автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Процессы самоорганизации наноструктур в углеродистой среде, активируемой потоком электронов, в сильных электрических полях

ОД

Л "")П 7Х.1

На правах рукописи

МОРДВИНЦЕВ ВИКТОР МАТВЕЕВИЧ

ПРОЦЕССЫ САМООРГАНИЗАЦИИ НАНОСТРУКТУР В УГЛЕРОДИСТОЙ СРЕДЕ, АКТИВИРУЕМОЙ ПОТОКОМ ЭЛЕКТРОНОВ, В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

05.27.01 - твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2000 г.

Работа выполнена в Институте микроэлектроники и информатики Российской Академии Наук.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. А. Орликовский доктор физико-математических наук А. Ф. Вяткин доктор физико-математических наук А. А. Горбацевич

Ведущая организация - НИИ физических проблем им. Ф. В. Лукина (г. Зеленоград).

Защита диссертации состоится " Ш*Р 2000 г. в </6 час. на заседании диссертационного совета Д 003.74.01 в Физико-технологическом институте РАН по адресу: 117218 г. Москва, Нахимовский проспект д. 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технологического института РАН.

Автореферат разослан " № 2000 г.

Учёный секретарь специализированного совета

к. ф.-м. н. В. В. Вьюрков

3-01,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Долговременная тенденция повышения ггепени интеграции при изготовлении интегральных схем (ИС), которая иблюдается с начала развития микроэлектроники и обеспечивается, в >сновном, за счет уменьшения размеров элементов, сделала актуальными в гастоящее время исследования и разработки приборов с нанометровыми размерами, а также технологии изготовления соответствующих гвердотельных структур. Мощным фактором, стимулирующим усилия в >азвитии нанотехнологии, послужило появление таких прецизионных инструментов как сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и его технологические модификации, которые открыли новые возможности для >еализации нанолитографии и контроля наноструктур. Из-за ограниченной троизводительности вряд ли можно рассчитывать на применение их в :ерийном и массовом производстве ИС,тем не менее они определённо будут шеть важное значение на этапе исследований и разработок приборов ганоэлектроники.

Освоение нанометрового диапазона размеров элементов резко осложняет технологию, а в ряде случаев сталкивается с новыми проблемами, >ешение которых требует нетрадиционных подходов. Один из них состоит в [спользовании процессов самоорганизации пространственных наноструктур ум формирования элементов наноэлектроники. В широком смысле под ;амоорганизацией понимают самопроизвольное, не требующее внешних )рганизующих воздействий, установление в неравновесных диссипативных ;редах устойчивых регулярных структур. Параметры установившихся ;труктур не зависят, в определенных пределах, от изменения начальных условий и определяются только свойствами среды. Применительно к иноструктурам это означает наличие в системе таких взаимодействий, соторые навязывают образующаяся объектам определенные форму и шмеры, лежащие в нанометровом диапазоне, подавляя все отклонения от 1того стационарного состояния. В связи со сложностью и недостаточной гсследованностью процессов самоорганизации в твёрдом теле вообще, и в танометровых пространственных масштабах в особенности, они федставляют и самостоятельный научный интерес.

Очевидна привлекательность процессов самоорганизации для инотехнологои. Понятно, что такой подход не обладает желаемой

универсальностью, и с его помощью удастся формировать только некоторые специфические структуры в ограниченных условиях, тем не менее использование самоорганизации даже в узких целях представляете! целесообразным. Наибольший эффект будет получен совместным применением традиционной микротехнологии, которая может обеспечит! универсальность создаваемой конструкции, и методов самоорганизации наноструктур, которые должны выступать в виде надстройки над хорошс развитой в настоящее время технологией микроэлектроники.

В данной работе исследуется один из таких процессов самоорганизации наноструктур. Он имеет место в случае приложения внешнего напряжения к узким изолирующим зазорам, содержащим среду с переменной проводимостью, меняющейся при прохождении через неё потока электронов за счет изменения состава и молекулярной структуры среды. Аналогичный по сути процесс, называемый электроформовкой и состоящий в необратимых изменениях электрических характеристик структур металл-изолятор-металл (МИМ-структур), помещенных в углеродсодержащую среду, при воздействии внешнего напряжения, но рассматривавшийся с других позиций, изучается уже в течение нескольких десятилетий. Предлагаемые в данной работе подходы позволили совершенно с новой точки зрения взглянуть на электроформовку, установить её близость к процессам, имеющим место при модификации поверхности с помощью СТМ, более глубоко понять их механизмы и на этой основе предложить ряд новых представлений, моделей и технических решений.

Целью работы являлось исследование процессов в углеродсодержащем материале с проводимостью, активируемой потоком электронов, в сильном электрическом поле, которые в определённых условиях могут приводить к самоорганизации устойчивых наноструктур в образующейся углеродистой проводящей среде, и создание на основе этих исследований физических и методических основ формирования и использования таких наноструктур.

Для достижения этой цели решались следующие основные задачи:

теоретически и экспериментально исследовать поведение изолирующего зазора СТМ с внешней обратной связью, стабилизирующей туннельный ток, работающего в эмиссионном режиме (при относительно больших напряжениях на зонде), в случае наличия в зазоре тонкого слоя диэлектрика;

- на основе результатов, полученных в ходе исследований СТМ, работающего в эмиссионном режиме при наличии в изолирующем зазоре углеродсодержащего материала, а также имеющихся в литературе экспериментальных данных по электроформованным МИМ-структурам разработать механизм и модели процессов в углеродистой среде, активируемой потоком электронов, в сильных электрических полях (анализ этих моделей и привел к пониманию того, что в таких объектах имеет место процесс самоорганизации наноструктур в возникающей проводящей среде);

- разработать конструкцию и лабораторную технологию изготовления МИМ-структуры с изолирующей щелью шириной несколько десятков нанометров (нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой) как нового прибора наноэлектроники, предложенного на основе развитых механизма и моделей процессов в углеродистой среде, с проводимостью, активируемой потоком электронов;

- выполнить экспериментальные исследования процесса электроформовки и электрофизических характеристик нано-МИМ-диода в виде предложенной открытой ; "сэндвич"-структуры, изучить особенности процесса самоорганизации наноструктур в образующейся проводящей углеродистой среде в таких объектах;

- исследовать возможности практического использования процесса самоорганизации проводящих наноструктур, наметить пути применения нано-МИМ-диода с проводящей активной средой для построения энергонезависимой памяти.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Выявлены близость условий и идентичность физико-химических процессов, имеющих место, с одной стороны, в электроформованных МИМ-структурах, а с другой, - в СТМ при модификации поверхности в присутствии на ней органических молекул.

2. Впервые на простой модели показана возможность существования эффекта переключения величины изолирующего зазора СТМ, работающего в эмиссионном режиме, при наличии в зазоре тонкого слоя диэлектрика (бифуркации состояний равновесия); исследована зависимость особых точек от основных параметров, характеризующих такую систему; присутствие эффекта переключения подтверждено экспериментально для случая тонкого слоя диэлектрического адсорбата на металлической поверхности.

3. Предложены механизм и модели процессов в электроформованных МИМ-структурах для условий сильных электрических полей, которые учитывают наличие внутренних обратных связей в таких системах и в основе которых лежат туннелирование через потенциальный барьер с переменной (модулируемой) прозрачностью, возникающий в нанометровом изолирующем зазоре структуры, и образование частиц проводящей фазы с интенсивностью, пропорциональной плотности потока электронов, за счёт диссоциативного прилипания электрона к органической молекуле; рассмотрены возможные механизмы модуляции прозрачности потенциального барьера.

4. Предложен механизм изменения ширины изолирующего зазора электроформованной МИМ-структуры за счет перколяции при образовании частиц проводящей фазы в диэлектрической среде (формованном диэлектрике), активируемой потоком электронов, которое уравновешивается термически активируемым процессом их удаления; показано, что стационарный зазор имеет принципиально нанометровую ширину.

5. На основе анализа предложенных моделей, а также имеющихся экспериментальных данных показано, что электроформовка в МИМ-структурах, сопровождающаяся созданием сильных электрических полей г активированием проводимости углеродсодержащей среды потоком электронов, по своей сути есть процесс самоорганизации нанометровогс изолирующего зазора в возникающей углеродистой проводящей среде.

6. Экспериментально исследованы основные особенности процессг самоорганизации углеродистых проводящих наноструктур в открыты? Ксэндвич"-струк1урах А1-А1203-\У и БьБЮг^, торец которых, свободны* для доступа органических молекул, представляет собой изолирующую щей нанометровой ширины; продемонстрирована существенная роль тонкой слоя окисла, расположенного в изолирующей щели на поверхности одного и металлических электродов; показано, что для таких систем в процесс! электроформовки при определенных условиях образуются единичны* структуры, имеющие нанометровые размеры по всем трем измерениям.

Практическая значимость работы состоит в следующем.

1. На основе анализа механизмов и моделей процессов 1 углеродсодержащей среде, активируемой потоком электронов, в сильны: электрических полях предложен новый прибор - нано-МИМ-диод с активно] углеродистой средой, представляющий собой МИМ-структуру с открыто!

шя доступа органических молекул изолирующей щелью шириной несколько десятков нанометров; процесс электроформовки в таком приборе не фиводит к разрушению элементов конструкции, как это имеет место в градационном МИМ-диоде, а область с углеродистой активной средой имеет шмеры порядка ширины изолирующей щели.

2. Предложена конструкция нано-МИМ-диода в виде открытой 'сэндвич"-МДМ(металл-диэлектрик-металл)-структуры, которая может быть шюсительно просто реализована с применением традиционных методов -шкротехнологии; разработаны несколько вариантов, лабораторной ехнологии изготовления открытых "сэндвич"-МДМ-структур с шириной солирующей щели несколько десятков нанометроа

3. Предложен способ формирования в изолирующей щели шириной горядка десятков нанометров, расположенной между двумя электродами, ¡диничного проводящего элемента, имеющего нанометровые размеры по ¡сем трем измерениям, за счет процесса его самоорганизации в среде с жтивируемой потоком электронов проводимостью при подаче напряжения.

4. Предложена концепция построения энергонезависимой памяти на )снове нано-МИМ-диодов с проводящей активной средой в форме открытых сэндвич"-сгруктур, функционально являющейся электрически юрепрограммируемым ПЗУ. Проработаны базовые технические решения, гозволяющие реализовать такую память в виде матрицы нано-МИМ-диодов.

Основные положения, выносимые на защиту, включают:

1. Установление близости условий и идентичности физико-химических фоцессов, имеющих место в электроформованных МИМ-структурах и в ГГМ, работающем в режиме модификации поверхности при наличии на ней фганических молекул.

2. Демонстрация на простой модели наличия бифуркации состояний »авновесия в системе «СТМ с тонким слоем диэлектрика в изолирующем азоре, работающий в эмиссионном режиме», проявляющейся в 1еректочении величины зазора; исследование характера зависимости 1Собых точек от основных параметров, характеризующих систему (толщины лоя диэлектрика, его диэлектрической проницаемости, напряжения на зонде "ТМ); экспериментальное подтверждение наличия эффекта переключения ля случая тонкого слоя диэлектрического' адсорбата на металлической юверхности.

3. Механизм и модель процессов в электроформованных МИМ структурах для условий сильных электрических полей, объясняющие, 1 частности, их Ы-образеые вольт-амперные характеристики (ВАХ) I включающие следующие принципиальные элементы:

- ограничение тока туннелированием через потенциальный барьер < переменной (модулируемой) прозрачностью, возникающий в нанометрово» изолирующем зазоре структуры на границе с катодом;

- образование в изолирующем зазоре частиц проводящей фазы < интенсивностью, пропорциональной току, за счёт диссоциативноп прилипания электрона к органическим молекулам;

- наличие замкнутых контуров внутренней обратной связи объединяющих процессы, имеющие место в такой системе, и приводящих ] самоформированию структуры (определённому пространственном] распределению частиц проводящей фазы) в изолирующем зазоре.

Возможные механизмы модуляции прозрачности потенциальное барьера в такой системе.

4. Механизм и модель изменения ширины изолирующего зазор, электроформованной МИМ-структуры за счет перколяции при образовани частиц проводящей фазы в диэлектрической среде (формованноа диэлектрике), находящейся в изолирующей щели и активируемой потоко? электронов, которое уравновешивается термически активируемы« процессом их удаления, что приводит к существованию стационарного изолирующего зазора принципиально нанометровой ширины, обусловленно] туннельным механизмом протекания тока.

5. Концепция электроформовки в МИМ-структурах как процесс самоорганизации нанометрового изолирующего зазора в возникающе углеродистой проводящей среде, для запуска которого достаточн обеспечить начальную электрическую проводимость МИМ-структурь помещенной в углеродсодержащую среду; этот процесс развивается ка результат неустойчивости, возникающей в системе в условиях прохождени потока электронов и активируемого им образования частиц проводяще фазы.

6. Новый прибор - нано-МИМ-диод с углеродистой активной средо* представляющий собой МИМ-структуру с открытой для доступ органических молекул изолирующей щелью шириной несколько десятко нанометров; необходимая начальная проводимость в нем обеспечивается з

счет высокой напряженности электрического поля при относительно малых напряжениях, поэтому процесс электроформовки в таком приборе не приводит к разрушению элементов конструкции, а область с углеродистой активной средой имеет размеры порядка ширины изолирующей щели; прибор сохраняет основные особенности традиционных МИМ-диодов: И-образную ВАХ, эффекты переключения и памяти.

7. Конструкция нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой в виде открытой "сэндвич"-МДМ(МДП)-структуры с изолирующей щелью в форме свободного для доступа органических молекул торца диэлектрической пленки толщиной несколько десятков нанометров и лабораторная технология её изготовления на базе структур АЬАЬОз-ЛУ и БьБЮгЛУ.

8. Результаты экспериментального исследования процесса самоорганизации углеродистых проводящих наноструктур в открытых "сэндвич'-структурах А1-А1203-\У и Бь-БК^-^ с шириной изолирующей щели несколько десятков нанометров, в которых, в частности, выявлен особый характер электроформовки, продемонстрирована существенная роль тонкого слоя окисла, расположенного в изолирующей щели на поверхности анода, а также сопротивления растекания в аноде в случае его выполнения в кремнии р-типа.

9. Способ формирования в изолирующей щели шириной порядка десятков нанометров, расположенной между двумя электродами и содержащей среду с активируемой потоком электронов проводимостью, единичного проводящего элемента, имеющего нанометровые размеры по всем трем измерениям, за счет его самоорганизации при подаче напряжения в условиях наличия отрицательной обратной связи между током и напряжением.

10. Концепция энергонезависимой памяти на основе нано-МИМ-диодов с проводящей активной средой, в виде открытых "сэндвич"-структур, представляющей собой электрически перепрограммируемое ПЗУ с высокой плотностью записи информации; целесообразность её построения на базе структуры 8!(р-типа)-8Ю2-\У.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и выводов. Работа изложена на 311 страницах, включая 106 рисунков и 1 таблицу. Список использованной литературы насчитывает 199 наименований.

Публикации и апробация результатов диссертации. По материалам диссертации опубликовано 33 работы, в том числе 18 статей и 3 патента Российской Федерации.

Основные результаты докладывались и обсуждались на Третьем Всесоюзном семинаре "Микролитография" (Черноголовка, 1990), IV Всесоюзном семинаре "Микролигография-92" (Черноголовка, 1992), Второй международной конференции по физике и технологии наноструктур (ЫАЖ)-2, Москва, 1993), Международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Зеленоград, 1993), Международном совещании по физике и технологии мезоскопических структур (Мехо-94, Черноголовка, 1994), Российской конференции "Микроэлектроника-94" (Москва, 1994), Второй международной конференции Физика низкоразмерных структур (Р1Ю8-2, Дубна, 1995), Всероссийской научно-технической конференции "Микро- и наноэлектроника-98" (Звенигород, 1998), Научной сессии Совета Отделения информатики и автоматизации РАН "Элементная база", посвященной 275-летию РАН (Москва, 1999), X Международном симпозиуме "Тонкие плёнки в электронике" (Ярославль, 1999).

Кроме того, результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных конференциях Института микроэлектроники РАН в 1990 - 1999 годах, на научных семинарах Физико-технологического института РАН и Московского государственного института электронной техники.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи работы, приведены важнейшие результаты, демонстрирующие её научную новизну и практическую значимость.

В первой главе приводится обзор литературы по таким, на первый взгляд, различным проблемам как явление электроформовки в МИМ-структурах и модификация с помощью СТМ поверхности твёрдого тела, на которой присутствуют органические молекулы. При этом с самого начала обращается внимание на то общее, что объединяет эти объекты: в них углеродсодержащий материал оказывается в нанометровом изолирующем зазоре с сильным электрическим полем, инициирующим поток электронов.

