Анализ предельных размеров электронных элементов и проблемы создания элементов наноэлектроники

Возможности принципов объемного соответствия могут быть реализованы при создании элементов наноэлектроники, в частности, элементов памяти атомарных запоминающих устройств. Проведенный анализ возможных путей достижения плотности записи информации на уровне 1 Тбит/см² показываем что минимальными размерами и при этом стабильными свойствами будут обладать элементы, записанные в единичных ячейках упорядоченных поверхностных структур.

Важнейшими особенностями ячеек упорядоченных структур как основы для формирования накопителей атомарных запоминающих устройств являются следующие: периодическое изменение потенциального или геометрического рельефа, которое может регистрироваться зондом сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), с шагом от десятых долей нанометра до десятков нанометров: возможность локального изменения структуры в одной из ячеек при неизменности структуры соседних ячеек; временная стабильность параметров.

Запоминающее устройство на основе упорядоченных структур может реализоваться следующим образом. Зонд СТМ, сканируя по поверхности, регистрирует существующий на ней рельеф, который зависит от числа химических связей поверхностных атомов и их окружения. Локальное воздействие на определенные узлы структуры, в частности, залечивание незамкнутых связей поверхностных атомов различными примесями в процессе локальной адсорбции, стимулированной действием зонда, приводит в общем случае к изменению величины объем-фактора поверхностных атомов, и следовательно, к структурному превращению в ячейке.

Производя такое воздействие в определенной последовательности, получим записанную на поверхности информацию, считывание которой также производится зондом СТМ. В рамках принципа постоянства объема могут быть выбраны подложки, на которых образуются упорядоченные структуры с заданным периодом, и залечивающие примеси, которые позволят изменить структуру выбранных ячеек (в процессе локально-стимулированной физической или химической адсорбции) при сохранении неизменной структуры соседних ячеек.

В качестве наиболее простого и наглядного примера записи бита информации в ячейку упорядоченной структуры можно назвать воздействие зонда СТМ в водородсодержащей среде на димеры кремния, образующиеся на атомарночистой поверхности Si(100)-2х1. Разрыв связей в димере и образование двух связей кремний— водород практически не изменяет объем-фактор атомов в выбранной ячейке, что обусловливает стабильность полученной структуры и неизменность структуры соседних ячеек.

В то же время произойдет значительное изменение величины туннельного тока в месте локального действия зонда (рис. 5).

Рис. 5. Расчетные СТМ профили перестроенной поверхности Si (100) до (верхняя кривая) и после (нижняя кривая) локальной модификации в водородсодержащей среде как пример записи бита информации в единичную ячейку упорядоченной поверхностной структуры

Приведенный в настоящей работе обзор возможных применений принципов объемно-структурного соответствия фаз характеризует эти принципы как мощный инструмент для интерпретации известных и предсказания новых характеристик поверхностей и границ раздела твердых тел, создания новых процессов и элементной базы микро- и наноэлектроники.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 93-03-5372).