therma, NT-MDT). Контроль осуществлялся путем исследования резонансной частоты, добротности, АЧХ зондов и получения изображений калибровочных решеток (TGT01, NTMDT) до и после осаждении Ni. Было обнаружено по данным тестирования зондов АСМ на калибровочных решетках TGT01, что возможно как увеличение, так и уменьшение радиуса закругления острия зондов АСМ. Работа выполнена при поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» Федерального агентства по образованию Российской Федерации, проект 2.1.2/2696; Министерства образования РФ, государственный контракт № П399 от 30.07.2009 по направлению «Создание и обработка композиционных керамических материалов» и ГК16.740.11.0211 от 24.09.2010 г. АНАЛИЗ α-СПИРАЛЬНЫХ ФРАГМЕНТОВ БЕЛКОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ БИОНИЧЕСКОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Д.С. Перчаткина, В.А. Карасёв Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» Перспективными материалами бионической наноэлектроники являются цепные полимеры, в частности, белки. Вторичная структура белков представлена α-спиральными и β-структурными фрагментами. Их анализ на основе представлений о молекулярной векторной машине, областью действия которой является пентафрагмент (ПФ), может способствовать развитию этого направления. Целью нашей работы явился анализ начальных и конечных участков, представленных в виде ПФ, α-спиральных фрагментов белков. Для исследования были использованы файлы белков (более 450), полученных из Protein Data Bank, на основе которых при помощи специально написанной программы Protein 3D получали текстовые файлы, в двумерном виде описывающие водородные связи белков. Далее внутри этих файлов производили нарезку белков на фрагменты, содержащие участки α-спиралей, которые использовали для дальнейшей сортировки. Обозначение файлов на основе типа ПФ проводили посредствам двоичного кодирования в виде 10-значных чисел. В начале спирали наиболее часто встречались ПФ типа 1101010101, а в конце спирали – типа 1010101011, которые названы каноническими. С помощью специально написанных программ, а также вручную были получены файлы, содержащие симметричные начальные и конечные ПФ, а также файлы с асимметричными начальными и конечными ПФ. Внутри этих файлов также проводилась дальнейшая сортировка. В результате проведенной работы было получено 1892 файла с симметричными (66 %) и ассиметричными начальными и конечными ПФ (11 %). При этом в первую группу в основном входят фрагменты с каноническими ПФ. Также были обнаружены две группы фрагментов, которые определяются как ассиметричные с каноническим конечным ПФ (337; 12 %) и ассиметричные с каноническим начальным ПФ (303; 11 %). Преобладание спиральных фрагментов с симметричными каноническими начальным и конечным участками, возможно, связано с энергетической выгодностью их образования в процессе биосинтеза. Полученные данные по систематизации α-спиральных фрагментов белков были использованы нами при конструировании искусственных спиральных белковых фрагментов для целей бионической наноэлектроники. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ АНОДИРОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СЛОЕВ POR-AL2O3 О.С. Петенко, Е.Н. Соколова |
Похожие:
 | Основная образовательная программа (ооп) магистратуры по направлению подготовки 03. 04. 02 «Физика» магистерская программа «Физика... | | ... |
| ... | | «Научно-производственное объединение «Физика» (далее также – «оао нпо «Физика» или «Общество») сообщает о том, что 21 декабря 2011... |
 | История, правоведение, обществознание, экономика, география, иностранный язык, литература, русский язык, химия, физика, математика,... | | Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... |
| Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... | | Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... |
| Этот приказ регламентирует проведение инструктажа на уроках по предметам учебного плана (физика, химия, биология, физическая культура,... | | Основная профессиональная образовательная программа высшего образования (опоп во) бакалавриата, реализуемая вузом по направлению... |