Технология 1,3 нанометра: кто меньше?

новый вариант одноэлектронного транзистора на кобальте

Группа исследователей в Корнелльском университете утверждает, что смогла продемонстрировать поведение одного атома кобальта, схожее с ключевым режимом работы транзистора. Таким образом, говорят ученые, возможно создание логических транзисторных схем, в которых размер элемента будет порядка 1,3 нанометра.

В эксперименте атом кобальта был помещен внутрь органической алкильной цепочки, которая, в свою очередь, соединялась с проводником из золота. При пропускании тока через проводник ученые сообщают о наблюдении серий изменения уровня напряжения, что, по их мнению, объясняется "транзисторным" поведением атомов кобальта.

Как сообщает профессор Пол Мак’Юэн (Paul McEuen), возглавляющий группу ученых в Корнелльском Университете, атомы кобальта были выбраны потому, что обладают двумя хорошо различимыми электрическими методами состояниями. Переход из одного состояния в другой осуществляется под действием внешних сил, а попросту говоря, присоединением или отдачей электрона.

Чтобы получить подобную наноструктуру, вокруг атомов кобальта химическими методами создается октаэдрическая оболочка (роль которой играет углеродно-водородная алкильная цепочка) и еще две цепочки из пиридина (производного от бензола вещества), которые служат в качестве контактов. На конце пиридиновой цепочки находятся пары атомов серы и водорода, формирующие сильную связь с золотом.

Остается только дивиться тому, как ученым удалось собрать такую конструкцию. Для этого, говорит Мак’Юэн, использовался метод химической "самосборки" на кремниевом субстрате. Чип был создан выращиванием 30-нм слоя двуокиси кремния на допированном кремниевом субстрате, играющем роль общей для всех ключей шины. Золотые проводники, имеющие длину 400 нм, ширину 200 нм и толщину 15 нм, были изготовлены на поверхности чипа с помощью электронно-лучевой литографии. Далее поверхность их чистилась ацетоном, хлоридом метилена и кислородной плазмой. И, наконец, чип опускался на несколько часов в раствор, содержащий требуемые химические вещества в нужной пропорции, так, чтобы на поверхности золотых проводников образовался монослой нанотранзисторов.

Но на этом процесс не заканчивается. Далее чип охлаждается до очень низкой температуры (надо полагать, температуры кипения жидкого азота), а по проводникам пропускается ток, слегка превышающий их предельную нагрузку. В результате в чипе образуются микротрещины, около 1,2 нм в толщину, и через эти трещины органические молекулы с кобальтом в центре могут перебрасывать своеобразные мостики из своих длинных пиридиновых цепочек. Момент, когда образуются эти трещины, определяется по резкому падению тока через проводники. Здесь в пользу ученых играет то обстоятельство, что на поверхности трещин остаются кусочки нанотранзисторов (алкильные или пиридиновые цепочки, возможно, содержащие кобальт), поэтому вероятность образования новых "транзисторов" поперек трещин довольно высока.

Ну а дальше дело техники – снять вольт-амперную характеристику в зависимости от потенциала на общей шине. По утверждению Мак’Юэна, одноатомные транзисторы переключаются от одного электрона. И хотя пока что транзистором в полном смысле эту "игрушку" назвать еще нельзя, это значит, что ученым удалось создать классическими методами прибор с квантовой эффективностью, близкой к единице.

Следующим шагом, говорит Мак’Юэн, будет создание электронного ключа с применением такой молекулы, у которой два состояния будут отличаться конфигурацией. Изначально Мак’Юэн и его коллега Парк (Park), принимавший участие в разработке кобальтового ключа, работали над созданием устройств из углеродных нанотрубок. Возможно, что в следующей работе ученые используют такие же микротрещины в золотых проводниках, но вместо кобальта в них будут молекулы фуллерена С60. В 2000 году ученые уже опубликовали (журнал Nature) первые результаты исследования возможности создания одноэлектронных транзисторов на фуллеренах.



Автор: Archont

(2002-06-27)