Явление электроформовки, или просто формовки, в "сэндвич"-структурах металл-диэлектрик-металл (МДМ) было обнаружено в начале 60-х годов. Под ним понимают значительные и, по существу, необратимые изменения проводимости, вызываемые приложением сильного электрического поля к МДМ-структурам, помещённым в вакуум, при обеспечении некоторых дополнительных условий. После выполнения электроформовки (как определенной процедуры) проводимость структур увеличивается на несколько порядков, и наблюдаются ЭД-образные ВАХ, эффекты переключения и памяти. Формовка имеет место в структурах с диэлектриком, в качестве которого чаще всего используются аморфные окислы толщиной от 0,01 до 2 мкм. Отмечается, что окисел должен быть не очень высокого качества: наиболее четко выражено это явление для нестехиометрических, дефектных, пористых диэлектриков. Еще одним условием, необходимым для успешного выполнения формовки, является наличие бескислородной атмосферы. Как правило, образцы помещают в вакуум с давлением не выше 10'1 мм рт. ст., создаваемый обычными средствами откачки, использующими органические вакуумные масла: механическим и диффузионным насосами, - что является принципиальным моментом. Прикладываемое к МДМ-структуре, или МДМ-диоду, напряжение может быть постоянным, импульсным или синусоидальным, важно, однако, чтобы его амплитуда превышала некоторое значение Щ, называемое напряжением формовки и находящееся в диапазоне от единиц до десятков вольт. Обычно не зависит от толщины диэлектрика. Процесс развивается за времена от долей секунды до нескольких часов.

В отформованном состоянии структуры имеют почти обратимую (с некоторым гистерезисом) И-образную квазистатическую (низкочастотную) ВАХ с максимумом 11тах около 3 - 4 В (рис. 6,6), положение которого сохраняется для самых разных материалов электродов и диэлектрика, а также для различных условий формовки. Отмечаемые в них эффекты переключения и памяти проявляются в следующем. Если к структуре приложить напряжение и затем быстро его снять, то она переходит

в состояние с меньшими токами на начальном участке ВАХ, причем новая величина проводимости определяется значением напряжения перед его выключением. Длительность заднего фронта такого импульса должна быть менее 10"4 - 10"3 с. Новая ВАХ сохраняется неограниченно долго, если только напряжение и на структуре не превышает некоторой пороговой величины

U,h, которая обычно находится около 2 В. В противном случае ток начинает быстро расти, приближаясь к исходной кривой. При больших значениях i/Ai можно практически полностью "отключить" структуру (состояние OFF), в этом случае ток для U<Uth, как правило, на три порядка меньше, чем во "включенном" состоянии (ON).

Такие процессы имеют место не только в "сэндвич"-МДМ-структурах, но и в планарных структурах металл-изолятор-металл (МИМ), оба электрода которых находятся на поверхности диэлектрической подложки и разделены свободной изолирующей щелью. Последняя формируется обычно путём пережигания тонкой металлической плёнки после подачи соответствующего импульса напряжения, при этом её ширина получается порядка микрометра, а на поверхности диэлектрика остаются частицы металла, что приводит к наличию небольшой начальной (до электроформовки) проводимости Именно с помощью таких структур было установлено, что за всс наблюдаемые после формовки особенности ответственны процессы не i диэлектрике, как полагали сначала, а в адсорбированном на поверхности изолирующей щели слое органических молекул, попадающих туда и: "масляного" вакуума. Поэтому замена термина МДМ- на МЙМ-структурь (или МИМ-диоды) для явления электроформовки имеет очевидны? физический смысл. Такие МИМ-диоды ниже называются традиционными i отличие от предложенных в данной работе нано-МИМ-диодов.

По современным представлениям в процессе формовки высокоб электрическое поле в изолирующей щели приводит к образованию каким-тс образом из органического материала углеродистых проводящих путей, что i проявляется в значительном росте проводимости. Для отформованно! структуры ветвь ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивление!, при росте напряжения более 4 В соответствует термическому перегорании углеродистых проводящих путей. В случае обратного изменения напряжена происходит их регенерация, очевидно, по тому же механизму, что i первичная формовка, но значительно быстрее. Исследования поверхносп изолирующей щели отформованной структуры с помощью СТМ показали что проводящие пути представляют собой практически сплошные слои ш составу и структуре, близкие к графиту. Они разделяются узки? изолирующим зазором шириной менее нескольких десятков нанометров, н котором падает всё приложенное напряжение и более точную величин; которого измерить не удалось из-за низкого разрешения СТМ, работающеп

в режиме потенциального контраста. Сколько-нибудь детальных моделей, опирающихся на общепринятые представления о возможных физико-химических процессах в таких системах и описывающих наблюдаемые их характеристики, пока не было предложено.

Идеи модификации поверхности с помощью сканирующего туннельного микроскопа появились практически сразу после его изобретения, что позволяло рассматривать СТМ как новый чрезвычайно прецизионный технологический инструмент. При этом очевидную роль играла аналогия с растровым электронным микроскопом (РЭМ) и соответствующей электронно-лучевой установкой. Однако в отличие от РЭМ, где на твёрдое тело мог действовать только сфокусированный поток электронов, в случае СТМ существует дополнительный принципиально новый фактор воздействия на обрабатываемую поверхность - высокое электрическое поле в узком изолирующем зазоре между зондом и поверхностью, которое помимо того, что инициирует поток электронов го зонда, может приводить к дополнительным эффектам.

Обычно СТМ как исследовательский прибор работает в туннельном режиме, т. е. при низких (десятки и сотни мВ) напряжениях между зондом и образцом. Энергии электронов при этом очень малы. Для модификации же вещества требуются, как правило, значительно большие напряжения, поскольку энергии разрыва химических связей имеют порядок единиц электронвольт. Поэтому для вывода зонда СТМ в определенную точку поверхности обычно используется туннельный режим, а процесс модификации выполняется при подаче импульса напряжения с амплитудой единицы и десятки вольт (эмиссионный режим). В этом случае, с учетом реальных (порядка нанометров) величин изолирующего зазора между зондом и образцом, напряжённости поля в нем могут достигать значений в диапазоне 107 -108 В/см.

К настоящему времени исследован целый ряд приёмов модификации поверхности с помощью СТМ. В основе большинства из них лежат процессы активации молекул, в том числе - деструкции углеродсодержащих молекул, находящихся под зондом микроскопа, при подаче импульса напряжения. В большом количестве экспериментов с различными веществами установлено наличие порогового значения напряжения на зонде, которое должно быть превышено для инициирования процессов, приводящих к модификации поверхности. Для всех случаев это пороговое напряжение находится около 3

- 4 В, что приводит к мысли о наличии некоторого универсального механизма, активирующего химические превращения. Обращает на себя внимание совпадение этой величины с напряжением, соответствующим максимуму ВАХ электроформованных МИМ-структур, в которых органические молекулы оказываются в узком изолирующем зазоре с сильным электрическим полем между электродами из проводящего материала.

Понимание того, что условия в обеих системах: электроформованной МИМ-структуре и изолирующем зазоре СТМ, работающего в режиме модификации находящегося в нём углеродсодержащего материала, - очень близки, было достигнуто уже в ходе выполнения работы. Это понимание оказалось очень плодотворным с точки зрения разработки моделей и представлений о процессах, имеющих место в МИМ-диодах, а полученные при этом выводы стимулировали целый ряд новых идей, которые частично были реализованы.

Вторая глава посвящена исследованию особенностей поведения сканирующего туннельного микроскопа, работающего в эмиссионном режиме, с тонким слоем диэлектрика в изолирующем зазоре. Такая ситуация возникает, например, при экспонировании с помощью СТМ пленки органического резиста с целью дальнейшего его проявления и использования в качестве маски для травления нижележащего слоя в одном из вариантов нанолитографии. Эта задача была исходным пунктом данной работы.

Наличие диэлектрической пленки на поверхности образца приводит к перераспределению электрического поля в зазоре, которое определяет туннельный ток, а значит - само функционирование прибора. На основе простой модели СТМ с тонким слоем диэлектрика на поверхности образца, работающего в эмиссионном режиме в условиях стабилизации туннельного тока, предсказана качественная особенность (бифуркация состояний равновесия), названная эффектом переключения величины изолирующего зазора.

В модели искались стационарные значения свободного зазора А (расстояние от поверхности зонда до диэлектрической плёнки) в такой системе в зависимости от напряжения и между зондом и образцом и толщины / диэлектрической плёнки, при этом система уравнений электростатики решалась совместно с условием постоянства туннельного тока /,. Использовалось приближение однородного электрического поля в зазоре в пределах эмитирующего участка поверхности зонда, что

эквивалентно условию 2й«г, где - велшшна изолирующего зазора СТМ при заданном напряжении и я 1=0, г- радиус кривизны острия зонда. Форма потенциального барьера вблизи катода принималась треугольной, т. е. не учитывался потенциал сил изображения. Считалось, что ток через изолирующий зазор лимитируется именно туннелированием в барьере на катоде, таким образом, процессы проводимости в диэлектрике не ограничивают ток в системе. В упрощенной модели также не учитывалось наличие скачка потенциала на границе свободный зазор - диэлектрическая плёнка и принимались некоторые линеаризующие допущения.

Принятые приближения позволили получить решения задачи, приведённые на рис. I в форме семейства зависимостей Д(£/) для фиксированных значений /. При больших напряжениях, когда потенциальный барьер для туннелирующих электронов имеет просто треугольную форму, свободный зазор линейно уменьшается с понижением и. Это продолжается до достижения некоторого критического значения Асг, соответствующего состоянию, за которым в область потенциального барьера попадает диэлектрическая пленка, что влечёт за собой изменение его формы с треугольной на более сложную. Дальнейший ход кривой зависит от толщины I пленки. Если она меньше некоторого значения //, свободный зазор после перегиба кривой с падением II продолжает плавно уменьшаться до нуля в точке Щ'' -Е01'' > гДе Е^-и/Т^ - напряженность электрического поля в однородном зазоре (/=0), которая определяется только туннельным током /,. В случае />// уменьшение напряжения ниже критического значения исп где отсутствуют стационарные решения для Д, приводит к скачку положения зонда СТМ: он резко приближается к поверхности образца, вдавливается в диэлектрическую плёнку и останавливается в новом положении,

Д

/'</'</ I" /Ч '

Рис. 1. Зависимости свободного зазора Д от напряжения и между зондом и образцом в соответствии с упрощенной моделью.

и«0 К ис'рц;исг и0

и

соответствующем величине стабилизируемого тока I,. В точке бифуркации, проявляющейся в переключении величины изолирующего зазора, выполняются следующие соотношения:

Фс

Ео

иг

Ш,

+ Фг

(1)

где Фе - высота потенциального барьера на катоде (зонде СТМ), е -относительная диэлектрическая проницаемость материала пленки. Значение I/, разделяющее области наличия и отсутствия эффекта переключения, не зависит от II и дается формулой

/

Ф,

/

£0 £-\

(2)

Предсказываемая моделью бифуркация в системе "СТМ с тонким слоем диэлектрика в изолирующем зазоре, работающий в эмиссионном режиме", является типичной бифуркацией состояний равновесия, которая состоит в изменении их числа в системе при малом изменении параметров. Как видно из рис. 1 (правая кривая), в области и<и„ существует единственное стационарное состояние, соответствующее вдавливанию зонда СТМ в диэлектрическую плёнку. В диапазоне £/„<(/< ¿У0 появляются два новых, одно из которых является устойчивым (верхняя часть кривой), второе -неустойчивым состоянием равновесия (нижний участок кривой с отрицательным наклоном). При Ц>и0 вновь остаётся только одно стационарное состояние.

Более полная модель, учитывающая скачок потенциала на границе свободный зазор - диэлектрик, а также устраняющая ряд линеаризующих допущений, принятых в упрощенной модели, даёт следующие выражения для точки бифуркации при больших значениях /:

Ф

где

1 +

Ф

-1/2

с /

ь =

Фс +

Щ ае

г * V172 1- Ф«

Ф

с у

Здесь величины V и К связаны соотношением Г=<7+Фс-Фа-Фл а Ф</ и Фа -скачки потенциала на границах свободный зазор - дюлектрическая плёнка и диэлектрическая плёнка - проводящий образец (анод) соответственно. Выражения (1) определяют просто точку перегиба кривой. Вместо значения Ц, разделяющего области наличия и отсутствия эффекта переключения зазора, полная модель предсказывает существование зоны значений /, в которой величина скачка зазора плавно уменьшается от до 0.

Соответствующие эксперименты выполнялись с помощью специально разработанного макета СТМ, основной особенностью которого является применение электромагнитного сканера для прецизионного перемещения зонда. Он отличается простотой изготовления и доступностью материалов, большим диапазоном перемещений (более 10 мкм) при низких управляющих напряжениях. Основу устройства точных перемещений составляет система стержней из магнитомягкого материала, имеющая Т-образную форму, а также магнитные сердечники, на которые установлены катушки электромагнитов. Сердечники и стержни функционируют как замкнутые магнитопроводы, обеспечивая перемещение по трём координатам вольфрамового зонда, закреплённого на конце стержня. Прибор работал на воздухе. Использовалась специальная схема эксперимента, которая позволяла сгладить сильные шумы, наблюдавшиеся в эмиссионном режиме работы в таких условиях.

Образцы представляли собой тонкие плёнки сплава вольфрам-титан (90 % \У), напыленные на кремниевые пластины. В качестве диэлектрической плёнки использовались слои адсорбата, образующиеся на поверхности металла в естественных условиях за время порядка нескольких суток, которые по составу, как известно, представляют собой смесь молекул воды и органических соединений. Эти слои оказались достаточно толстыми и удобными для проведения экспериментов, в частности, потому, что эффективная диэлектрическая проницаемость е их материала существенно выше 1, что необходимо для наблюдения эффекта переключения величины изолирующего зазора.

На тишиной экспериментальной зависимости величины изолирующего зазора 2 (г-А + I) от напряжения и (рис. 2) ход кривой вблизи 6 В можно уверенно трактовать как скачок величины зазора, предсказываемый моделью. Сравнение этих данных с теоретическими результатами позволило получить количественные оценки параметров модели (£0=1 В/нм, /=15.4 нм,

е =3.9), значения которых оказались вполне корректными, что демонстрирует возможность создания способа диагностики относительно толстых адсорбированных слоёв на проводящей поверхности. В то же время поведение такой системы в диапазоне от 2 до 6 В (рис. 2) не описывается предложенной моделью и может трактоваться как образование проводящего материала в изолирующем зазоре.

2, нм

50

10 1- /Г

О _I_I_I_I_I_I_|—I—I—I

0 5 и.в 10

В третьей главе излагаются предложенный механизм проводимости в электроформованных МИМ-структурах и модель возникновения К-образной статической ВАХ МЙМ-диода с фиксированной нанометровой шириной изолирующего зазора.

Наличие максимума вблизи 4 В на кривой рис. 2, являющейся некоторым аналогом вольт-амперной характеристики, а также осознание того, что в экспериментах по исследованию тонких органических пленок с помощью СТМ мы имеем дело фактически с МИМ-структурой: зонд СТМ -изолирующий зазор - проводящий образец, - в изолирующей щели которой находится углеродсодержащий материал, позволили трактовать наблюдающиеся процессы как проявление электроформовки. В то же время необычность такого МЙМ-диода с переменной и управляемой шириной изолирующей щели, лежащей в диапазоне десятков нанометров, дала возможность получить новые данные о процессе формовки и предложить оригинальный механизм проводимости, объясняющий все наблюдаемые особенности в формованных МИМ-структурах.

На рис. 3 показана упрощенная потенциальная диаграмма МИМ-струюуры с изолирующим зазором постоянной ширины И, лежащей в нанометровом интервале (в данном случае термины «изолирующая щель» и «изолирующий зазор» совпадают), в который имеется свободный доступ

Рис. 2. Экспериментальная зависимость величины изолирующего зазора 2 СТМ от напряжения V в режиме постоянного тока (/,=10 нА). На поверхности образца присутствует слой диэлектрического адсорбата.

органических молекул. К структуре прикладывается внешнее напряжение V. Зазор заполнен органическим диэлектриком с проницаемостью ет, и сначала среда в нем является однородной, а распределение потенциала показано пунктирной линией. Основные положения предложенного механизма состоят в следующем.

Рис. 3. Упрощенная потенциальная диаграмма МИМ-структуры с формованным диэлектриком (ФД) в изолирующем зазоре.

