Современная электроника №7/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2023 ровки расстояния между электрода - ми можно добиться наибольшего тока через молекулу . Полученная в усло - виях глубокого вакуума конструкция практически не содержала посторон - них примесей . Наряду с методом MCBJ широкое распространение получил модифи - цированный метод контролируемого механического разрыва , в котором вме - сто проволоки с надрезом в качестве основы выводных контактов была при - менена полоска металла , нанесённая литографическим способом на фос - форно - бронзовую подложку . Данный вариант изготовления контактов одно - электронного транзистора с исполь - зованием электронно - лучевой лито - графии получил название LF MCBJ (Lithographically Fabricated MCBJ). Металлический проводник электри - чески изолировался от гибкой подлож - ки с помощью тонкого полиимидного слоя . Схема метода MCBJ – LF MCBJ показана на рис . 4. Одним из преимуществ метода LF MCBJ является то , что на одной заго - товке может быть нанесено множество рисунков отдельных SMD. Так , напри - мер , в работе [7] на пластине с разме - рами 50×50×0,3 мм было размещено десять устройств с четырьмя разрыв - ными переходами в каждом . Предвари - тельно очищенные и отполированные с помощью ультразвуковой обработки в ацетоне и изопропаноле (IPA), пла - стины из фосфористой бронзы были покрыты полиимидной плёнкой тол - щиной 3 мкм . Затем на них был нане - сён двойной слой резиста из сополиме - ра метилметакрилата толщиной 320 нм и полиметилметакрилата ( ПММА ) тол - щиной 110 нм . Оба слоя полимеризова - лись в течение 15 мин при 175° С . Металлические проводники (1 нм Cr и 80 нм Au) осаждались на подложке с помощью электронно - лучевого испа - рителя при базовом давлении 10 мбар . После процесса отслаивания в горячем ацетоне и этапа промывки в изопропи - ловом спирте на готовую плату нано - сился слой защитного лака ( ПММА 350 k) толщиной 500 нм . На послед - нем технологическом шаге процесса изготовления каркаса SMD пластина разрезалась лазерным лучом на отдель - ные детали . Разрыв проводника реализовывал - ся методом механического изгиба на специальном оборудовании . При этом сечение моста уменьшается примерно на два порядка по сравнению с прово - лочным вариантом MCBJ- метода . Ещё одно преимущество использова - ния метода «Lithographically Fabricated MCBJ» заключается в том , что благо - даря небольшим коэффициентам сме - щения электрические выводы SMT становятся малочувствительными к внешним смещениям . Метод электромиграционных раз - рывных соединений (electromigration break junctions – EBJ) основан на известном эффекте диффузии ато - мов , возникающем в проводниках под действием больших плотностей токов («electron wind»). Например , при токах порядка десятков килоампер на ква - дратный сантиметр серебряный про - водник разогревается до 700–800° С , и в нём образуются каверны размера - ми несколько микрон [8]. Этот эффект можно использовать для создания разрывов в проводни - ке , настолько малых , что его можно заполнить только одной органической молекулой . В работе [9] описан спо - соб создания металлических электро - дов одномолекулярных устройств SMD с помощью технологии electromigration break junctions – EBJ. Из нанесённой на кремниевую под - ложку тонкой золотой плёнки с помо - щью сфокусированного ионного луча вырезалась тонкая полоска шириной несколько микрон , на которой был тонкий мостик . К концам проводника прикладывалось напряжение , вызыва - ющее ток большой плотности и разо - грев провода . При этом атомы золота мигрировали в самую узкую область нанопроволоки , в которой наблюда - лась максимальная плотность тока . Под действием «electron wind» нано - проволока становится тоньше в самом узком месте . Дальнейшее увеличение тока вызывало её разрыв и образова - ние двух стабильных металлических электродов , разделённых зазором в 1–2 нм . После завершения процесса формирования электродов в образо - вавшемся зазоре с помощью техно - логии « самособирания из раствора » (self-assemble from solution) была син - тезирована рабочая молекула устрой - ства SMD [10]. Характерной особенностью данно - го метода является жёсткое крепле - ние электродов к подложке . С одной стороны , такая геометрия позволя - ет достаточно точно контролировать процесс с помощью , например , просве - чивающей электронной микроскопии высокого разрешения с использовани - ем прозрачных мембран . Кроме того , жёсткая конструкция допускает цикли - ческие режимы работы [11]. Однако электроды , образованные с помощью технологии электромигра - ции , имеют постоянный нерегулиру - емый зазор . Поэтому сложно заранее определить наиболее оптимальные режимы синтеза таким образом , что - бы в результате в зазоре оказалась только одна « чистая рабочая молеку - ла » без посторонних примесей метал - ла [11]. Оригинальный способ изготовле - ния заготовок электродов с наноме - тровым зазором для одноэлектронных устройств предложила объединённая группа разработчиков из Техническо - го университета Делфт (TU Delft) и Шведского технологического инсти - тута (Royal Institute of Technology) [12]. Процесс изготовления схемати - чески показан на рис . 5. Сначала на кремниевую пластину напыляется тонкий слой нитрида титана (TiN). После этого на титановую пленку особым способом наносятся отрезки золотой проволоки , которые создают на поверхности TiN- зоны остаточной деформации . На заключительном эта - пе с помощью процесса , называемого «release etching», плёнка нитрида тита - на удаляется . При этом напряжение в нитриде титана снимается с образо - ванием разрывов золотой проволоки шириной в одну молекулу . Основное преимущество этой методики авторы видят в том , что её можно в принципе использовать для изготовления мел - косерийных партий одномолекуляр - ных устройств . В этих разработках одномолекуляр - ных транзисторов широко используют - ся методы , основанные на сканирую - щей зондовой микроскопии , такие , например , как сканирующая туннель - ная микроскопия (scanning tunneling Рис . 4. Схема комбинированного метода контролируемого механического разрыва литографического металлического шаблона – LF MCBJ [6] Полиимид Жидкая ячейка Толкающий стержень Встречные опоры