Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроникиНИР

Research

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
12 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа: В 2014 году в лаборатории криоэлектроники опубликованы 20 работ в российских и зарубежных научных журналах и сборниках докладов, сотрудники лаборатории участвовали в нескольких Российских и международных научных конференциях. На базе ЛКЭ действовал постоянный межинститутский научный семинар по проблемам нанотехнологии. Большое внимание уделяется учебному процессу. В 2014 году обучение в лаборатории проходили 7 студентов и 3 аспиранта. Все они были включены в научный процесс, проводили научные исследования, публиковались. Преподавателями лаборатории читались 9 спецкурсов по специализации в области сверхпроводниковой электроники. Защищено 3 кандидатских диссертации.
13 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа:
14 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа:
15 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа:
16 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа:
17 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа: В 2019 году продолжено совершенствование технологического процесса изготовления структур на основе примесных атомов калия и исследование особенностей электронного транспорта в таких структурах. Был опробован технологический метод прямой литографии высокого разрешения с использованием негативного электронного резиста, в результате были изготовлены образцы, в центральной области которых располагались металлические электроды стока, истока и управляющего затвора с характерными зазорами менее 20 нм. Проведено детальное исследование способов внедрения и анализ распределения примесей Au по глубине проникновения в решетку кремния. Для имплантации была использована система с фокусированным ионным пучком IonLINE (Raith GmbH) с возможностью выбора различных ионов Au/Si для работы. Для анализа глубины проникновения использовался метод вторично-ионной масс-спектрометрии. Был определен оптимальный режим для изготовления одноатомных структур, который обеспечивает лучший контакт имплантированного слоя с подводящими электродами и не требует множественных циклов дотравливания кремниевого мостика при изготовлении образцов. Продолжена разработка метода изготовления наноразмерного массива туннельно связанных примесных атомов мышьяка в кремнии, а также системы из нескольких электродов ведущих к этой наноразмерной области. Предложено два метода изготовления подобных электродов: первый предполагает использование негативного электронного резиста высокого разрешения (низкомолекулярный полистирол) с последующим ионным травлением слоя металла через резистную маску, второй предполагает использование позитивного резиста (полиметилметакрилат) в сочетании с его холодным (4°С) проявлением и последующим переносом рисунка резиста в слой металла «взрывной» литографией. Оба метода продемонстрировали возможность создания электродов шириной не более 20 нм, сходящихся к области размером порядка 50 нм. Была разработана новая версия специализированной измерительной электроники, в которой было уменьшено время измерения вольтамперных и модуляционных характеристик за счет использования несимметричной схемы трансимпедансного усилителя. Соответственно было модифицировано программное обеспечение низкого и высокого уровней. Еще одним направлением исследований была разработка и изготовление молекулярных и атомных одноэлектронных транзисторов с высокой зарядовой энергией и рабочей температурой, формируемых на основе предельно малых квантовых точек молекул с одноатомными внутримолекулярными зарядовыми центрами, а также исследование возможностей их использования для создания элементов квантовых информационно-вычислительных систем атомно-молекулярного уровня интеграции, в бионаносенсорике и медицине. Кроме этого, в рамках работы по созданию и исследованию гибридных акустонаноэлектронных элементов проведено исследование влияния акустических волн различных типов на электронный транспорт в металлических нанопроводах. В выполненных работах были получены следующие основные результаты: Разработаны, изготовлены и исследованы новые варианты высокотемпературных одноэлектронных транзисторов с одноатомными внутримолекулярными зарядовыми центрами и полевых нанотранзисторов с предельно малым каналом из кремния. На