1) Ток лимитируется туннелированием через потенциальный барьер на катоде, поэтому заметные его значения возможны только при нанометровой ширине И зазора, что обеспечивает высокие напряженности поля, необходимые для автоэмиссии с катода, при реально используемых напряжениях (до 15 В).

2) Прохождение потока электронов через органический диэлектрик после попадания в зону проводимости приводит к деструкции его молекул за счёт диссоциативного прилипания электронов и обогащению диэлектрика углеродом, т. е. - к выделению с интенсивностью, пропорциональной току, частиц проводящей углеродистой фазы вблизи анода. Эту область зазора можно назвать формованным диэлектриком (ФД), который представляет собой композиционный материал "проводящие частицы в диэлектрической матрице", имеющий уже другую, более высокую, диэлектрическую проницаемость еу. Внутри потенциального барьера такие процессы не происходят.

3) Расслоение диэлектрика изменяет распределение потенциала в зазоре, теперь оно описывается ломаной линией, а уменьшение ширины 6 барьера увеличивает ток.

4) Прохождение тока вызывает разогрев формованного диэлектрика за счет джоулева тепла. Известно, что локальные температуры в МИМ-диодах могут достигать 1500 К.

5) Повышение температуры формованного диэлектрика приводит к исчезновению частиц углеродистой проводящей фазы за счет некоторого термически активируемого процесса, например, их прямого удаления путём испарения. Это изменяет распределение потенциала в противоположную сторону, что должно приводить к уменьшению тока.

Равновесие процессов образования углеродистых проводящих частиц при электронном ударе и их термически активируемого удаления определяет стационарную концентрацию V частиц в формованном диэлектрике. В связи с принципиально нанометровой шириной изолирующего зазора и активацией проводимости углеродсодержащей среды потоком электронов такой объект был назван нано-МИМ-диодом с углеродистой активной средой. С точки зрения особенностей вольт-амперных характеристик нано-МИМ-диода суть предложенного механизма состоит в модуляции ширины потенциального барьера на катоде за счёт расслоения диэлектрика.

Как ясно из вышеизложенного, такой механизм содержит замкнутый контур внутренних обратных связей, отражающих влияние одних физических величин, характеризующих состояние изолирующего зазора, на другие. Особенностью системы является то, что в этот контур обратных связей включены, в том числе, структурные характеристики углеродсодержащей среды: ширина 8 потенциального барьера (или ширина области формованного диэлектрика) и концентрация V частиц проводящей фазы. Поэтому функционирование нано-МИМ-диода, состоящее в согласованном изменении всех этих величин, сопровождается процессом самоформирования наноструктуры в углеродистой среде, находящейся в изолирующем зазоре.

На основе предложенного механизма разработана модель процессов в нано-МИМ-диоде, которая даже в простейшем варианте дает качественное согласие с основными особенностями экспериментов. Моделировался следующий объект. На толстой изолирующей подложке расположены металлические электроды, разделённые изолирующим зазором нанометровой ширины. На поверхности зазора находится плёнка адсорбированного из газовой фазы органического материала, в которой при прохождении тока образуются частицы углеродистой проводящей фазы. Выделяющееся в формованном диэлектрике джоулево тепло отводится в подложку за счёт теплопроводности. Принималось упрощённое распределение потенциала в изолирующем зазоре, показанное на рис. 3. Считалось, что поверхность катода эмитирует равномерно, и решалась одномерная стационарная задача.

Выражение для плотности у туннельного тока - это известная экспонента от ширины 3 потенциального барьера и его средней высоты Ф^ФД:

] = (3)

где А и В- константы.

Напряженность поля Е/ в формованном диэлектрике находится из решения уравнений электростатики для двухслойной структуры:

Ф

уН

где у-Б/Ет. Тогда

Ф,

(5)

уЕу

Простейшая кинетика, учитывающая равенство скоростей образования (последняя пропорциональна] и эффективному сечению ег соответствующего процесса) и удаления (с константой скорости, определяемой экспонентой аррениусовского типа, имеющей энергию активации Q и предэкспонен-циальный множитель ©) частиц углеродистой проводящей фазы в стационарных условиях, даёт следующее выражение для их концентрации V (объёмной доли) в формованном диэлектрике

V--{а% (6)

где Т- температура формованного диэлектрика, к - постоянная Больцмана, е - заряд электрона. Параметр а имеет смысл максимальной доли исходных органических частиц, которые могут быть переведены в проводящую фазу, что отражает известный факт невозможности полной карбонизации органического материала под воздействием потока электронов даже при очень больших дозах.

Для диэлектрической проницаемости композиционного материала "проводящие частицы в диэлектрической матрице с проницаемостью £т", т. е. формованного диэлектрика, использовалось известное выражение

О -у)3

Уравнения (6) и (7) позволяют связать процессы химической кинетики в нано-МИМ-диоде с распределением потенциала в его зазоре, т. е. с уравнениями (4) и (5).

Наконец, тепловая задача, в которой поток джоудева тепла <7=/£/£ (X -толщина слоя формованного диэлектрика) отводится в подложку за счёт теплопроводности, даёт простое выражение для температуры формованного диэлектрика:

АТ = Т-Т3 ~ С}Е{, (8)

где Тх - температура подложки, считающейся термостатом, С - константа.

Нелинейная система уравнений (3) - (8) полностью описывает замкнутый контур внутренних обратных связей принятого механизма, причём основные нелинейности, баланс которых и определяет главные особенности поведения системы - это экспоненты в выражениях (3) и (6). Система уравнений решалась численно относительно переменных у, Ер д, у, у, Т с применением пакета программ Ма&СасЗ. При этом устойчиво получались И-образные ВАХ такого нано-МИМ-диода, что является наиболее характерным элементом в поведении электроформованных МИМ-структур. Было исследовано влияние параметров модели на особенности ВАХ и установлено, что хорошо выраженная область с отрицательным дифференциальным сопротивлением существует при разумных значениях всех параметров, за исключением а. Последние получаются слишком большими (более 0,5), превышающими порог протекания (критическая концентрация ур проводящих частиц) в среде "проводящие частицы в диэлектрической матрице". В этих условиях в формованном диэлектрике должна иметь место перколяция, т. е. в углеродистой среде должен возникать связный проводящий кластер, что нарушает корректность принятых допущений. Кроме того, модель плохо согласуется с экспериментом при слишком малых (до максимума ВАХ) и слишком больших (после минимума ВАХ) напряжениях.

Четвёртая глава посвящена описанию модели МИМ-диода с углеродистой активной средой с учётом перколяции в формованном диэлектрике, анализ которой привёл к пониманию наличия процесса

самоорганизации нанометрового изолирующего зазора в электрофор-мованных МИМ-структурах.

В основу модели по-прежнему положен механизм, приведённый выше. Однако он модифицирован с учётом двух новых факторов: неоднородной эмиссии с катода и процесса перколяции в углеродсодержащей среде,

" Рис. 4. Изолирующая щель МИМ-диода • с учётом перколяции: а - диаграмма расхождения потока электронов в плоскости подложки, б -упрощенная потенциальная диаграмма.

находящейся в изолирующей щели. Поскольку в реальных структурах эмиссия идёт с отдельных наноострий на поверхности катода, то формируются потоки электронов, расходящиеся (рис. 4,а) из-за расфокусирующего действия электрических полей вблизи наноострия и рассеяния электронов в материале диэлектрика. Это означает, что по мере удаления от катода уменьшается плотность тока, а значит, падают плотность теплового источника и температура формованного диэлектрика, а концентрация V углеродистых проводящих частиц растёт, поскольку скорость их удаления экспоненциально уменьшается с падением температуры. В точке, где концентрация у достигает порога протекания ур, возникает граница нового эффективного анода (рис. 4,6), поскольку между этой точкой и металлическим анодом внутри изолирующей щели шириной Я образуется связный проводящий кластер - углеродистая проводящая среда (УПС), падением напряжения на которой можно пренебречь. Положение этой границы х=И будет меняться в зависимости от значений параметров, в частности, от напряжения С/ на структуре. Таким образом, появляется подвижный эффективный анод, а ширина А нанометрового изолирующего зазора становится переменной величиной.

г а №

е

Катод /

I

Металл о

I

ФД к

е

Анод (УПС)

Я

{ЧЧЧЧЧЧЧЧ

\ Металл

4

Уточнённая модель наряду с уравнениями (3) - (8) включает следующие. Плотность тока ]х в сечении с координатой л: поперёк изолирующего зазора с учётом линейной расходимости пучка электронов в плоскости параллельной поверхности подложки равна

)х

Л \ + Ьх

(9)

где ^ - плотность тока на поверхности катода, которая дается выражением (3), Ъ - константа, учитывающая угол расхождения £ пучка. Температура Тр, соответствующая концентрации проводящих частиц, совпадающей с порогом протекания, получается из решения уравнения (6) при у=ур:

Т = -1Р

в

л:1п

еео

Фа («/V--1)

(10)

Она слабо зависит только от плотности тока у'А в сечении х=А, что позволяет рассматривать её как некоторую характерную для данного набора параметров модели величину. Вычисление из уравнений (8) и (9) координаты х, в которой Тх=Тр, дает выражение для ширины к изолирующего зазора:

<?0Д/ {Тр'Т;)

-1

(И)

Типичные результаты расчётов приведены на рис. 5. Кривые 1, Г соответствуют полной модели с учётом всех эффектов при следующих значениях параметров: ФС=ФЙ=3,5 В, <т=10"22 см2,0=3 эВ, аг=1013 с"1, С=10'9 см3К/Вт, 7^=300 К, а=0,6, >¿,=0,4, ¿=0,1 нм'1. Ширина И изолирующего зазора уменьшается со снижением напряжения и и достигает минимальной величины в точке, соответствующей максимуму ВАХ. Её значения принципиально лежат в диапазоне нескольких нанометров. Это связано с туннельным механизмом проводимости, который требует ширины 8 потенциального барьера на катоде около нанометра при величинах плотности тока, необходимых для баланса процессов образования частиц проводящей фазы при электронном ударе и их удаления при разогреве. В то

же время другие возможные механизмы проводимости таких плотностей тока не обеспечивают.

Рис. 5. Расчётные зависимости плотности тока ] и ширины изолирующего зазора А от напряжения II на МИМ-структуре в соответствии с полной моделью.

Наличие максимума на расчётной ВАХ связано со следующим эффектом. Пока напряжение U>Umax=Фя (рис. 4,6), электроны из катода туннелируют на высокие энергетические уровни (в "зону проводимости") формованного диэлектрика, поэтому возможны процессы диссоциативного прилипания и образования частиц углеродистой проводящей фазы из исходных органических молекул, а значит, - и подвижность границы эффективного анода. При U-Umax-<ba достигается ситуация, когда h-8, область формованного диэлектрика исчезает, и электроны туннелируют непосредственно го катода в анод. Поскольку внутри потенциального барьера такие процессы невозможны, для U<Фд ширина изолирующего зазора уже не меняется (/г=/го==0,84 нм), а ВАХ имеет вид обычной туннельной кривой для барьера постоянной ширины д=4г0 (кривые 2, 2' на рис. 5). Такой механизм объясняет положение максимума Umca экспериментальных ВАХ электроформованных МИМ-структур, находящегося около 3 - 4 В, - это типичное значение высоты барьера Ф„ на границе металл - диэлектрик.

Разработанная модель даёт хорошее совпадение с экспериментальными ВАХ уже во всём диапазоне напряжений при разумных значениях всех параметров, а также позволяет проанализировать ряд принципиальных особенностей системы и рассчитать некоторые физически значимые зависимости, в том числе, влияние на ВАХ температуры подложки.

В уточнённой модели еще одна структурная характеристика - ширина А нанометрового изолирующего зазора - является самоформирующейся величиной, т. е. её установившееся значение, вне зависимости от ширины Н изолирующей щели, определяется внутренними процессами в нано-МИМ-диоде. Причем здесь самоформирование наноструктуры в углеродистой среде ещё более наглядно и очевидно.

Эта модель позволяет также ответить на вопрос, как в традиционной планарной МИМ-структуре с большой (порядка 1 мкм) шириной изолирующей щели возникает нанометровый изолирующий зазор, который располагается приблизительно в середине щели. Он образуется в результате процесса самоорганизации в ходе выполнения электроформовюи. Более того, можно утверждать, что суть процесса электроформовки и состоит в самоорганизации нанометрового зазора в возникающей проводящей среде. Для его запуска достаточно обеспечить хотя бы небольшую начальную проводимость структуры при напряжении, большем порогового значения, равного 3 - 4 В, выше которого возможно образование частиц проводящей фазы. В традиционном планарном МИМ-диоде начальная проводимость создаётся за счёт особой процедуры формирования изолирующей щели -путем пережигания тонкой металлической плёнки, - в результате выполнения которой на поверхности щели остаются частицы металла.

Можно выделить две стадии электроформовки, отражающие типичный для процесса самоорганизации сценарий. На первой стадии подача напряжения на структуру и прохождение тока вызывают образование и накопление проводящей углеродистой фазы однородно по поверхности изолирующей щели в результате диссоциации органических молекул при электронном ударе. Проводимость структуры растёт, увеличиваются ток и температура поверхности, а приложенное напряжение равномерно распределяется по ширине щели. На второй стадии из-за неоднородности поверхности на некотором её участке температура достигает значений, при которых скорость удаления проводящих частиц несколько превышает аналогичную величину для остальной части поверхности. Сопротивление его увеличивается, падение напряжения на нём растёт, что вызывает дополнительный локальный разогрев и удаление частиц проводящей фазы, т. е. в этой критической точке включается положительная обратная связь, которая приводит к быстрому образованию области с пониженной проводимостью. Далее ситуация захватывается механизмом

самоформирования нанометрового зазора, описанным выше. На нем в итоге будет падать всё приложенное напряжете. Проводимость же остальной части изолирующей щели будет нарастать. Таким образом, на второй стадии в результате развития неустойчивости в системе однородная проводящая "среда в изолирующей щели - распадается на две разнородные пространственные области: проводящие кластеры (УПС) и нанометровый изолирующий зазор в углеродистой проводящей среде, - что, в частности, приводит к появлению И-образной ВАХ.

В пятой главе уточняется определение нано-МИМ-диода, приводится описание предложенной его конструкции в виде открытой "сэндвич"-МДМ-структуры и лабораторной технологии её изготовления с акцентами на результатах исследования отдельных наиболее важных технологических процессов.

Выше термин «нано-МИМ-диод» использовался в связи с тем, что, как показано в соответствующих моделях, в МЙМ-структурах с углеродистой активной средой в ходе их электроформовки формируется изолирующий зазор шириной порядка нескольких нанометров, а наблюдаемые свойства этих структур связаны именно с процессами, имеющими место в нанометровом зазоре. В реальных объектах - традиционных планарных МИМ-диодах - после выполнения электроформовки фактически работает только нанометровый участок микронной изолирующей щели, получающейся путем пережигания металлической-пленки импульсом тока, т. е. «нано-МИМ-диод» реализуется автоматически. Ниже этот термин применяется в несколько более широком смысле, а именно, под нано-МИМ-диодом понимается МИМ-структура с изолирующей щелью, свободной от частиц металла, шириной порядка нескольких десятков нанометров, которая открыта для доступа органических молекул.

Понимание механизмов электроформовки и функционирования традиционного МИМ-диода позволило утверждать, что все его свойства могут быть реализованы в более контролируемой и перспективной конструкции - в нано-МИМ-диоде в приведенной расширенной трактовке этого термина. Начальная проводимость, которая необходима для электроформовки, в изолирующей щели шириной несколько десятков нанометров может быть обеспечена просто за счет высокой напряженности электрического поля в ней, достаточной для автоэлектронной эмиссии, при тех же обычно применяемых напряжениях порядка 15 В. Поэтому в таком

приборе отпадает необходимость плохо контролируемого и происходящего в микрометровых пространственных масштабах пережигания металлической шины, как это имеет место в традиционном пленарном МИМ-диоде. В нано-МИМ-диоде исключаются необратимые изменения элементов конструкции (металлических электродов), а все процессы будут происходить в области, имеющей нанометровые размеры.

В работе предложена конструкция нано-МИМ-диода в виде открытой "сэндвич"-МДМ-структуры. В ней изолирующая щель в форме торца диэлектрической пленки, открытого для доступа органических молекул, создается путем локального травления верхних слоев металла и диэлектрика обычной трехслойной МДМ-структуры (рис. 7). Ширина щели при этом задается толщиной диэлектрической пленки, которая с приемлемыми изолирующими свойствами может быть сформирована вплоть до толщин около 10 нм. В такой конструкции отпадает необходимость использовать нанолитографгоо для обеспечения нужных размеров щели, и вся структура может быть изготовлена традиционными методами микротехнологии.

