физические основы полупроводниковой нанотехнологии

PHYSICAL PRINCIPLES OF SEMICONDUCTOR NANOTECHNOLOGY V. I. BELYAVSKII Two main methods of semiconductor heterostructure creating are briefly discussed, namely, molecular beam epitaxy and metalorganic vapor phase epitaxy. A general physical idea is given which determines a heterostructure growth process and interface quality. © ÅÂÎfl‚ÒÍËÈ Ç.à., 1998 ä‡ÚÍÓ ‡ÒÒÏÓÚÂÌ˚ ‰‚‡ ÓÒÌÓ‚Ì˚ı ÒÔÓÒÓ·‡ ÔÓÎÛ˜ÂÌËfl ÔÓÎÛÔÓ‚Ó‰ÌËÍÓ‚˚ı „ÂÚÂÓÒÚÛÍÚÛ: ÏÂÚÓ‰ ÏÓÎÂÍÛÎflÌÓ-Îۘ‚ÓÈ ˝ÔËÚ‡ÍÒËË Ë ÏÂÚÓ‰ Ó҇ʉÂÌËfl ÔÎÂÌÓÍ ËÁ ÏÂÚ‡ÎÎÓÓ„‡Ì˘ÂÒÍËı ÒÓ‰ËÌÂÌËÈ. àÁÎÓÊÂÌ˚ Ó·˘Ë Ô‰ÒÚ‡‚ÎÂÌËfl Ó ÙËÁ˘ÂÒÍËı fl‚ÎÂÌËflı, ÓÔ‰ÂÎfl˛˘Ëı ÔÓˆÂÒÒ ÓÒÚ‡ „ÂÚÂÓÒÚÛÍÚÛ˚ Ë Í‡˜ÂÒÚ‚Ó „ÂÚÂÓ„‡Ìˈ. 92 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ НАНОТЕХНОЛОГИИ Ç. à. ÅÖãüÇëäàâ ÇÓÓÌÂÊÒÍËÈ „ÓÒÛ‰‡ÒÚ‚ÂÌÌ˚È Ô‰‡„ӄ˘ÂÒÍËÈ ÛÌË‚ÂÒËÚÂÚ ÇÇÖÑÖçàÖ Характерные линейные размеры функциональных элементов современной микроэлектроники обычно составляют единицы или десятки микрометров. Уже первые попытки исследования и практического использования структур с размерами менее 100 нм показали, что поведение таких наноструктур качественно отличается от поведения тел с большими размерами. Малость линейных размеров (хотя бы в одном измерении) кардинально меняет характер квантовых состояний электронов, ярко проявляя свойства, присущие системам пониженной размерности. Снижение линейных размеров элементов схем до нескольких единиц или десятков нанометров приводит к тому, что технология соответствующих полупроводниковых структур фактически становится искусством. Нанометровая шкала приводит к необходимости создания таких неоднородных структур, в которых граница раздела между двумя однородными составляющими имеет атомный масштаб. В настоящее время имеется достаточно развитая технология, основанная на эпитаксиальном росте полупроводниковых соединений на монокристаллических подложках и позволяющая получать многочисленные полупроводниковые гетерокомпозиции, так называемые гетероструктуры (ГС). Эпитаксиальный рост на ориентированной атомногладкой поверхности монокристалла предполагает послойное наращивание полупроводникового соединения, как совпадающего с материалом подложки, так и, что наиболее важно, существенно отличающегося своими свойствами. Имеется чрезвычайно много вариантов (гетеропар), с помощью которых можно создать ГС. Однако, чтобы такая ГС нашла применение в микроэлектронике, она должна удовлетворять нескольким весьма жестким требованиям, из которых, пожалуй, главным является требование высокой степени совершенства гетерограницы (поверхности раздела между двумя однородными составляющими ГС). При выполнении этого условия плоские (планарные) ГС, полученные чередованием слоев нанометровой толщины из полупроводниковых соединений разного химического состава, могут рассматриваться как новые, не существующие в природе полупроводники с весьма необычными свойствами. Планарные ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹10, 1998 ГС являются основой для создания еще более экзотических объектов, имеющих нанометровые размеры не в одном, а в двух или даже трех измерениях. Такие объекты, созданные руками человека, слишком малы, чтобы их можно было рассматривать как макроскопические твердые тела, и в то же время все же столь велики, что своими свойствами и поведением существенно отличаются от атомов и молекул. Когда характерные размеры системы оказываются сравнимыми с масштабом когерентности электронной волновой функции, проявляется квантовый размерный эффект: свойства системы становятся зависимыми от ее формы и размеров. Способность современной полупр