их основе разработаны и изготовлены прототипы зарядовых наносенсоров для одномолекулярного секвенатора ДНК. Измерения электрометрической чувствительности таких сенсоров показали, что ее значения для обоих типов сенсоров лежат в суб-электронной области (существенно менее 1 е/Гц1/2, е-заряд электрона) и, тем самым, удовлетворяют требованиям, необходимым для успешной работы устройства. При этом, разработаны теоретические методы расчета параметров атомных одноэлектронных транзисторов на основе одноатомных внутримолекулярных зарядовых центров и построена модель электронного транспорта в таких атомных одноэлектронных транзисторах. Проведенные исследования транспортных характеристик таких атомных одноэлектронных транзисторов на основе различных атомов показали, что использование одноатомные зарядовые центры с различными атомами создает основы для формирования многоэлементных одноэлектронных наносистем с гибко регулируемым набором параметров элементов, что необходимо для эффективного создания ячеек квантовых клеточных вычислительных устройств на основе органических молекул с одноатомными зарядовыми центрами. Проведены исследования влияния акустических волн различных типов на электронный транспорт в золотом нанопроводе, расположенном на поверхности пьезоэлектрической пластине ниобата лития. Было обнаружено, что электрическое поле, сопровождающее акустическую волну, за счет увлечения электронов приводит к возникновению дополнительной ЭДС, приложенной к нанопроводу. Показано, что данный эффект тем сильнее, чем выше коэффициент электромеханической связи акустической волны. Обнаружено влияние разогрева нанопровода на наблюдаемый эффект. Продолжались инициативные работы по изготовлению и исследованию проводников 3-го поколения. Были проведены исследования причин растрескивания промежуточных слоев и получены новые результаты напыления сверхпроводящих пленок YBa2Cu3O7 на подложке аморфного кварца(SiO2). В 2019 году осуществлены работы по созданию системы подводящих электродов одноатомного транзистора на материале подложки карбида кремния (материала прежде для создания одноатомных транзисторов не использовавшегося). Поскольку из теоретических оценок ожидаемый эффективный радиус атома допанта в материале карбида кремния меньше, чем в кремнии, то требовалось разработать надёжно воспроизводимую технологию получения нанозазоров менее 20 нм между металлическими золотыми электродами. Для создания системы были опробованы два варианта литографии ранее известные из литературы - метод прямой литография высокого разрешения с использованием негативного электронорезиста и метод обратной «взрывной» литография высокого разрешения с холодным проявлением позитивного электронорезиста. Осуществлены работы по созданию системы подводящих электродов одномолекулярного безметочного секвенатора ДНК. Для этого разработана и изготовлена оригинальная система подводящих электродов, допускающих использование микрочипа в системе проточной ячейки. Разработана и изготовлена система из восьми золотых нанопроводов с управляющих затвором снизу. Решена проблема изоляции управляющего затвора от созданных золотых нанопроводов с помощью 20 нм диоксида кремния напыляемого в помощью магнетрона, продемонстрировано, что такая система выдеживает напряжения до 12-15 В. Проведена дополнительная изоляция всей системы задубленным фоторезистом ПММА А4 с открытием окон в области нанозазоров между электродами. Продемонстрировано, что в изготовленной системе методом электромиграции эффективно формируются нанозазоры по методике "саморазрыва" золотого нанопровода. При выполнении данной НИР в 2019 году проведены исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники, таких как структуры на основе примесных атомов калия и наноразмерного массива туннельно связанных примесных атомов мышьяка в кремнии, а также системы из нескольких электродов ведущих к этой наноразмерной области. получены новые результаты в разработке физических основ технологии создания таких объектов. Исследованы молекулярные и атомные одноэлектронные транзисторы с высокой зарядовой энергией и рабочей температурой на основе квантовых точек молекул с одноатомными внутримолекулярными зарядовыми центрами. Результаты опубликованны в рецензируемых журналах и доложены на международных и всероссийских конференциях. Общее количество публикаций и тезисов докладов превысило 35 единиц.