В экспериментах использовались два варианта открытых "сэндвич"-структур: А1-А1203-\У и БьвЮг^У с толщиной окисных плёнок в диапазоне 15-40 нм. Описаны особенности топологии и технологические маршруты их изготовления, которые включают два процесса окисления, два процесса напыления металлических плёнок, семь процессов фотолитографии. Естественно, что основными технологическими проблемами были получение высококачественных диэлектрических слоёв окислов при таких малых толщинах и их прецизионное травление.

Для структур А1-А120з-\У плёнка окисла с удовлетворительными характеристиками получалась путем жидкостного электрохимического анодирования нижней алюминиевой шины. При этом обеспечивалась надёжная изоляция и боковых стенок шины, что существенно для последующей электроформовки структур. Аналогичный процесс для кремния, к сожалению, не приводил к образованию качественных диэлектрических плёнок. Было выполнено специальное экспериментальное исследование процесса анодного выращивания окисла нанометровой толщины на поверхности кремния р-типа в кислотных электролитах. Изучено влияние таких факторов как время проведения процесса, плотность тока, температура и состав электролита. Обнаружен чётко выраженный колебательный характер зависимости напряжения на структуре от времени

анодирования в режиме постоянного тока, а также наличие двух областей с различной кинетикой процесса, граница между которыми определяется плотностью тока и температурой электролита. Полученные данные позволили предложить механизм процесса, существенную роль в котором играет выделение газообразного кислорода, являющееся одной из причин того, что уже при толщинах более 5 нм растёт пористый слой Si02. В связи с низким качеством анодных слоёв при изготовлении структур Si-Si02-W с нанометровым окислом использовалось термическое окисление кремния.

Прецизионное травление окиеных плёнок нанометровой толщины, как минимум, требовало обеспечения приемлемой воспроизводимости момента окончания травления. В связи с этим была разработана методика контроля процесса жидкостного травления нанометрового диэлектрического слоя in situ путём измерения адмитанса (проводимости по переменному току) системы электролит (травитель) - диэлектрическая плёнка - проводящая подложка. Поскольку адмитанс, в первом приближении, определяется ёмкостью системы, а ёмкость диэлектрического слоя обратно пропорциональна его толщине, чувствительность методики максимальна именно в диапазоне очень малых толщин. Как показали эксперименты, адмитанс такой системы по-разному вел себя при травлении окисла в структурах А1-А12Оз и Si-Si02, что связано с дополнительным влиянием обеднённых слоёв в кремнии: в первом случае проводимость монотонно увеличивалась со временем травления с наличием крутого подъёма вблизи момента стравливания окисла, во втором - наблюдалась колоколообразная кривая с максимумом, близким к моменту стравливания Si02. В обоих случаях методика позволяла контролируемо и воспроизводимо остановить процесс травления в любой фазе, кроме того, при своей простоте она, как оказалось, обладает значительной информативностью в случае исследования диэлектрических плёнок нанометровой толщины и процесса их травления.

Разработанные лабораторные технологии позволили изготовить качественные образцы открытых "сэндвич"-структур A1-A1203-W и Si-Si02-W с необходимыми для последующей электроформовки свойствами.

В шестой главе изложены результаты экспериментальных исследований электрофизических характеристик нано-МИМ-диодов, изготовленных в виде открытой "сэндвич"-структуры A1-A1203-W с углеродистой активной средой. Они, в общем, подтверждают представления, развитые в моделях нано-МИМ-диода, и идею о возможности его "мягкого", т. е. без разруши-

тельных процессов пробоя, создания и электроформовки. В то же время обнаружен целый ряд новых существенных особенностей, которые позволяют более глубоко понять процессы, имеющие место в таких объектах.

В исследуемых образцах открытых "сэндвич"-структур А1-А1203-\У длина периметра открытого торца диэлектрического слоя варьировалась от 3 до 60 мкм. Чипы со структурами, как правило, помещались в вакуумную камеру электронного микроскопа, откачиваемую паромасляным насосом до давления порядка 10"5 мм рт. ст., что обеспечивало обычную для проведения электроформовки среду, содержащую органические молекулы вакуумных масел. На структуру подавались импульсы напряжения треугольной формы с периодом около 10 с. При этом с целью исключения разрушающих электрических пробоев в структуре последовательно ей включалось балластное сопротивление Яь порядка нескольких МОм. Амплитуда напряжения на выходе источника варьировалась в диапазоне 10 - 20 В.

Электроформовка, как правило, развивается следующим образом. На первом цикле подачи напряжения ток отсутствует вплоть до некоторого значения (от 7 до 15 В), при котором он появляется скачком ("точка отрыва"), после чего заметная проводимость существует для значительно меньших напряжений и имеет тенденцию к увеличению. Приблизительно через 10 циклов проводимость структуры стабилизируется на уровне, определяемом величиной Кь и соответствующем условию, что напряжение и собственно на МИМ-структуре (с учётом падения напряжения на балластном сопротивлении) не превышает приблизительно 4 В, т. е. порогового напряжения для образования углеродистой проводящей среды. Положение "точки отрыва" определяется напряжённостью поля вблизи поверхности катода, необходимой для начала автоэмиссии, и зависит от толщины диэлектрической плёнки и профиля травления вольфрама.

На рис. 6,а показана типичная ВАХ образца, который подвергся электроформовке при Иь=5 МОм до стационарного состояния (длина открытого периметра 40 мкм, толщина диэлектрической плёнки 24 им, скорость развертки напряжения 1 В/с). Для сравнения на рис. 6,6 приведена измеренная в тех же условиях ВАХ традиционного формованного МИМ-диода планарной конструкции, полученного пережиганием плёнки золота (ширина проводника 20 мкм, 1 - развёртка напряжения аналогична рис. 6,а, 2 - быстрое отключение напряжения в точке 13=8 В, 3 - развёртка напряжения аналогична 1 после отключения 2). При очевидном сходстве формы кривых

есть и заметные отличия. Во-первых, величина тока в случае нано-МИМ-диода на 4 порядка меньше, несмотря па близкие значения активного периметра структур. Во-вторых, будучи полностью «отключенной» при нарастании напряжения V до значений, соответствующих минимуму ВАХ, открытая «сэндвич»-структура обычно в дальнейшем не «включается» в диапазоне меньших напряжений. Для перехода на ветвь (Ж необходимо, подсоединив балластное сопротивление, подать напряжение, несколько

Рис. 6. ВАХ МИМ-струюур после электроформовки: а - нано-МИМ-диод в виде открытой «сэндвич»-структуры АЬА^Ог^1, б -традиционный планарный МИМ-диод в плёнке золота.

большее его амплитуды при отключении. В этом случае развивается процесс, аналогичный первоначальной электроформовке, но происходящий значительно быстрее. Традиционный же МИМ-диод переходит во включенное состояние просто на обратном ходе напряжения V.

В поведении нано-МИМ-диода предложенной конструкции есть и ещё целый ряд отличий. Все они могут быть объяснены, если учесть локальный характер формовки и наличие остаточного (после травления) окисла 1 (см. рис. 7) в изолирующей щели структуры, расположенного на поверхности алюминия и включенного последовательно с образующейся углеродистой проводящей средой (УПС) 2. Как минимум, это естественный окисел, толщина которого на алюминии составляет около 2 им. Ток через структуру с таким встроенным диэлектриком в определённом диапазоне напряжений должен лимитироваться проводимостью остаточного окисла.

В этом случае ситуация при электроформовке будет развиваться следующим образом. С ростом напряжения при достижении "точки отрыва"

начинается автоэмиссия с некоторого наноострия на поверхности катода (см. рис. 7). Расходящийся поток электронов, инжектированных в органический диэлектрик, находящийся в изолирующей щели, вызывает диссоциацию молекул и образование частиц проводящей углеродистой фазы. Поскольку на начальных этапах формовки плотности тока невелики и к тому же ограничены остаточным окислом, температура углеродсодержащей среды не достигает значений, необходимых для удаления частиц проводящей фазы.

Поэтому образование связного проводящего кластера углеродистых частиц (перколяция) начнется, в отличие от стационарного состояния модельного МИМ-диода, со стороны катода (из-за большей плотности тока в этой области), а остаточный окисел всегда остаётся частью изолирующего зазора, лимитирующего проводимость структуры. Таким образом, УПС зарождается вблизи катода и по мере развития формовки распространяется в сторону анода. В случае отключения отформованной структуры (рис. 6,а) в остаточном окисле развивается пробой, его сопротивление падает, и большая часть напряжения и прикладывается к УПС, приводя к её частичному выгоранию со стороны анода. При повторной подаче напряжения оно распределяется между областью УПС и окислом, поэтому для протекания тока (включения структуры) величина И должна быть больше, чем при отключении.

Специальные эксперименты по одновременной электроформовке в таких условиях нескольких "сэндвич"-МИМ-структур, соединённых

Рис. 7. Изолирующая щель открытой «сэндвич»-структуры после формовки с учётом реального профиля травления.

параллельно, показали, что необратимый рост проводимости, связанный с образованием углеродистой среды, всегда наблюдается только в одной из них. Это означает, что зарождение и дальнейший рост УПС имеют место только в одной точке открытого периметра. Естественное объяснение такого результата состоит в следующем. Включение высокого балластного сопротивления Еь, обеспечивая наличие сильной отрицательной обратной связи между током и напряжением на структуре, приводит к тому, что в случае начала увеличения тока за счёт роста проводимости структуры, напряжение на ней будет автоматически резко падать. Поэтому, как только начинается эмиссия с первого случайного наноострия на поверхности катода и образуется углеродистая проводящая среда, условия для эмиссии на других остриях сразу ухудшаются, что и обеспечивает единичность возникающего проводящего элемента. Сравнение амплитуды токов (рис. 6) в нано-МИМ-диоде и традиционном МИМ-диоде, в котором формовка происходит вдоль всей длины изолирующей щели, даёт основание предполагать, что размер 5 УПС (рис. 7) имеет порядок десятков нанометров и сравним с шириной Я изолирующей щели.

Полученные результаты позволяют утверждать, что в таких системах образуются единичные проводящие структуры, имеющие нанометровые размеры по всем трём измерениям, а процессы самоорганизации в нанометровых пространственных масштабах имеют место не только поперёк, но и вдоль изолирующей щели.

Предложенный механизм процессов в нано-МИМ-диоде со встроенным слоем диэлектрика в изолирующей щели предсказывает наличие автоколебаний проводимости в системе. Это связано с тем, что, при постоянном напряжении V, соответствующем спадающей ветви ВАХ, должны происходить чередующиеся процессы накопления и выгорания углеродистой проводящей среды. Такие автоколебания действительно наблюдаются экспериментально. Они имеют большую амплитуду, стохастический характер и форму, существенно зависящую от величины сопротивления, включенного последовательно структуре. Таким образом, в подобных системах имеют место элементы пространственно-временной самоорганизации.

В седьмой главе обсуждаются прикладные аспекты исследования процессов самоорганизации в структурах с активной проводящей средой в

нанометровой изолирующей щели, а также приводятся данные по электроформовке в открытых"сэндвич'-структурах Бь-БЮгЛУ.

Результаты исследования процесса электроформовки в нано-МИМ-диодах позволили разработать способ самоформирования единичной проводящей наноструктуры при подаче напряжения на электроды, разделённые изолирующей щелью шириной порядка десятков нанометров. Предложенный способ включает: введение в изолирующую щель органического материала, проводимость которого меняется при прохождении через него потока электронов; подачу на структуру напряжения до резкого увеличения (скачка) её проводимости (стадия зарождения проводящего элемента, которой соответствует напряжение зарождения иМ1р), причём напряжение подаётся с помощью устройства, обеспечивающего изменяемую отрицательную обратную связь между током через структуру и напряжением на ней; выдержку структуры под напряжением (стадия роста и стабилизации проводящей наноструктуры). На стадии зарождения выходное сопротивление устройства поддерживают максимальным, но не выше значения, которое ещё обеспечивает уверенное обнаружение скачка проводимости структуры на фоне шумов. Это гарантирует единичность возникающего проводящего элемента даже при высокой однородности условий для эмиссии по длине изолирующей щели. На стадии роста и стабилизации напряжение на структуре поддерживают в диапазоне от 2 В (нижняя граница порогового напряжения для образования частиц проводящей фазы) до изар при меньших, чем на предыдущей операции, значениях выходного сопротивления устройства. В простейшем случае роль устройства, обеспечивающего отрицательную обратную связь, может играть последовательное балластное сопротивление, изменяя величину которого, можно менять глубину обратной связи. Последнее даёт возможность обе стадии процесса проводить в своих оптимальных для их выполнения условиях. Наилучшие результаты достигаются, когда используется источник постоянного тока регулируемой величины, быстро отслеживающий переходные процессы в цепи.

Единичные самоорганизующиеся наноструктуры, образующиеся в нано-МИМ-дйоде, должны привлечь внимание в связи со следующими принципиальными особенностями:

- в определённых, легко контролируемых, условиях они возникают самопроизвольно и не требуют для их формирования локальных внешних

воздействий с соответствующим пространственным разрешением, например, нанолитографии, что делает простым и воспроизводимым процесс их создания и исключает применение сложного оборудования;

- они образуются между металлическими электродами и сразу оказываются подключенными для измерений и коммутации во внешние цепи;

- автоматически решается проблема идентичности электрических характеристик наноструктур - определенного тока через них при заданном напряжении, - поскольку опи формируются под действием этих же электрических величин (тока и напряжения);

- все эти эффекты наблюдаются при комнатной температуре, более того, рабочая температура может быть значительно увеличена.

Наиболее очевидное применение нано-МИМ-диода с активной проводящей средой - это элемент ПЗУ, что связано с бистабильностью в электроформованных структурах, проявляющейся в наличии при малых напряжениях состояний с высокой (ON) и низкой (OFF) проводимостью (см. рис. 6) в зависимости от предыстории. Их сопротивления отличаются на несколько порядков, и оба состояния сохраняются неограниченно долго при отключенном электропитании. Переключения между ними осуществляются при подаче на структуру напряжений соответствующей амплитуды и формы.

В работе предложена концепция памяти на основе нано-МИМ-диодов, выполненных в виде открытых "сэндвич"-структур. Наряду с отмеченными в главе 5 достоинствами нано-МИМ-диода вообще и такой конструкции в частности последняя позволяет решить проблему коммутации большого количества МИМ-структур, поскольку электроды оказываются разнесёнными по двум разным металлическим слоям, разделённым диэлектрической плёнкой. Матрица элементов памяти может быть выполнена в виде системы взаимно перпендикулярных перекрещивающихся металлических шин в двух уровнях (см. рис. 7), а информация, в первом приближении, кодируется наличием или отсутствием проводящей среды в изолирующей щели МИМ-диода. Выборка конкретного элемента в матрице осуществляется путем подключения пары соответствующих шин нижнего и верхнего уровней. При этом, чтобы обеспечить электрическую развязку (т. е. достаточно большое сопротивление паразитных контуров, замыкающихся через другие элементы матрицы), необходимо наличие вентильных свойств у каждого элемента памяти. Учитывая, что ВАХ нано-МИМ-диода симметрична, как возможное решение проблемы предложено использовать в

качестве нижней проводящей шины вместо металла полупроводник, который и сформирует вентильную характеристику всей структуры. В этом случае контакт углеродистая проводящая среда - полупроводник будет работать как барьер Шоттки с очень малой площадью. Матрица памяти должна и может быть выполнена совместно с электронными схемами обрамления в одном чипе. Необходимая для электроформовки и функционирования нано-МИМ-диодов активная среда над поверхностью чипа может сохраняться путем размещения его в герметичном корпусе.

В связи с отмеченным выше, а также с учётом ещё целого ряда принципиальных соображений был экспериментально исследован процесс электроформовки в отрытых "сэндвич'-структурах 85(р-типа)-8Ю2^ с толщиной окисла от 15 до 40 нм. Использовался кремний, легированный бором, с удельным сопротивлением от 0,1 до 10 Ом см. Показано, что процесс формовки в них идёт существенно иначе, чем в структурах А1-А120з-V/, причём принципиальную роль в этом играет низкая удельная проводимость кремния, которая приводит к наличию значительного локального сопротивления растекания, включенного последовательно образующимся проводящим наноструктурам. Локальное включение сопротивления уменьшает напряжение только на участке изолирующей щели, где появляется повышенная проводимость, создавая условия, противоположные эффекту выделения единичной проводящей наноструктуры, что приводит к эмиссии электронов одновременно со многих наноострий на катоде. Следствием этого является развитие электроформовки сразу по всему открытому периметру "сэндвич"-структуры (что проявляется, в частности, в больших значениях тока). Параллельной формовке способствует и наличие заметной начальной проводимости по поверхности открытого торца 8Ю2, которая существует после стандартных технологических обработок. Она инициирует образование углеродистой проводящей среды равномерно по длине изолирующей щели, делая хорошо воспроизводимым напряжение начала электроформовки (4-5 В), которое практически совпадает с физически выделенным пороговым напряжением для процесса диссоциации молекул, определяемым высотой потенциального барьера. Большие величины локальных сопротивлений растекания, помимо прочего, эффективно предотвращают развитие электрических пробоев структур, обеспечивая значительно лучшую их защищённость от случайного разрушения элементов конструкции.

