В Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) в сотрудничестве с Московским инженерно-физическим институтом созданы перспективные материалы на основе оксидов переходных металлов, необходимые для изготовления функциональных элементов наноэлектроники
Миниатюризация полупроводниковых приборов требует новых материалов. Ключевой элемент таких устройств — так называемые МДП-структуры (металл, диэлектрик, полупроводник, см. также здесь). Для их функционирования абсолютно необходимы диэлектрические слои, но чем они тоньше, тем сложнее их получить. Рабочие параметры повсеместно используемого в качестве диэлектрика диоксида кремния практически доведены до предельных значений.
Российские физики получили и исследовали на предмет пригодности для наноэлектроники четыре группы оксидов на основе переходных металлов. «Получить оксиды переходных металлов — это не просто взять и присоединить кислород к металлу, — объясняет руководитель научной группы Владимир Неволин, заместитель директора ФИАНа. — Это весьма специфичный, строго контролируемый процесс, требующий решения целого ряда как физических, так и практических задач».
Ученым удалось не только показать, что одним из самых перспективных для наноэлектроники диэлектриков будет оксид европия, но и исследовать особенности техпроцесса получения этого материала. «Проблема в том, — продолжает Владимир Неволин, — что оксид европия, который нужен для решения подобных задач, не может существовать просто так, он неустойчив, тут же начинает дополнительно присоединять кислород и переходить в конечную фазу Eu2O3. Значит, технологический процесс должен быть таким, чтобы при получении EuO строго дозировалось количество осаждаемых атомов европия и участвующих в этом атомов кислорода. При этом нужно иметь возможность тут же, в сверхвысоком вакууме, как только образуется EuO, во-первых, in situ показать, что это именно так, а во-вторых, накрыть его каким-то слоем, дабы не дать кислороду все испортить».
Задачу удалось решить методом импульсного лазерного прецизионного осаждения, осуществляемого при довольно неравновесных условиях. Технология не является ни промышленной, ни даже полупромышленной, но именно она позволяет отработать конкретную методику получения конкретного слоя или комбинации слоев.
Владимир Неволин убежден, что метод импульсного лазерного осаждения очень интересен с точки зрения отработки технологии, выяснения физики процесса и рекомендаций к производству. «В такой полупромышленной установке, как молекулярно-лучевая эпитаксия, сочетать это нельзя, там другие условия, там нет сверхвысокого вакуума именно в той зоне, в которой нужно проводить исследования, — поясняет ученый. — Это, с одной стороны, фундаментальная наука, но именно она дает практический результат: мы получили конкретные требования к тому, как должен быть реализован технологический процесс изготовления идеальных параметров данного слоя. А значит — это уже практическая наука, это уже прикладная вещь, позволяющая давать рекомендации и организовывать полупромышленные или даже промышленные технологии».