Современная электроника №5/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2023 онных технологий . Процесс изготовле - ния проводится без нагрева . Холодный штамп погружается в жидкий полимер , который затем затвердевает под дей - ствием ультрафиолетового облучения . Главными преимуществами UV-NIL являются низкая стоимость , простота , высокая производительность и воз - можность производить изделия с раз - мерами меньше 10 нм . Вообще , технология NIL в различных опциях используется для разработок квантовых устройств уже более деся - ти лет . Например , в статье [30] опи - сан модифицированный литографи - ческий метод «Step and Flash Imprint Lithography Reverse tone – SFIL-R™», в котором использовался сфокусиро - ванный ионный пучок (focused ion beam – FIB). Эта комплексная тех - нология позволила получить одноэ - лектронные транзисторы , надёжно работающие при комнатных темпера - турах (room temperature single electron transistors – RTSET). Процесс SFIL, использующий техно - логию наноимпринта с низким давле - нием и низкой температурой на основе ультрафиолета (UV-NIL), был реализо - ван с помощью стандартного оборудо - вания производства Molecular Imprints Inc [31]. Образец шаблона был разрабо - тан с помощью программного пакета «Cadence IMPRIO 100». Изображение с шаблона передавалось на пластину при облучении электронным лучом элек - трочувствительного слоя на поверхно - сти кристалла методом электронно - лучевой литографии (EBL). Технология SFIL-R фирмы Molecular Imprints® позволила получить именно положи - тельное изображение на кварцевом кристалле . Нанесение образа шаблона на кварцевую пластину выполнялось с помощью системы JOEL 6000 EBL. Для создания самоорганизующего - ся монослоя с низкой поверхностной энергией шаблон погружался в раствор фторированного силана , что обеспечи - вало селективный выход на границах травления . Для подложки был выращен оксид кремния толщиной 300 нм . На пластины методом центрифуги - рования наносили антиотражающее покрытие (brewer anti reflective coating – BARC) толщиной 80 нм . В процессе изготовления толщина BARC определя - лась с помощью измерителя толщины тонких плёнок «Woollam M-2000 DI». В качестве резистивного слоя штам - па (imprint resist) использовался «MI-1 IMPRIO 100» на основе акрилата с изо - борнилакрилатом и диакрилатом эти - ленгликоля . Для того чтобы закрыть отпечатанные элементы , пластины покрывались слоем кремнийсодер - жащего полимера Silspin™. Перенос рисунка на плёнку диокси - да кремния был реализован с помощью процесса реактивного ионного трав - ления (reactive ion etching – RIE). На первом этапе RIE смесь трифторме - тана (CHF3) и кислорода использова - лась для протравливания слоя Silspin. На следующем этапе образовывался диоксид кремния , и слой Silspin пре - вращался в твёрдую маску . На последнем этапе при удалении слоя защитного покрытия и антиот - ражающей пленки BARC проявля - лась подложка . На этом перенос рисун - ка элементов SET на слой подложки завершался . Затем с помощью электронно - лучевого испарителя (CHA e-beam evaporator) металлические части хро - ма и золота с размерами Cr – 10 нм и Au – 10 нм соответственно осаждались на рисунке пластины . Для нанесения вольфрамовых кван - товых точек на поверхность образца использовалась серийная установка «Hitachi FB-2000A FIB» ( рис . 8). Газо - фазный исходный реагент гексакар - бонил вольфрама , W(CO) 6 , распылял - ся на поверхность образца . При этом падающий ионный пучок разлагает газ с образованием плёнки . Этот процесс ионно - индуцированного химическо - го осаждения из паровой фазы (CVD) контролировался с помощью выбора параметров сканирования луча , что позволило получить квантовые точ - ки необходимого диаметра . Толщина оксида определялась режи - мом химического окисления в раство - ре ледяной уксусной кислоты и пере - киси водорода . Размер вольфрамовых квантовых точек регулировался време - нем процесса FIB. Описанная техноло - гия позволила получать квантовые точ - ки диаметром 8,5 нм и высотой 3 нм . Изготовленные таким образом RT-SET транзисторы тестировались с помощью полупроводникового параметрического анализатора (SPA) Keithley 4200-SCS. Интеграция технологии SFIL-R с методом осаждения квантовых точек сфокусированным ионным пучком (focused ion beam – FIB) позволи - ла получить монолитные массивы RT-SET- транзисторов . Особо следу - ет отметить то , что использованная в данной работе установка для произ - водства одноэлектронных транзисто - ров целиком собрана из стандартных законченных блоков , производимых известными мировыми производите - лями физико - химического оборудова - ния [33]. Таким образом , эта технология может быть рассмотрена как один из возможных вариантов для мелкосерий - ного производства одноэлектронных устройств [34]. Более подробную информацию о тех - нологиях производства наноструктур , разработанных в начале 2000- х , можно найти в обзоре [35], а также в деталь - ной монографии [36]. Технологические вопросы массового производства SET- транзисторов Кроме явных преимуществ SET- транзисторы имеют и ряд технологи - ческих проблем . Для того чтобы одноэлектронный транзистор правильно функциони - ровал , необходимо , чтобы тепловая энергия электронов была ниже куло - новской энергии устройства , которая обратно пропорциональна суммар - ной ёмкости квантовой точки . В кон - це 1990- х годов первые лабораторные образцы SET имели размеры поряд - ка десятков нанометров и обладали малыми кулоновскими энергиями . Для того чтобы преодолеть тепловой порог , одноэлектронные транзисто - ры приходилось поддерживать при криогенных температурах в несколь - ко сотен мК . Рис . 8. Для нанесения вольфрамовых квантовых точек на поверхность образца использовалась серийная установка «Hitachi FB-2000A FIB» [32]