Эксперименты подтвердили наличие хорошо выраженного вентильного эффекта в формованной структуре 81(р-типа)-8Ю2-\У. Кроме того, достигнута приемлемая для практических целей стабильность ВАХ, чего не наблюдалось в конструкции А1-А1203->ЛЛ Таким образом, получены обнадёживающие результаты, подтверждающие целесообразность разработки матрицы памяти на базе структуры БьвЮг-ЛУ.

Основное достоинство электрически перепрограммируемого ПЗУ на основе нано-МИМ-диода с активной проводящей средой, выполненного в виде открытой "сэндвич"-структуры, - потенциально высокая плотность записи информации, которая обусловлена несколькими факторами. Прежде всего, это нанометровые размеры области, в которой хранится информация, т. е. - проводящей наноструктуры. Существенным фактором является простота конструкции элемента памяти, при этом вся сложность системы, которая проявляется в нелинейности и неоднозначности ВАХ и эффектах переключения, обеспечивается процессом самоорганизации наноструктуры в активной среде. Наконец необходимо отметить возможность естественной интеграции на одном чипе матрицы памяти и схем управления, создаваемых по традиционной кремниевой технологии, что связано как с близостью технологических процессов их изготовления, так и с низкими управляющими напряжениями для элементов матрицы, хорошо согласующимися с полупроводниковой электроникой. Другим важным достоинством такого ЗУ может быть высокая устойчивость к воздействию электрических и магнитных полей. Это обусловлено тем, что информация в нём кодируется не магнитным, не зарядовым состоянием, а наличием или отсутствием вещества (углеродистой проводящей среды) в определённых областях структуры.

ВЫВОДЫ

1. Выявлены близость условий и идентичность физико-химических процессов, имеющих место, с одной стороны, в структурах металл-изолятор-металл (МИМ-структурах) при их электроформовке, а с другой, - в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ), работающем в режиме модификации поверхности при наличии на ней органических молекул.

2. На простой модели продемонстрировано наличие бифуркации состояний равновесия в системе «СТМ с тонким слоем диэлектрика в изолирующем зазоре, работающий в эмиссионном режиме», проявляющейся как эффект переключения величины зазора. Исследован характер зависимости особых точек от основных параметров, характеризующих систему (толщины слоя диэлектрика, его диэлектрической проницаемости, напряжения на зонде СТМ), в различных приближениях. Экспериментально подтверждено наличие эффекта переключения для случая тонкого слоя диэлектрического адсорбата на металлической поверхности. Полученные результаты позволяют развить способ диагностики относительно толстых адсорбированных слоев на проводящей поверхности.

3. Предложен механизм и разработана модель процессов в электроформованных МИМ-структурах для условий сильных электрических полей, объясняющие их 1Ч-образныс ВАХ, эффекты переключения и памяти и включающие следующие существенные элементы:

- ограничение тока туннелированием через потенциальный барьер с переменной (модулируемой) прозрачностью, существующий в нанометровом изолирующем зазоре структуры на границе с катодом;

- образование в изолирующем зазоре частиц проводящей фазы с интенсивностью, пропорциональной току, за счёт диссоциации исходных органических молекул при электронном ударе;

наличие • замкнутых контуров внутренней обратной связи, объединяющих процессы, имеющие место в такой системе, и приводящих к самоформированию структуры (распределения частиц проводящей фазы) в изолирующем зазоре.

Рассмотрены несколько возможных механизмов модуляции прозрачности потенциального барьера в такой системе, в том числе, - за счёт расслоения диэлектрика.

4. Предложен механизм и разработана модель изменения ширины изолирующего зазора электроформованной МИМ-структуры за счет перколяции при образовании частиц проводящей фазы в исходной диэлектрической среде, находящейся в изолирующей щели и активируемой потоком электронов, которое уравновешивается термически активируемым процессом их удаления. Это приводит к образованию стационарного изолирующего зазора принципиально нанометровой ширины, что связано с

туннельным механизмом протекания тока при его плотностях, необходимых для баланса процессов образования частиц проводящей фазы и их удаления.

5. Предложена концепция электроформовки в МИМ-структурах как процесса самоорганизации нанометрового изолирующего зазора в возникающей в изолирующей щели углеродистой проводящей среде, для запуска которого достаточно обеспечить при напряжении, большем некоторого критического значения, находящегося около 3 - 4 В, начальную проводимость МИМ-структуры, помещенной в углеродсодержащую среду. Этот процесс развивается как результат неустойчивости, возникающей в системе в условиях прохождения потока электронов и активируемого им образования частиц проводящей фазы.

6. Предложен новый прибор - нано-МИМ-диод с углеродистой активной средой, представляющий собой МИМ-структуру с открытой для доступа органического материала изолирующей щелью шириной несколько десятков нанометров. Необходимая начальная проводимость в нем обеспечивается за счет высокой напряженности электрического поля при относительно малых напряжениях (до 15 В), поэтому процесс электроформовки не приводит к разрушению элементов конструкции, а область с углеродистой активной средой имеет размеры порядка ширины изолирующей щели. Прибор сохраняет основные особенности традиционных МИМ-диодов: N-образную ВАХ, эффекты переключения и памяти, - но занимает объем на несколько порядков меньший.

7. Предложена конструкция нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой в виде открытой "сэндвич"-МДМ-структуры с изолирующей щелью в форме свободного для доступа органических молекул торца диэлектрической пленки толщиной несколько десятков нанометров. Разработана лабораторная технология её изготовления на базе структур A1-A1203-W и Si-Si02-W. Развита методика контроля процесса жидкостного травления нанометрового слоя диэлектрика in situ путём измерения адмитанса системы электролит (травитель) - диэлектрическая плёнка - проводящая подложка. Исследован процесс анодного выращивания окисла нанометровой толщины на поверхности кремния в кислотном электролите.

8. Выполнены экспериментальные исследования процесса самоорганизации углеродистых проводящих наноструктур в открытых "сэндвич"-МИМ-структурах AI-A1203-W с шириной изолирующей щели несколько десятков нанометров, в которых, в том числе, выявлен особый

характер электроформовки, приводящий в определённых условиях к формированию единичных проводящих элементов, и показана существенная роль тонкого слоя окисла на поверхности анода. Продемонстрировано наличие автоколебаний проводимости в такой системе.

9. Предложен способ формирования в изолирующей щели шириной порядка десятков нанометров, расположенной между двумя электродами и содержащей среду с активируемой потоком электронов проводимостью, единичного проводящего элемента, имеющего нанометровые размеры по всем трем измерениям, за счет его с ам о о р га шпации (зарождения и дальнейшего роста) при подаче напряжения в условиях наличия отрицательной обратной связи между током и напряжением, которая, в простейшем случае, может быть организовала путем включения высокого и изменяемого балластного сопротивления последовательно источнику напряжения.

10. Предложена концепция энергонезависимой памяти на основе нано-МИМ-диодов с проводящей активной средой, выполненных в виде открытых "сэндвич"-структур, которая функционально представляет собой электрически перепрограммируемое'ПЗУ и имеет высокую плотность записи информации.

11. Выполнены экспериментальные исследования процесса электроформовки в открытых "сэндвич"-структурах 81(р-тила)-5Ю2-\У с шириной изолирующей щели, лежащей в диапазоне десятков нанометров, которые продемонстрировали принципиальную роль удельного сопротивления кремния в характере процесса электроформовки. Показана целесообразность изготовления элемента матрицы памяти на базе такой структуры.

Публикации по теме диссертационной работы

Научные результаты работы отражены в 33 трудах. Наиболее важными из них являются следующие публикации:

1. Корняков Н. В., Левин В, Л., Макаров Е. Б., Мордвйнцев В. М. Сканирующий микроскоп в микролитографии II Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектройика. 1991. Вып. 1 (140). С. 3-7.

2. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Эффект переключения величины туннельного зазора СТМ с диэлектрической пленкой в эмиссионном режиме //ЖТФ. 1994. Т. 64. Вып. 4. С. 124-134.

3. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Учет скачка потенциала на границе диэлектрика в модели туннельного зазора СТМ с диэлектрической пленкой в эмиссионном режиме Н Письма в ЖТФ. 1994. Т. 20. Вып. 2. С. 15-20.

4. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Возможный механизм формирования N-образной вольт-амперной характеристики МИМ диода И ЖТФ, 1994. Т. 64. Вып. 12. С. 88-100.

5. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Исследование условий экспонирования резиста в сканирующем туннельном микроскопе II Микроэлектроника. 1995. Т. 24. N 3. С. 183-188.

6. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Способ диагностики диэлектрического слоя на проводящей поверхности. Патент РФ N 2047930. 1995.

7. Mordvintsev V. М., Levin V. L. A Model of Static Conductivity of Nano-MIM-Diode with Carbonaceous Active Medium I I Phys. Low-Dim. Struct. 1995. V. 12. P. 243-254.

8. Мордвинцев В. M., Левин В. Л. Механизм формирования ВАХнано-МИМ-диода // Субмикронные технологии. Труды ФТИАН. М.: Наука. 1995. Т. 9. С. 9-18.

9. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Модель возникновения N-образной стационарной вольт-амперной характеристики нано-металл-изолятор-металл диода с углеродистой активной средой II ЖТФ. 1996. Т. 66. Вып. 7. С. 83-95.

10. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Элемент устройства памяти со структурой металл-изолятор-металл И Патент РФ. № 2072591. 1997.

11. Валиев К. А., Левин В. Л., Мордвинцев В. М. Электроформовка как процесс самоорганизации нанометрового зазора в углеродистой среде П ЖТФ. 1997. Т. 67. N 11. С. 39-44.

12. Мордвинцев В. М., Кудрявцев С. Е., Левин В. Л. Особенности вольт-амперных характеристик и механизм проводимости нано-МИМ-диода в виде открытой "сэндвич "-структуры с углеродистой активной средой II Исследование технологических процессов и приборов микроэлектроники. Труды ФТИАН. 1997. Т. 12. С. 5-18.

13. Мордвшщев В. M., Левин В. Л. Модель нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой с учетом перколяции в изолирующей щели II Микроэлектроника. 1998. Т. 27. N 4. С. 265-274.

14. Мордвинцев В. М., Кудрявцев С. Е., Левин В. Л. Вольт-амперные характеристики и механизм проводимости нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой в виде открытой "сэндвич "-структуры // Микроэлектроника. 1998. Т. 27. N 1. С. 49-57.

15. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Температурная зависимость вольт-амперной характеристики в модели проводимости структуры металл-изолятор-металл с углеродистой активной средой // ЖТФ. 1998. Т. 68. N 9. С. 139-141.

16. Мордвинцев В. М., Кудрявцев С. Е., Левин В. Л. Особенности процесса самоорганизации углеродистых проводящих наноструктур при электроформовке открытой "сэндвич"-структуры металл-изолятор-металл с нанометровой изолирующей щелью // ЖТФ. 1998. Т. 68. Вып. 11. С. 85-93.

17. Мордвинцев В. М. Проводимость электроформованных структур металл-изолятор-металл с самоорганизацией нанометрового изолирующего зазора в углеродистой проводящей среде П Известия вузов. Электроника. 1998. N6. С. 23-32.

18. Мордвинцев В. М., Кудрявцев С. Е., Левин В. Л., Савасин В. Л., Шумилова Т. К. Элемент устройства памяти со структурой металл-изолятор-металл // Патент РФ № 2108629.1998.

19. Мордвинцев В. М., Шумилова Т. К. Методика контроля процесса травления нанометрового слоя диэлектрика in situ путём измерения адмитанса системы // Микроэлектроника. 1999. Т. 28. N 2. С. 122-133.

20. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Модель проводимости нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой с учетом эффектов перколяции Н ЖТФ. 1999. Т. 69. Вып. U.C. 66-73.

21. Мордвинцев В. М., Муравьёва Н. Л. Исследование процессов формирования пленок окисла нанометровой толщины электрохимическим анодированием кремния // Микроэлектроника. 2000. Т. 29. N 3. С. 177-188.

Заказ 1375. Тираж 100.

Отпечатано в типографии Ярославского государственного технического университета г. Ярославль, ул. Советская, 14а, тел. 30-56-63.

Введение.

Глава 1. Реальные объекты, в которых углеродсодержащий материал оказывается в нанометровом изолирующем зазоре с сильным электрическим полем, инициирующим поток электронов.

1.1. Явление электроформовки в "сэндвич"-структурах металл-диэлектрик-металл

1.2. Электроформовка как результат образования углеродистого проводящего материала в изолирующей щели МИМ-структуры.>.

1.3. Последние результаты исследования электроформовки в МИМ-структурах.

1.4. Модификация поверхности с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

1.5. Экспонирование в сканирующем туннельном микроскопе тонких органических пленок.

Глава 2. Особенности поведения сканирующего туннельного микроскопа в эмиссионном режиме с тонким слоем диэлектрика в изолирующем зазоре.

2.1. Макет СТМ с электромагнитным сканером.

2.2. Эффект переключения величины изолирующего зазора СТМ с тонким слоем диэлектрика. Элементарная модель.

2.3. Учет скачка потенциала на границе диэлектрик - вакуум.

2.4. Зависимость величины изолирующего зазора СТМ от напряжения на зонде.

Глава 3. Механизм проводимости электроформоваиных МИМструктур и модель возникновения ]Ч-образной статической вольт-амперной характеристики нано-МИМ-диода с фиксированной шириной изолирующего зазора.

3.1. Механизм процессов в МИМ-структуре с углеродистой средой и сильным электрическим полем в изолирующем зазоре. Нано-МИМ-диод.

3.2. Схема внутренних обратных связей в нано-МИМ-диоде. Самоформирование наноструктуры в углеродистой среде.

3.3. Уравнения стационарной модели нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой при фиксированной ширине изолирующего зазора.;.

3.4. Типичные результаты моделирования. Ы-образные вольт-амперные характеристики.

Глава 4. Учёт перколяции. Самоформирование и смоорганизация нанометрового изолирующего зазора в углеродистой проводящей среде в МИМ-структурах.

4.1. Учет перколяции в модели нано-МИМ-диода и самоформирование изолирующего зазора в углеродистой проводящей среде.

4.2. Стационарная модель нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой с учетом перколяции.

4.3. Роль механизма модуляции прозрачности потенциального барьера. В АХ при малых напряжениях.

4.4. Температурная зависимость вольт-амперной характеристики в модели проводимости МИМ-структуры с учетом перколяции.

4.5. Электроформовка в МИМ-структуре как процесс самоорганизации нанометрового изолирующего зазора в возникающей углеродистой проводящей среде.

Глава 5. Нано-МИМ-диод в виде открытой "сэндвич"-МДМструктуры и лабораторная технология ее изготовления.

5.1. Конструкция нано-МИМ-диода в виде открытой "сэндвич"-МДМ-структуры.

5.2. Лабораторная технология изготовления открытых "сэндвич"-МДМ(МДП)-структур с нанометровой изолирующей щелью. Технологические маршруты.

5.3. Методика контроля процесса травления нанометрового слоя диэлектрика in situ путем измерения адмитанса системы.

5.4. Исследование процессов формирования диэлектрических пленок нанометровой толщины электрохимическим анодированием.

Глава 6. Экспериментальные исследования электрофизических характеристик нано-МИМ-диодов в виде открытой "сэндвич"-структуры A1-A1203-W с углеродистой активной средой.

6.1. Стенд для электроформовки и измерения характеристик МИМ-структур.

6.2. Особенности электроформовки открытых "сэндвич"-МИМ-структур AI-AI2O3-W с нанометровой изолирующей щелью

6.3. Особенности квазистатических вольт-амперных характеристик электроформованных открытых "сэндвич"-МИМ-структур А1-А1203^.

6.4. Физический механизм проводимости открытой "сэндвич"-МИМ-структуры со встроенным диэлектриком. Самоорганизация углеродистых проводящих наноструктур

6.5. Автоколебания проводимости МИМ-структуры со встроенным диэлектриком.