18 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа:
19 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа: В ходе работ над этапом НИР в 2021-м году: 1.) Разработаны методы изготовления высокотемпературных многоатомных структур на основе кремния и карбида кремния с использованием глубоко залегающих примесных атомов мышьяка. 2.) Проведено теоретическое и экспериментальное исследование резервуарных вычислительных сетей на основе примесных атомов в твердотельной матрице. Продемонстрированы логические элементы «И» и «ИЛИ». 3.) Проведено теоретическое исследование состояний примесных зарядовых центров в твердотельной матрице. 4.) Были детектированы в режиме реального времени единичные квантовые вихри в сверхтекучем 4He. 5.) Разработана измерительная электроника и алгоритмы для исследования многопараметрического пространства сложных одноэлектронных структур на основе примесных атомов в твердотельной матрице. 6.) Разработана концепция создания наноэлектронных зарядовых сенсоров с субэлектронной чувствительностью на основе полевых транзисторов с предельно коротким каналом. 7.) Разработаны теоретические методы расчета параметров атомных одноэлектронных транзисторов на основе одноатомных внутримолекулярных зарядовых центров. 8.) Была продолжена и успешно завершена работа проекта РФФИ "Исследование сверхпроводящего состояния в эпитаксиальных гетероструктурах на основе селенида железа и создание прототипов высокотемпературных проводов 3-го поколения на гибких диэлектрических подложках". Методом импульсного лазерного осаждения с помощью KrF лазера (248 нм) в различных режимах была изготовлена серия образцов-пленок FeSe0.5Te0.5 на подложках Al2O3 (сапфир), CaF2, SrTiO3, SiO2 (аморфный). В результате 330 нанометровая пленка FeSe0.5Te0.5 на подложке Al2O3 (сапфир) показала температуру сверхпроводящего перехода Tonset = 8 К с шириной 3 К. При этом второе критическое поле при нуле температуры Hc2(0) оценочно составляет 37 Тл, длина когерентности  ~ 2.45 нм, энергия активации вихрей Абрикосова U ~ 21 К при приложенном поле 0,2 Тл при температуре 2 К 9.) Были разработаны, изготовлены и исследованы предельно малые наноэлектронные элементы атомарно-молекулярного масштаба: полевые нанотранзисторы из кремния с предельно малым каналом и молекулярные и атомные одноэлектронные транзисторы с высокой зарядовой энергией и рабочей температурой, формируемые на основе предельно малых квантовых точек - молекул с одноатомными внутримолекулярными зарядовыми центрами. Также велась разработка на их основе наносенсоров для одномолекулярного секвенатора ДНК нового типа и исследование возможностей использования таких наноэлектронных элементов для создания инновационных квантовых информационно-вычислительных систем атомно-молекулярного уровня интеграции. Разработан модернизированный вариант высокотемпературных одноэлектронных транзисторов на основе одноатомных внутримолекулярных зарядовых центров, оптимизированных для формирования компактных сенсорных блоков для одномолекулярных секвенаторов ДНК с субэлектронной чувствительностью. Изготовленные и протестированные образцы показали пригодность их использования для формирования сенсоров. 10.) Разработана усовершенствованная методика изготовления полевых нанотранзисторов из кремния с предельно уменьшенным каналом и исследованы транспортные характеристики таких наноэлектронных элементов, показавшие их пригодность для изготовления сенсоров с субэлектронной чувствительностью. 10.) Разработана методика изготовления предельно узких металлических нанопроводов на поверхности пьезоэлектрической пластины ниобата лития, а также модернизированная методика изготовления акустоэлектронных преобразователей на таких пластинах для исследования влияния акустических волн различных типов на электронный транспорт в нанопроводах. Разработанная методика теоретических расчетов структуры рабочих молекул атомно-молекулярных одноэлектронных транзисторов позволила определить оптимальную структуру молекулы для сенсорного узла одномолекулярного секвенатора ДНК.
20 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа:
21 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа: Получены новые значимые результаты в области микро и наноэлектро- ники, опубликованные в отечественных и зарубежных журналах. Разрабо- таны и опробованы новые методики изготовления нанообъектов, исследова- ны их свойства и проведено теоретическое осмысление полученных экспе- риментальных данных. Обновлены компьютерные методы расчётов и обра- ботки результатов. Модернезированы отдельные узлы экспериментальных установок. Переработаны и обновлены учебные курсы для студентов и ас- пирантов. Проведены обширные экспериментальные и теоретические исследова- ния фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники, та- ких как: - одноэлектронные резервуарные сети на основе единичных при- месных атомов в твердотельной матрице; - матричные и многокомпонент- ные сенсорные структуры на основе полевых транзисторов с каналом- нанопроводом; - наноструктуры на основе квантовых точек в кремнии для создания кубитов на их основе; - акустонаноэлектронные элементы для со- здания гибридных акустоэлектронных устройств бионаносенсорики; - тон- кие плёнки FeSeTe с критическими температурами перехода в диапазоне 11-21 К.
22 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа:
23 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники
Результаты этапа: Проведены обширные экспериментальные и теоретические исследования фундаментальных физических свойств объектов наноэлектроники, таких как: - одноэлектронные резервуарные сети на основе единичных примесных атомов в твердотельной матрице; - матричные и многокомпонентные сенсорные структуры на основе полевых транзисторов с каналом-нанопроводом; - наноструктуры на основе квантовых точек в кремнии для создания кубитов на их основе; - акустонаноэлектронные элементы для создания гибридных акустоэлектронных устройств бионаносенсорики; - тонкие плёнки FeSeTe с критическими температурами перехода в диапазоне 11 - 21 К.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".