Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Журнал №193, октябрь 2019
Журнал №71, сентябрь–октябрь 2019
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Фотомастер

Где тонко, там и рвется: красота в мире микроэлектроники

Текст: Евгения Вавилова. Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
18 февраля 2018
/upload/iblock/17d/17d021c49575df3e3934d8d7cc810ad0.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
/upload/iblock/131/13195b747032f55a61fccce28c4a8805.jpg
Еще одна плёнка, избежавшая трещин, но сменившая ровный рост на чешуйки и столбики.
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
/upload/iblock/cc2/cc25673b486576b67f4421b8fb00a527.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
/upload/iblock/d64/d64c3ab9c476454423cbf77b6ba84535.jpg
Эта плёнка избежала трещин, но изменила форму.
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
На этих снимках – тончайшие пленки, созданные в лаборатории московского Курчатовского института.
Так выглядят тонкие слои нитридов на сапфире и кремнии, а точнее – эпитаксиальные плёнки соединений азота с металлами (нитридные плёнки AlN, GaN), выращенные методом MOCVD.

Проще говоря, это слоеный пирог из плёнок, толщиной от 300 нанометров до нескольких микрометров. Из них делают, например, транзисторы с высокой подвижностью электронов. Некоторые из них позволят транзисторам выдерживать большие токи и напряжения (конечно, если их удается сделать без дефектов).

Фокус, который требуется от тех, кто растит эти структуры, – заставить тонкие плёнки складываться друг на друга ровными слоями. Проблема в том, что плёнки разного состава (типа) имеют отличающуюся от подложек-основ кристаллическую решётку, а размеры элементов, формирующих решётку разных слоев, могут отличаться.

Это как пытаться натянуть один кубик лего на другой, только другой на треть больше (а края кубиков при этом должны совпадать).


Так что, когда ученые таки убеждают плёнки расти послойно друг на друге, те испытывают немалый stress, то есть внутренние напряжения. Это им, конечно, не нравится, так что они сопротивляются и расслабляются как могут – а могут и потрескаться.

Вот, например, желтая материя – плёнка нитрида галлия GaN на плёнке нитрида алюминия AlN на подложке кремния – Si. Здесь заметно, что трескаются пленки по кристаллографическим направлениям, образуя треугольники.
/upload/iblock/a39/a394d9e91928468fbe8b321e944158fe.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
/upload/iblock/1ae/1ae64174bf9de0dece68c1efda3e28c6.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
/upload/iblock/62b/62b1225bdc6d4325c4856f08b27d9e4a.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»

Иногда материалы, из которых создают плёнки, могут эти самые плёнки протравливать. Вот, например, алюминий, протравивший плёнку нитрида алюминия на кремнии. В центре – металл, дальше – слои плёнки, ещё дальше – потрескавшаяся плёнка. А вокруг этого – вполне приличная плёнка AlN.

/upload/iblock/b05/b052ce351aaa539895ccd97f906634b8.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
/upload/iblock/7c5/7c5c704a17e3c4bfae8fff1a5dc8c2c7.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»
/upload/iblock/5e0/5e03634942295aef5471de7e6bab30d5.jpg
Фото: НИЦ «Курчатовский институт»


Ещё плёнки могут расслабиться, если растут не одним куском-листом, а набором маленьких чешуек, также трескаясь и формируя дырки. Вот, например, транзисторная структура, которая пыталась расслабиться всеми возможными способами.

/upload/iblock/0e5/0e5e3af9323e130211b6c495199d5a92.jpg
НИЦ «Курчатовский институт»

Тут и трещины, и чешуйки, и частица посередине. Она не случайно шестиугольная – именно такую форму имеет элементарная ячейка этой пленки.

Материалы предоставлены Отделом прикладных наноэлектронных структур Курчатовского комплекса НБИКС-технологий.