Глава 7. Прикладные аспекты исследования процессов самоорганизации в структурах с активной проводящей средой в нанометровой изолирующей щели.

7.1. Способ самоформирования единичной проводящей наноструктуры при подаче напряжения на электроды нано-МИМ-диода.

7.2. Концепция памяти на основе нано-МИМ-диода с активной проводящей (углеродистой) средой.

7.3. Исследования условий электроформовки в открытых "сэндвич"-структурах

Выводы.

Долговременная тенденция повышения степени интеграции при изготовлении интегральных схем (ИС), которая наблюдается с начала развития микроэлектроники и обеспечивается, в основном, за счет уменьшения размеров элементов, сделала актуальными в настоящее время исследования и разработки приборов с нанометровыми размерами, а также технологии изготовления соответствующих твердотельных структур (нанотехнологии). В то же время переход от микро- к наноэлементам, в отличие от предыдущих этапов процесса миниатюризации, нельзя рассматривать просто как соответствующее масштабирование их размеров. Это связано с тем, что при таком переходе, во-первых, зачастую нарушаются условия применимости традиционных физических моделей и представлений, используемых в микроэлектронике, и становятся неработоспособными соответствующие приборы, а во-вторых, появляются принципиально новые физические эффекты возможные только в нанометровых пространственных масштабах, которые, с одной стороны, необходимо учитывать при изготовлении наноструктур, а, с другой стороны, могут быть положены в основу принципиально новых приборов наноэлектроники [1]. Яркой иллюстрацией последнего утверждения является активно развиваемое в последние годы направление, названное «одноэлектроникой» [2-4].

Мощным фактором, стимулирующим усилия в развитии нанотехнологии, послужило появление таких прецизионных инструментов как сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) [5] и его технологические модификации, которые открыли новые возможности для реализации нанолитографии [6] и контроля наноструктур. Из-за ограниченной производительности вряд ли можно рассчитывать на применение их в серийном и массовом производстве ИС, где основную роль, очевидно, будет играть проекционная рентгеновская литография [7, 8]. Тем не менее они определённо будут иметь важное значение на этапе исследований и разработок приборов наноэлектроники.

Необходимо отметить, что освоение нанометрового диапазона размеров элементов резко усложняет технологию, а в ряде случаев сталкивается с принципиально новыми проблемами, решение которых требует 7 нетрадиционных подходов. Один из таких подходов состоит в использовании процессов самоорганизации пространственных наноструктур для формирования элементов наноэлектроники [9 - 11]. В широком смысле под самоорганизацией понимают самопроизвольное, не требующее внешних организующих воздействий, установление в неравновесных диссипативных средах устойчивых регулярных структур [12]. Параметры установившихся структур не зависят, в определенных пределах, от изменения начальных условий и определяются только свойствами среды. Применительно к наноструктурам это означает наличие в системе таких взаимодействий, таких внутренних обратных связей, которые навязывают образующимся структурам определенные пространственные характеристики и размеры, лежащие в нанометровом диапазоне, подавляя все отклонения от этого стационарного состояния. В связи со сложностью и недостаточной исследованностью процессов самоорганизации в твёрдом теле вообще, и в нанометровых пространственных масштабах в особенности, они представляют и самостоятельный научный интерес.

Очевидна привлекательность процессов самоорганизации для нанотехнологии: нет необходимости владеть инструментом на порядок более точным, чем размер самой создаваемой структуры, как это имеет место в традиционной технологии структурирования с помощью литографии [13], в данном случае структура образуется самопроизвольно. В то же время ясно, что такой подход не обладает универсальностью, и с его помощью удастся формировать только некоторые специфические структуры в ограниченных условиях. Тем не менее использование самоорганизации даже в узких целях представляется целесообразным. Наибольший эффект будет получен совместным применением традиционной микротехнологии, которая может обеспечить универсальность создаваемой конструкции, и методов самоорганизации наноструктур, которые должны выступать в виде надстройки над хорошо развитой в настоящее время технологией микроэлектроники.

В данной работе исследуется один из таких процессов самоорганизации наноструктур, что обеспечивает актуальность темы диссертации. Он имеет место в случае приложения внешнего напряжения к узким изолирующим зазорам, содержащим среду с переменной проводимостью, меняющейся при прохождении через неё потока электронов за счет изменения состава и 8 молекулярной структуры среды. Аналогичный по сути процесс, называемый электроформовкой, но рассматривавшийся с других позиций, изучается уже в течение нескольких десятилетий [14]. Явление электроформовки состоит в необратимых изменениях электрических характеристик структур металл-изолятор-металл (МИМ-структур), помещенных в углеродсодержащую среду, при воздействии внешнего напряжения и проявляется, прежде всего, в увеличении на несколько порядков проводимости структур и появлении у них И-образных вольт-амперных характеристик (ВАХ). Предлагаемые в данной работе подходы позволили совершенно с новой точки зрения посмотреть на электроформовку, установить её близость к процессам, имеющим место при модификации поверхности с помощью СТМ, более глубоко понять их механизмы и на этой основе предложить ряд новых представлений, моделей и технических решений.

Целью работы является исследование процессов в углеродсодержащем материале с проводимостью, активируемой потоком электронов, в сильном электрическом поле, которые в определённых условиях могут приводить к самоорганизации устойчивых наноструктур в образующейся углеродистой проводящей среде, и создание на основе этих исследований физических и методических основ формирования и использования таких наноструктур.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи: теоретически и экспериментально исследовать поведение изолирующего зазора СТМ с внешней обратной связью, стабилизирующей туннельный ток, работающего в эмиссионном режиме (при относительно больших напряжениях на зонде), в случае наличия в зазоре тонкого слоя диэлектрика;

- на основе результатов, полученных в ходе исследований СТМ, работающего в эмиссионном режиме при наличии в изолирующем зазоре углеродсодержащего материала, а также с использованием имеющихся в литературе экспериментальных данных по электроформованным МИМ-структурам разработать механизм и модели процессов в углеродистой среде, активируемой потоком электронов, в сильных электрических полях (анализ этих моделей и привел к пониманию того, что в таких объектах имеет место процесс самоорганизации наноструктур в возникающей проводящей среде); 9

- разработать конструкцию и лабораторную технологию изготовления МИМ-структуры с изолирующей щелью шириной несколько десятков нанометров (нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой) как нового прибора наноэлектроники, предложенного на основе развитых механизма и моделей процессов в углеродистой среде, с проводимостью, активируемой потоком электронов; выполнить экспериментальные исследования процесса электроформовки и электрофизических характеристик нано-МИМ-диода в виде предложенной открытой «сэндвич»-структуры, изучить особенности процесса самоорганизации наноструктур в образующейся проводящей углеродистой среде в таких объектах;

- исследовать возможности практического использования процесса самоорганизации проводящих наноструктур, наметить пути применения нано-МИМ-диода с проводящей активной средой для построения энергонезависимой памяти.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Выявлены близость условий и идентичность физико-химических процессов, имеющих место, с одной стороны, в электроформованных МИМ-структурах, а с другой, - в СТМ при модификации поверхности в присутствии на ней органических молекул.

2. Впервые на простой модели показана возможность существования эффекта переключения величины изолирующего зазора СТМ, работающего в эмиссионном режиме, при наличии в зазоре тонкого слоя диэлектрика (бифуркации состояний равновесия); исследована зависимость особых точек от основных параметров, характеризующих такую систему; присутствие эффекта переключения подтверждено экспериментально для случая тонкого слоя диэлектрического адсорбата на металлической поверхности.

3. Предложены механизм и модели процессов в электроформованных МИМ-структурах для условий сильных электрических полей, которые учитывают наличие внутренних обратных связей в таких системах и в основе которых лежат туннелирование через потенциальный барьер с переменной (модулируемой) прозрачностью, возникающий в нанометровом изолирующем зазоре структуры, и образование частиц проводящей фазы с интенсивностью, пропорциональной потоку электронов, за счёт диссоциативного прилипания

10 электрона к органической молекуле; рассмотрены возможные механизмы модуляции прозрачности потенциального барьера.

4. Предложен механизм изменения ширины изолирующего зазора электроформованной МИМ-структуры за счет перколяции при образовании частиц проводящей фазы в диэлектрической среде (формованном диэлектрике), активируемой потоком электронов, которое уравновешивается термически активируемым процессом их удаления; показано, что стационарный зазор имеет принципиально нанометровую ширину.

5. На основе анализа предложенных моделей, а также имеющихся экспериментальных данных показано, что электроформовка в МИМ-структурах, сопровождающаяся созданием сильных электрических полей и активированием проводимости углеродсодержащей среды потоком электронов, по своей сути есть процесс самоорганизации нанометрового изолирующего зазора в возникающей углеродистой проводящей среде.

6. Экспериментально исследованы основные особенности процесса самоорганизации углеродистых проводящих наноструктур в открытых «сэндвич»-структурах А1-А1203-\¥ и торец которых, свободный для доступа органических молекул, представляет собой изолирующую щель нанометровой ширины; продемонстрирована существенная роль тонкого слоя окисла, расположенного в изолирующей щели на поверхности одного из металлических электродов (анода); показано, что для таких систем в процессе электроформовки при определенных условиях образуются единичные структуры, имеющие нанометровые размеры по всем трем измерениям.

Практическая значимость работы состоит в следующем.

1. На основе анализа механизмов и моделей процессов в углеродсодержащей среде, активируемой потоком электронов, в сильных электрических полях предложен новый прибор - нано-МИМ-диод с активной углеродистой средой, представляющий собой МИМ-структуру с открытой для доступа органических молекул изолирующей щелью шириной несколько десятков нанометров; процесс электроформовки в таком приборе не приводит к разрушению элементов конструкции, как это имеет место в традиционном МИМ-диоде, а область с углеродистой активной средой имеет размеры порядка ширины изолирующей щели.

2. Предложена конструкция нано-МИМ-диода в виде открытой «сэндвич»-МДМ(металл-диэлектрик-металл)-структуры, которая может быть

12

ВЫВОДЫ

1. Выявлены близость условий и идентичность физико-химических процессов, имеющих место, с одной стороны, в структурах металл-изолятор-металл (МИМ-структурах) при их электроформовке, а с другой, - в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ), работающем в режиме модификации поверхности при наличии на ней органических молекул.

2. На простой модели продемонстрировано наличие бифуркации состояний равновесия в системе "СТМ с тонким слоем диэлектрика в изолирующем зазоре, работающий в эмиссионном режиме", проявляющейся как эффект переключения величины зазора. Исследован характер зависимости особых точек от основных параметров, характеризующих систему (толщины слоя диэлектрика, его диэлектрической проницаемости, напряжения на зонде СТМ), в различных приближениях. Экспериментально подтверждено наличие эффекта переключения для случая тонкого слоя диэлектрического адсорбата на металлической поверхности. Полученные результаты позволяют развить способ диагностики относительно толстых адсорбированных слоёв на проводящей поверхности.

3. Предложен механизм и разработана модель процессов в электроформованных МИМ-структурах для условий сильных электрических полей, объясняющие их КГ-образные ВАХ, эффекты переключения и памяти и включающие следующие существенные элементы:

- ограничение тока туннелированием через потенциальный барьер с переменной (модулируемой) прозрачностью, существующий в нанометровом изолирующем зазоре структуры на границе с катодом;

- образование в изолирующем зазоре частиц проводящей фазы с интенсивностью, пропорциональной току, за счёт диссоциации исходных органических молекул при электронном ударе;

- наличие замкнутых контуров внутренней обратной связи, объединяющих процессы, имеющие место в такой системе, и приводящих к самоформированию структуры (распределения частиц проводящей фазы) в изолирующем зазоре.

Рассмотрены несколько возможных механизмов модуляции прозрачности потенциального барьера в такой системе, в том числе, - за счёт расслоения диэлектрика.

295

4. Предложен механизм и разработана модель изменения ширины изолирующего зазора электроформованной МИМ-структуры за счет перколяции при образовании частиц проводящей фазы в исходной диэлектрической среде, находящейся в изолирующей щели и активируемой потоком электронов, которое уравновешивается термически активируемым процессом их удаления. Это приводит к образованию стационарного изолирующего зазора принципиально нанометровой ширины, что связано с туннельным механизмом протекания тока при его плотностях, необходимых для баланса процессов образования частиц проводящей фазы и их удаления.

5. Предложена концепция электроформовки в МИМ-структурах как процесса самоорганизации нанометрового изолирующего зазора в возникающей в изолирующей щели углеродистой проводящей среде, для запуска которого достаточно обеспечить при напряжении, большем некоторого критического значения, находящегося около 3 - 4 В, начальную проводимость МИМ-структуры, помещенной в углеродсодержащую среду. Этот процесс развивается как результат неустойчивости, возникающей в системе в условиях прохождения потока электронов и активируемого им образования частиц проводящей фазы.

6. Предложен новый прибор - нано-МИМ-диод с углеродистой активной средой, представляющий собой МИМ-структуру с открытой для доступа органических молекул изолирующей щелью шириной несколько десятков нанометров. Необходимая начальная проводимость в нем обеспечивается за счет высокой напряженности электрического поля при относительно малых напряжениях (до 15 В), поэтому процесс электроформовки не приводит к разрушению элементов конструкции, а область с углеродистой активной средой имеет размеры порядка ширины изолирующей щели. Прибор сохраняет основные особенности традиционных МИМ-диодов: И-образную ВАХ, эффекты переключения и памяти, - но занимает объем на несколько порядков меньший.

7. Предложена конструкция нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой в виде открытой "сэндвич"-МДМ-структуры с изолирующей щелью в форме свободного для доступа органических молекул торца диэлектрической пленки толщиной несколько десятков нанометров. Разработана лабораторная технология её изготовления на базе структур АЬАЬОзЛУ и ЗьвЮг-"^ Развита методика контроля процесса жидкостного травления нанометрового

296 слоя диэлектрика in situ путём измерения адмитанса системы электролит (травитель) - диэлектрическая плёнка - проводящая подложка. Исследован процесс анодного выращивания окисла нанометровой толщины на поверхности кремния в кислотном электролите.

8. Выполнены экспериментальные исследования процесса самоорганизации углеродистых проводящих наноструктур в открытых "сэндвич"-МИМ-структурах AI-AI2O3-W с шириной изолирующей щели несколько десятков нанометров, в которых, в частности, выявлен особый характер электроформовки, приводящий в определённых условиях к формированию единичных проводящих элементов, и показана существенная роль тонкого слоя окисла на поверхности анода. Продемонстрировано наличие автоколебаний проводимости в такой системе.

9. Предложен способ формирования в изолирующей щели шириной порядка десятков нанометров, расположенной между двумя электродами и содержащей среду с активируемой потоком электронов проводимостью, единичного проводящего элемента, имеющего нанометровые размеры по всем трем измерениям, за счет его самоорганизации (зарождения и дальнейшего роста) при подаче напряжения в условиях наличия отрицательной обратной связи между током и напряжением, которая, в простейшем случае, может быть организована путем включения высокого и изменяемого балластного сопротивления последовательно источнику напряжения.

10. Предложена концепция энергонезависимой памяти на основе нано-МИМ-диодов с проводящей активной средой, выполненных в виде открытых "сэндвич"-структур, которая функционально представляет собой электрически перепрограммируемое ПЗУ и имеет высокую плотность записи информации.

11. Выполнены экспериментальные исследования процесса электроформовки в открытых "сэндвич"-структурах Si(p-THna)-Si02-W с шириной изолирующей щели, лежащей в диапазоне десятков нанометров, которые продемонстрировали принципиальную роль удельного сопротивления кремния в характере процесса электроформовки. Показана целесообразность изготовления элемента матрицы памяти на базе такой структуры.

297

1. Nanostructure Physics and Fabrication. Proceedings of the International Symposium. Ed. M. A. Reed and W. P. Kirk. Academic Press. 1989. 520 p.

2. Averin D. V., Likharev К. K. Single-Electronics. // Quantum Effects in Small Disordered Systems. Ed. B. Al'tshuler et al. Elsevier. Amsterdam. 1990.

3. Averin D. V., Korotkov A. N., Likharev К. K. Theory of single-electron charging of quantum wells and dots // Phys. Rev. B. 1991. V. 44. N 12. P. 61996211.

4. Beenakker C. W. J. Theory of Coulomb-blockade oscillations in the conductance of a quantum dot // Phys. Rev. B. 1991. V. 44. N 4. P. 1646-1656.

5. Binning G., Rohrer H. Scanning tunneling microscopy // Physica B. 1984. V. 127. N11. P. 37-45.

6. Shedd G. M., Russell P. E. The scanning tunneling microscope as a tool for nanofabrication//Nanotechnology 1990. V. 1. P. 67-80.

7. Валиев К. А., Раков А. В. Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике. М.: Радио и связь. 1984. 352 с.

8. Routkevitch D., Tager A. A., Haruyama J., Almawlawi D., Moskovits M. Хи J. M. Nonlithographic Nano-Wire Arrays: Fabrication, Physics, and Device Applications // IEEE Transactions on Electron Devices. 1996. V. 43. N 10. P. 1646-1657.

9. Martrou DMagnea N. Self organized vicinal semiconductors surfaces: a template for the growth of nanostructures // European Materials Research Society Spring Meeting (E-MRS'98). Book of abstracts. Strasbourg. 1998. P. D-3.298

10. Физическая энциклопедия Т. 4. Гл. ред. А. М. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия. 1994.

11. Моро У. Микролиторгафия Т. 1. М.: Мир. 1990. 606 с.

12. Pagnia Н., Sotnik N. Bistable Switching in Electroformed Metal-Insulator-Metal Devices // phys. stat. sol. (a). 1988. V. 108. N 11. P. 11-65.

13. Крейнина Г. С., Селиванова Л. Н, Шумская Т. И. Эмиссия и проводимость катода типа конденсатора//РЭ. 1960. Т. 5. N 8. С. 1338-1341.

14. Hichnott Т. W. Low-Frequency Negative Resistance in Thin Anodic Oxide Films // J. Appl. Phys. 1962. V. 33. N 9. P. 2669-2682.

15. Ламперт M., Марк 77. Инжекционные токи в твёрдых телах. М.: Мир. 1973.416 с.

16. Адирович Э. И. Эмиссионные токи в твердых телах и диэлектрическая электроника // Микроэлектроника. Сборник статей. М.: Сов. Радио. 1969. С. 393-417.

17. Simmons J. G. Conduction in thin dielectric films // J. Phys. D: Appl. Phys. 1971. V. 4. P. 613-657.

18. Дирнлей Дж., Стоунхэм А., Морган Д. Электрические явления в аморфных пленках окислов // УФН. 1974. Т. 112. Вып. 1. С. 83-127.

19. Ray А. К., Hogarth С. A. Ray А. К., Hogarth С. A. A critical review of the observed electrical properties of MIM devices showing VCNR // Int. J. Electronics. 1984. V. 57. P. 1-78.

20. Hogarth C. A., Taheri E. H. Z. Further studies on thin-film structures of metal-borosilicate glass-metal // Int. J. Electronics. 1974. V. 37. N 2. P. 145-156.

21. Verderber R. R., Simmons J. G., Eales B. Forming Process in Evaporated SiO Thin Films // Phil. Mag. 1967. V.l. P. 1049-1060.

22. Simmons J. G., Verderber R. R. New conduction and reversible memory phenomena in thin insulating films // Proc. Roy. Soc. 1967. V. A301. P. 77-102.

23. Emmer I. Conducting filaments and VCNR in Al-A102-Au structures with amorphous dielectric 11 Thin Solid Films. 1974. V. 20. P. 43-52.

24. Воробьев Г. А., Гапоненко В. M. Особенности электрической формовки и пробоя тонкопленочной системы металл-диэлектрик-металл // Изв. вузов. Физика. 1992. № 1. С. 58-63.

25. Hichnott Т. W. Impurity conduction and negative resistance in thin oxide films // J. Appl. Phys. 1964. V. 35. P. 2118-2122.299

26. Hickmott Т. W. Potential Distribution and Negative Resistance in Thin Oxide Films // J. Appl. Phys. 1964. V. 35. N 9. P. 2679-2689.

27. Green P. D., Bush E. L., Rowlings I. R. The forming process in MIM thin film memory and cold cathode devices // Thin Film Dielectrics N. Y.: Electrochemical Society. 1968. P. 167-185.

28. Barriac C., Pinard P., Davoine F. Etude des proprietes electriques des structures Al-Al203-metal // Phys. Stat. Sol. 1969. V. 34. P. 621-633.

29. Модинос А. Авто-, термо- и вторично-эмиссионная спектроскопия. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1990. 320 с.

30. Мотт Н. Электроны в неупорядоченных системах. М.: Мир. 1969.172 с.

31. Morgenthaler Н., Pagnia Н. On the Electroluminescence from Evaporated Thin Gold Films // Phys. Lett. 1973. V. 42A. N 7. P. 529-530.

32. Борзяк П. Г., Ky.люпин Ю. А. Электронные процессы в островковых металлических пленках. Киев. Наукова думка. 1980. 239 с.

33. Алексеенко Б. В., Томчук 77. М., Федорович Р. Д. Исследование отрицательного дифференциального сопротивления в диспергированных пленках золота // Изв. АН СССР. Сер. физич. 1986. Т. 50. N 8. С. 1601-1604.

34. Bischoff М., Pagnia Н. Electroluminescence Spectra from Gold Island Structure Thin Films // Thin Solid Films. 1975. Y. 29 P. 303-312.

35. Bach Th., Blessing R., Pagnia H., SotnikN. Temperature dependence of the on state regeneration in metal-insulator-metal diodes // Thin Solid Films. 1983. V. 103. P. 283-293.

36. Blessing R., Pagnia H., Schmitt R. Evidence for the contribution of an adsórbate to the voltage-controlled negative resistance of gold island film diodes // Thin Solid Films. 1981. V. 78. P. 397-401.

37. Pagnia H., Schnellbacher J., Sotnik N. A regeneration model for conducting filaments in MIM diodes //phys. stat. sol. (a). 1985. V. 87. P. 709-717.

38. Gregor L. V. Electrical conductivity of polydivinylbenzen films // Thin Solid Films. 1968. V. 2. N 3. P. 235-246.

39. Pender L. F., Fleming R. J. Memory switching in glow discharge polymerized thin films // J. Appl. Phys. 1975. V. 46. N 8. P. 3426-3431.

40. ЯсудаХ. Полимеризация в плазме. М.: Мир. 1988. 376 с.

41. Segui Y., Bui A., Carchano Н. Switching in polystyrene films transition from on to off state // J. Appl. Phys. 1976. V. 47. N 1. P. 140-143.300

42. Гапоненко В. М. О природе образования формованных каналов в тонкопленочных МДМ-системах // Изв. вузов. Физика. 1992. N 5. С. 115-120.

43. Arshak К. /., Glot A., Hogarth С. A. The voltage-current characteristics of thin MIM sandwiches with Si0x/Bi203 as the insulator // J. Mater. Sci. 1985. V. 20. N 10. P. 3590-3596.

44. Rakshani A. E., Hogarth C. A., Abidi A. A. Observation of local defects caused by electrical conduction through thin sandwich structures of Ag-SiO/BaO-Ag // J. Non. Crist. Sol. 1976. V. 20. N 1. P. 25-42.

45. Hickmott T. W. Energetic Electronic Processes and Negative Resistance in Amorphous Ta-Ta205-Au and A1-A1203-Au Diodes //Thin Solid Films. 1972. V. 9. p. 431-446.

46. Thurstans R. E. The structure and electrical properties of the electroformed MIM structure // Thin Solid Films. 1979. V. 57 P. 153-156.

47. Robertson J., O'Reilly E. P. Electronic and atomic structure of amorphous carbon // Phys. Rev. B. 1987. V. 35. N 6. P. 2946-2957.

48. Hogarth C. A., Kompany A. A study of thermal-voltage memory effects in M-I-M structures with co-evaporated Si0/B203 as the insulator material // Int. J. Electronics. 1982. V. 53. N 4. P. 301-309.

49. Alekseenko В. V., Fedorovich R. D. Influence of adsorption on current-voltage characteristics of discontinuous metal films // Thin Solid Films. 1982. V. 92. N3. P. 253-263.

50. Pagnia Н., Sotnik N., Stauss Н. Influence of Organic Molecules on the Current-Voltage Characteristics of Planar MIM Diodes // phys. stat. sol. (a). 1985. V. 90. P. 771-778.

51. Borbonus M., Pagnia H., Sotnik N. Influence of gas composition on regeneration in metal-insulator-metal diodes // Thin Solid Films. 1987. V. 151. P. 333-343.

52. Alekseyenko В. V., Fedorovich R. D., Tomchuck P. M. The Effect of Adsorption in Development of the VCNR in Island metal Films // Mater. Sci. 1987. V. XIII. N3-4. P. 161-166.

53. Bischoff M., Olt M., Pagnia H. Electroluminescence spectra of discontinuous conducting films // Thin Solid Films. 1988. V. 165. P. 49-54.

54. Pagnia H., Schlemper K., SotnikN. Studies of Electroformed Gold Island Film Diodes under Bias in а ТЕМ // Mater. Lett. 1987. V. 5. N 7-8. P. 260-262.

55. Непийко С. А., Степкин В. И. Распределение потенциала в пленках с переключением сопротивления // Поверхность ФХМ. 1983. N 1. С. 51-59.

56. Nepijko S. A., Pagnia Н., Styopkin V. I. Electron Induced Off-Switching in Au Island Films Diodes // phys. stat. sol. (a). 1985. V. 90. P. K113-K116.

57. Berg F., Pagnia H., Sotnik N. Energy Threshold Behaviour of Electron Induced MIM Switching // phys. stat. sol. (a). 1986. V. 95. P. K91-K94.

58. Muralt P., Pohl D. W., Denk W. Wide-range, low-operating-voltage, bimorph STM: application as potentiometer // IBM J. Res. Develop. 1986 V. 30 P. 443-450.

59. Muralt P., Pohl W. Scanning tunneling potentiometry // Appl. Phys. Lett. 1986. V. 48. N8. P. 514-516.

60. Pagnia H., Sotnik N., Wirth W. Scanning tunneling microscopic investigations of electroformed planar metal-insulator-metal diodes // Int. J. Electronics. 1990. V. 69. N 1. P. 25-32.

61. Pagnia H. Metal-insulator-metal devices with carbonaceous current paths // Int. J. Electronics. 1990. V. 69. P. 33-42.

62. Brauer S., Pagnia H., SotnikN. The filamentary model of electroformed MIM devices still up to date // Int. J. Electronics. 1994. V. 76. N 5. P. 707-711.

63. Franzka S., Knell G., Pagnia H., SotnikN. Visualization of carbon layers in electroformed MIM diodes // Int. J. Electronics. 1994. V. 76. N 5. P. 723-725.

64. Bischoff M. Carbon-nanoslit model for the electroforming process in M-I-M structures // Int. J. Electronics. 1991. V. 70. N 3. P. 491-498.

65. Jones D. I., Stewart A. D. Properties of hydrogenated amorphous carbon films and the effects of doping // Phil. Mag. B. 1982. V. 46. P. 423-434.

66. Sharp R. G., Palmer R. E "Concerted" regeneration of electroformed metal-insulator metal devices // J. Appl. Phys. 1996. V. 79. N 11. P. 8565-8570.

67. Sharp R. G., Palmer R. E. Evidence for field emission in electroformed metal-insulator-metal devices // Thin Solid Films. 1996. V. 288. P. 164-170.

68. Sharp R. G., Palmer R. E. Regeneration of electroformed metal-insulator-metal devices: a new model // J. Phys.: Condens. Matter. 1996. V. 8. P. 329-338.302

69. Рожков В. А., Шалимова М. Б. Фотоэлектрические явления в переключающих кремниевых структурах с фторидами редкоземельных элементов // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33. Вып. 7. С. 795800.

70. Байбурин В. Б., Волков Ю. П., Рожков В. А. Микроканалы проводимости в диэлектрической плёнке оксида иттербия // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. N 12. С. 21-24.

71. Демидович В. М., Демидович Г. Б., Козлов С. Н., Петров А. А. Адсорбционно-управляемая "канальная" проводимость в окисленном пористом кремнии // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. N 2. С. 27-31.

72. Воробьев Г. А., Гапоненко В. М., Гынгазов С. А., Крамор С. С., Лубсанов Р. Б., Троян П. Е. Физико-технологические аспекты создания матриц МДМ-катодов для плоского вакуумно-люминесцентного экрана // РЭ.1992.Вып. 4.С. 713-720.

73. Binning G., Rohrer H., Gerber С., Weibel E. Tunneling through a controllable vacuum gap // Appl. Phys. Lett. 1982. V. 40. N 2. P. 178-180.

74. Van de LeemputL. E. C., van Kempen H. Scanning tunneling microscopy // Rep. Prog. Phys. 1992. V. 55. P. 1165-1240.

75. Кук Й. (Y. Kuk), Силверман 77. (P. J. Sulverman) Растровая туннельная микроскопия // ПНИ. 1989. N 2. С. 3-22.

76. Hansma Р. К., Tersoff J. Scanning tunneling microscopy // J Appl. Phys. 1987. V.61.N2. P. R1-R23.

77. Gomez-Rodriguez J. M., Gomez-Herrero J., Baro A. M. Imaging cos (s, z): A Method to Separate the Geometric and Compositional Contributions on STM Barrier Height Profiles // Surface Science. 1989. V. 220. P. 152-164.

78. Kaiser W. J., Jaklevic R. C. Spectroscopy of electronic states of metal with a scanning tunneling microscope // IBM J. Res. Devel. 1986. V. 30. N 4. P. 411-416.

79. Дрейк (В. Drake), Зонненфелъд (R. Sónnenfeld), Шнайр (J. Schneir), Хансма (P. К. Hansma) Туннельный микроскоп для работы на воздухе и в жидкостях//ПНИ. 1986. N3. С. 134-139.

80. Erlandsson R., McClelland G. M., Mate C. M., Chiang S. Atomic force microscopy using optical interferometry // J. Vac. Sci. Technol. A. 1988. V. 6. N 2. P. 266-270.303

81. McCord M. A., Pease R. F. W. High resolution, low-voltage probes from a field emission source close to the target plane // J. Vac. Sci. Technol. В. V. 3. N 1. P. 198-201.

82. Young R., Word J., Scire F. Observation of Metal-Vacuum—Metal Tunneling, Field Emission, and Transition Region 11 Phys. Rev. Lett. 1971. V. 27. N 14. P. 922-924.

83. Gomer R. Possible Mechanisms of Atom Transfer in Scanning Tunneling Microscopy // IBM J. Res. Devel. 1986. V. 30. P. 428-436.

84. Eaton H. C., Bayuzick R. J. Field-Induced Stresses in Field Emitters 11 Surface Science. 1978. V. 70. P. 408-426.

85. Packard W. E., Liang Y., Dai N., Dow J. D., Nicolaides R., Jaklevic R. C., Kaiser W. J. Nano-machining of Gold and Semiconductor Surfaces // J. Microsc. 1988. V. 152. P. 715-720.

86. Staufer U., Scandella L., Rudin H., Guntherodt H.-J., Garsia N. Tailoring nanostructures with a scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. B. 1991. V. 9. N 2. P. 1389-1393.

87. Silver R. M., Ehrichs E. E., de Lozanne A. L. Direct writing of submicron metallic features with a scanning tunneling microscope // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 51.N4.P. 247-249.

88. Ehrichs E. E., de Lozanne A. L. Etching of silicon (111) with the scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. A. 1990. V. 8. N 2. P. 571574.

89. McCord M. A., Pease R. F. W. Exposure of calcium fluoride resist with the scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. B. 1987. V. 5. N 1. P. 430-433.

90. Matsumoto K, Takahashi S., Ishii M., Hoshi M., Kurokawa A., Ichimura S., Ando A. Application of STM Nanometer-Size Oxidation Process to Planar-Type MIM Diode // Jap. J. Appl. Phys. 1995. V. 34. P. 1387-1390.

91. Khavryutchenko V., Sheca E., Aono M., Huang D. H. STM Engineering on Si(l 11)7x7 Surface: Computational Modeling // Phys. Low-Dim. Struct. 1995. V. 12. P. 349-360.

92. Koops H. W. P.,Weiel R., Kern D. P. High-resolution electron-beam induced deposition // J. Vac. Sci. Technol. B. 1988. V. 6. N 1. P. 477-481.

93. Кислое H. А., Ходос И. И., Иванов Э. Д., Додонова H. А. Формирование электронным пучком в РПЭМ субмикронных структур из304паров химических соединений // Известия АН сер. Физ. 1993. Т. 57. N 9. С. 38-42.

94. Мордвинцев В. М., Вишняков Б. А. Травление тонких плёнок металлов в атмосфере CCU, активируемое потоком электронов // Физика и химия обработки материалов. 1984. N 1. С. 112-116.

95. Лускинович П. Н., Фролов В. Д., Шавыкин А. Е., Хаврюченко В. Д., Шека Е. Ф., Никитина Е. А. Формирование наноразмерных структур на пленке а-С:Н в присутствии адсорбата // Письма в ЖЭТФ. 1995. Т. 62. Вып. 11. С. 868-872.

96. Голов Е. Ф., Михайлов Г. М., Редькин А. Н, Фиошко А. М. Зондовая нанолитография на плёнках аморфного гидрогенизированного углерода // Микроэлектроника 1998. Т. 27. N 2. С. 97-102.

97. Albrecht Т. R, DovekM. М., KirkM. D., Lang С. A., Quate С. F., Smith D. P. Е. Nanometer-scale hole formation on graphite using a scanning tunneling microscope // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 55. N 17. P. 1727-1729.

98. Penner R. M., Heben M. J., Lewis N. S. Mechanistic investigations of nanometer-scale lithography at liquid-corvered graphite surfaces // Appl. Phys. Lett. 1991. V. 58. N 13. P. 1389-1391.

99. Mizutani W., Lnukai J., Ono M. Making a Monolayer Hole in a Graphite Surface by Means of a Scanning Tunneling Microscope // Jap. J. Appl. Phys. 1990. V. 29.P.L815-817.

100. Yau S.-T., Saltz D., Wreikat A., Nayfeh M. H. Nanofabrication with a scanning tunneling microscope // J. Appl. Phys. 1991. V. 69. N 5. P. 2970-2974.

101. Batra I. P., Garsia N., Rohrer H., Salemink H., Stoll E., Ciraci S. A study of graphite surface with STM and electronic structure calculations // Surf. Sci. 1986. V. 181. P. 126-138.

102. Друкарев Г. Ф. Столкновения электронов с атомами и молекулами. М.: Наука. 1978. 255 с.

103. McCordM. A., Kern D. P., Chang Т. Н. P. Direct deposition of 10 nm metallic features with the scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. B. 1988. V. 6. N6. P. 1877-1880.

104. Таблицы физических величин. Справочник под ред. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат. 1976. 1008 с.305

105. McCord M. A., Pease R. F. W. Lift-off metallization using poly(methylmethacrylate) exposed with a scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. B. 1988. V. 6. N 1. P. 293-296.

106. McCord M. A., Pease R. F. W. The effect of reflected and secondary electrons on lithography with scanning tunneling microscope I I Surface Science. 1987. V. 181. P. 278-284.

107. Dobisz E. A., Marrian C. R. K. Sub-30 nm lithography in a negative electron beam resist with a vacuum scanning tunneling microscope // Appl. Phys. Lett. 1991. V. 58. N22. P. 2526-2528.

108. McCord M. A., Pease R. F. W. Lithography with the scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. B. 1986. V. 4. N 1. P. 86-88.

109. Блинов JI. M. Физические свойства и применение лэнгмюровских моно- и мультимолекулярных структур // Успехи химии. 1983. Т. 52. Вып. 8. С. 1263-1300.

110. Арсланов В. В. Полимерные слои и пленки Ленгмюра-Блоджетт. Влияние химической структуры полимера и внешних условий на формирование и свойства организованных планарных ансамблей // Успехи химии. 1994. Т. 63. Вып. 1. С. 3-42.

111. Арсланов В. В. Полимерные слои и пленки Ленгмюра-Блоджетт. Полиреакции в организованных молекулярных ансамблях, структурные превращения и свойства // Успехи химии. 1991. Т. 60. Вып. 6. С. 1155-1189.

112. Marrian С. R. К., Colton R. J. Low-voltage electron beam lithography with a scanning tunneling microscope // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 56. N 8. P. 755757.

113. Marrian C. R. K., Dobisz E. A., Colton R. J. Lithographic studies of a e-beam resist in a vacuum scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. A. 1990. V. 8. N4. P. 3563-3569.

114. Marrian C. R. K., Dobisz E. A., Colton R.J. Investigations of undeveloped e-beam resist with a scanning tunneling microscope // J. Vac. Sci. Technol. B. 1991. V. 9. N2. P. 1367-1370.

115. Albercht T. R., DovekM. M., Lang C. A., Grutter P., Quate C. F., Kuan S. W. J., Frank С. W., Pease R. F. W. Imaging and modification of polymers by scanning tunneling and atomic force microscopy // J. Appl. Phys. 1988. V. 64. N 3. P. 1178-1184.зов

116. Корнякое Н. В., Левин В. Л., Макаров Е. Б., Мордвинцев В. М. Сканирующий микроскоп в микролитографии // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1991. Вып. 1 (140). С. 3-7.

117. Парк (S. Park), Куэйт (С. F. Quate) Теория цепи обратной связи и системы виброизоляции растрового туннельного микроскопа // ПНИ. 1987. N 11. С. 20-26.

118. Lisowski W., van den Berg А. H. J., Kip G. А. M., Hanekamp L. J. Characterization of tungsten tips for STM by SEM/AES/XPS // Fresenius J. Anal. Chem. 1991. V. 341. P. 196-199.

119. Васильев С. К, Савинов С. В., Яминский И. В. Зондирующие эмиттеры для сканирующей туннельной микроскопии // Электронная промышленность. 1991. N 3. С. 42-45.

120. Симмонс Дж. Г. Силы изображения в туннельных переходах металл-окисел-металл // Туннельные явления в твердых телах М.: Мир. 1973. С. 131-142.

121. Gomez-Herrero J., Gomez-Rodriguez J. М., Ricardo Garcia, Baro А. M. High Ф values in scanning tunneling microscopy: Field emission and tunnel regimes // J. Vac. Sei. Technol. A. 1990. V. 8. N 1. P. 445-449.

122. Янг (Young R.), Vopd (Ward J.), Скайер (Scire F.) Прибор для исследования микротопографии поверхности // ПНИ. 1972. N 7. С. 36-49.

123. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Эффект переключения величины туннельного зазора СТМ с диэлектрической пленкой в эмиссионном режиме // ЖТФ. 1994. Т. 64. Вып. 4. С. 124-134.

124. Heben M. J., Dovek M. M, Lewis N. S., Penner R. M., Quate C. F. Preparation of STM tips for in-situ characterization of electrode surfaces // J. Microsc. 1988. V. 152. P. 651-661.

125. Черепнин H. В. Основы очистки, обезгаживания и откачки в вакуумной технике. М.: Советское радио. 1967. 408 с.

126. Касуэлл X. Л. Оборудование для испарения материалов в сверхвысоком вакууме и анализ остаточных газов // Физика тонких пленок Т.1. М.: Мир. 1967. 343 с.

127. Волков А. Б., Неволим В. К. Отрицательное дифференциальное сопротивление микромостиков//Письма ЖТФ. 1992. Т. 18. Вып. 5. С. 1-3.

128. Berthe R, Halbritter J. Coulomb barriers and adsórbate effects in scanning tunneling microscopy // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. N 9. P. 6880-6884.

129. Мордвинцев В. M., Левин В. Л. Способ диагностики диэлектрического слоя на проводящей поверхности. Патент РФ N 2047930. 1995.

130. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Возможный механизм формирования N-образной вольт-амперной характеристики МИМ диода // ЖТФ. 1994. Т. 64. Вып. 12. С. 88-100.

131. Hill Robert М. Pool-Frenkel Conduction in Amorphous Solids // Phil. Mag. 1971. V. 23. P. 59-86.

132. Parik Mihir. Calculation of dissociative ionization cross sections of diatomic molecules //Phys. Rev. A. 1975. V. 12. N 5. P. 1872-1880.

133. MeccuF. Отрицательные ионы. M.: Мир. 1979. 754 с.

134. Казанский А. К, Фабрикант И. И. Рассеяние медленных электронов на молекулах//УФН. 1984. Т. 143. Вып. 1. С. 601-640.

135. Елецкий А. В., Смирнов Б. М. Диссоциативное прилипание электрона к молекуле // УФН. 1985. Т. 147. Вып. 3. С. 459-484.

136. Johnson J. P., Christophorou L. G., Carter J. G. Fragmentation of aliphatic chlorocarbons under low-energy (<10 eV) electron impact // J. Chem. Phys. 1977. V. 67. N 5. P. 2196-2215.

137. Тареев Б. M. Физика диэлектрических материалов M.: Энергия. 1973. 328 с.

138. Федосеев Д. В. Алмазные и алмазоподобные пленки // Алмаз в электронной технике. М.: Энергоатомиздат. 1990. С. 171-185.308

139. Мордвинцев В. М. Проводимость электроформованных структур металл-изолятор-металл с самоорганизацией нанометрового изолирующего зазора в углеродистой проводящей среде // Известия вузов. Электроника. 1998. N6. С. 23-32.

140. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Модель возникновения N-образной стационарной вольт-амперной характеристики нано-металл-изолятор-металл диода с углеродистой активной средой // ЖТФ. 1996. Т. 66. Вып. 7. С. 83-95.

141. Borzenko Т. В., Koval Y. /., Kudryashov V: A. Ion beam etching mechanism of PMMA based resists by nobel gas ions // Microelecrtonic Engineering. 1994. V. 23. P. 337-340.

142. Momm H., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. Т. 1. М.: Мир. 1982. 368 с.

143. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел М.: Наука 1964.187 с.

144. Физические величины. Справочник. Под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991. 1232 с.

145. Pagnia Н. Memory states in electroformed MIM diodes // Int. J. Electronics. 1994. V.76. N 5. P. 695-705.

146. Mordvintsev V. M, Levin V. L. A Model of Static Conductivity of Nano-MIM-Diode with Carbonaceous Active Medium // Phys. Low-Dim. Struct. 1995. V. 12. P. 243-254.

147. Ландау Л. В., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред М.: Наука. 1982. 620 с.

148. Шкловский Б. М., Эфрос А. Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука. 1979. 416 с.

149. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Модель нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой с учетом перколяции в изолирующей щели // Микроэлектроника. 1998. Т. 27. N 4. С. 265-274.

150. Hickmott Т. W. Production and Annealing of Color Centers in rf Sputtered Si02 Films I I J. Appl. Phys. 1971. V. 42. N 6. P. 2543-2556.

151. Мордвинцев В. M., Левин В. Л. Температурная зависимость вольт-амперной характеристики в модели проводимости структуры металл-изолятор-металл с углеродистой активной средой // ЖТФ. 1998. Т. 68. N 9. С. 139-141.309

152. Симмонс Джон Г. (Simmons J. G.) Прохождение тока сквозь тонкие диэлектрические пленки // Технология тонких пленок. Справочник. Т. 2. М.: Советское радио. 1977. С. 345-399.

153. Pagnia Н., Sotnik N., Wirth W. High resolution potentiometry of electroformed MIM structure // Int. J. Electronics. 1992. V. 73. N 5. P. 833-835.

154. Воробьев Г. А., Гапоненко В. М О природе электрической формовки тонкопленочной системы металл-диэлектрик-металл // Изв. вузов. Физика. 1991. N 1. С. 65-67.

155. Валиев К. А., Левин В. Л., Мордвинцев В. М. Электроформовка как процесс самоорганизации нанометрового зазора в углеродистой среде // ЖТФ. 1997. Т. 67. N 11. С. 39-44.

156. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир. 1979. 512 с.

157. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.: Мир. 1979. 279 с.

158. Юнг Л. Анодные оксидные пленки. Л.: Энергия. 1967. 232 с.

159. Физические основы надежности интегральных схем. Под ред. Ю. Г. Миллера. М.: Советское радио. 1976. 319 с.

160. Багоцкий В. С. Основы электрохимии. М.: Химия. 1988. 400 с.

161. Методы измерения в электрохимии. Ред. Э. Егер и А. Залкинд. Т. 1. М.: Мир. 1977. 576 с.

162. Колачев Б. А., Ливанов В. А., Елагин В. И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1981. 416 с.

163. Введение в фотолитографию. Под ред. В. П. Лаврищева. М.: Энергия. 1977. 400 с.

164. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир. 1980. 488 с.

165. Fenner D. В., Biegelsen D. К., Bringans R. D. Silicon surface passivation by hydrogen termination: A comparative study of preparation methods // J. Appl. Phys. 1989. V. 66. N 1. P. 419-424.

166. Higashi G. S., Chabal Y. J., Trucks G. W., Raghavachari Krishnan Ideal hydrogen termination of the Si (111) surface // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 56. N7. P. 656-658.310

167. Зи С. Физика полупроводниковых приборов Т. 1. М.: Мир. 1984.455 с.

168. Lewerenz Н. J. Anodic oxides on silicon // Electrochimica Acta. 1992. V. 37. N 5. P. 847-864.

169. Мордвинцев В. M., Шумилова Т. К Методика контроля процесса травления нанометрового слоя диэлектрика in situ путём измерения адмитанса системы // Микроэлектроника. 1999. Т. 28. N 2. С. 122-133.

170. Одынец Л. Л., Орлов В. М. Анодные окисные пленки. JL: Наука. 1990. 200 с.

171. Пархутик В. П., Макушок Ю. Е., Сокол В. А., Литвинович Г. В. Исследование роста пористых оксидов на кремнии в кислотных электролитах // Весщ АН БССР (хш). 1986. N 6. С. 46-51.

172. Мордвинцев В. М., Муравьёва Н. Л. Исследование процессов формирования пленок окисла нанометровой толщины электрохимическим анодированием кремния // Микроэлектроника. 2000. Т. 29. N 3. С. 177-188.

173. Мямлин В. А., Плесков Ю. В. Электрохимия полупроводников. М.: Наука. 1965. 338 с.

174. Дубровский Л. А., Мельник В. Г., Одынец Л. Л. Анодное окисление кремния в чистой воде // ЖФХ. 1962. Т. 36. N 10. С. 2199-2204.

175. Clark К. В., Bardwell J. A., Baribeau J.-M. Physical characterization of ultrathin anodic silicon oxide films // J. Appl. Phys. 1994. V. 76. N 5. P. 31143122.

176. Bardwell J. A., Clark К. В., Mitchell D. F., Bisaillion D. A., Sproule G. I., MacDougall В., Graham M. J. Growth and Characterization of Room Temperature Anodic Si02 Films // J. Electrochem. Soc. 1993. V. 140. N 8. P. 2135-2138.

177. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. М.: Наука. 1987. 592 с.

178. Антропов Л. И. Теоретическая электрохимия М.: Высшая школа. 1984. 519 с.

179. Landheer D., Bardwell L. A., Clark К. В. Electrical Properties of Thin Anodic Oxides Formed on Silicon in Aqueous NH4OH Solutions // J. Electrochem. Soc. 1994. V. 141. N 5. P. 1309-1312.

180. Мордвинцев В. M., Кудрявцев С. Е., Левин В. Л. Вольт-амперные характеристики и механизм проводимости нано-МИМ-диода с углеродистой311активной средой в виде открытой "сэндвич"-структуры // Микроэлектроника. 1998. Т. 27. N 1.С. 49-57.

181. Рабинович М. К, Трубецков М. И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука. 1984. 430.

182. Мордвинцев В. М., Кудрявцев С. Е., Левин В. Л. Способ формирования проводящего элемента нанометровых размеров // Заявка на патент РФ.

183. Мордвинцев В. М., Левин В. Л. Элемент устройства памяти со структурой металл-изолятор-металл // Патент РФ. № 2072591. 1997.

184. Мордвинцев В. М, Кудрявцев С. Е., Левин В. Л.+ Савасин В. Л., Шумилова Т. К. Элемент устройства памяти со структурой металл-изолятор-металл // Патент РФ № 2108629. 1998.

185. Мейзда Ф. Интегральные схемы. Технология и применение. М.: Мир. 1981.280 с.

186. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. М.: Советское радио. 1980. 424 с.

187. Захаров В. К, Льгпарь Ю. И. Электронные устройства автоматики и телемеханики. Л.: Энергоатомиздат. 1984. 432 с.

188. Валеев А., Ворошилов К. Сегнетоэлектрические плёнки. Возможность интеграции с технологией ИС // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 1998. N 3-4. С. 75-78.

189. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции. Под ред. Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера. М.: Мир. 1982. 576 с.

190. Барре П. Кинетика гетерогенных процессов. М.: Мир. 1976. 399 с.

191. Стриха В. И., Бузанева Е. В., Радзиевский И. А. Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки (физика, технология, применение). М.: Радио и связь. 1974. 248 с.

192. Sharp R. G., Dixon-Warren St. J., Durston Р. J., Palmer R. E. The electronic catalyst: dissociation of chlorinated hydrocarbons by metal-insulator-metal electron emitters // Chem. Phys. Lett. 1995. V. 234. P. 354-358.