Din microelectronica la nanoelectronică
Din microelectronica la nanoelectronică
Autor -Dr Anatoli Korkin (korkin@nanoandgiga.com
Evoluţia de electronice, în ultimii patruzeci de ani a fost dominată de ideea de a scalare constitutiv de bază de circuite integrate (IC) - metal-oxid-semiconductor (MOS), tranzistor cu efect de câmp (FET). Pornind de la aparat original, cu poarta de la 10 ²-uM scară lungime, MOSFET a evoluat la cel actual, cu o lungime poarta de 45 nm, la prima linie de producţie. În acest sens, complexitatea CMOS (complementare MOS) ICs a evoluat de la integrarea originală la scară mică (SSI) la integrarea curent scară giga (GSI), în cazul în care un singur cip din domeniul de ordinul a 1 cm ² gigabiti găzduieşte mai multe [1].
Tranzistori cu o lungime poarta mult mai mici poate fi produsă fie prin litografiere cu fascicul de electroni sau prin tehnici de substractiv de la caracteristici litografice. Aceste demonstranţi au arătat că MOSFET pot fi scalate la scara o lungime de 10 nm, care permit păstrarea caracteristicilor electrice încă cererii sale de circuite integrate CMOS.
Producătoare de astfel de tranzistori şi mici, cu toate acestea, nu implică existenţa unei tehnologii de 10-nm. O astfel de tehnologie ar implica, într-adevăr posibilitatea de a defini şi alinierea la toate nivelurile (regiunile active, surse şi canale de scurgere, persoane de contact, metale, etc), pe o scară de lungime de 10 nm. Care indică cu F dimensiunea minimă caracteristica (F = P / 2, cu P fiind distanţă minimă permisă de litografiere a considerat), arhitectura de memorie cea mai densă necesită o suprafaţă de 4F² per celulă. La F = 45-nm nod acest lucru implică o densitate locală de 1.2x10^10 cm-2, care ar trebui să crească la 5x10^10 cm-2 la F = 22-nm nod.
Deşi continuă să urce scara complexitatea pare tehnic posibil (primul care a F = 16 nm şi în cele din urmă la F = 11 nm), creşterea costurilor de investiţii necesare pentru care se prevede a fi un zid de netrecut pentru majoritatea jucatorilor. În timp ce această barieră este un avantaj strategic important pentru cei mai mari jucători, poate fi letală pentru jucatorii mici.
Această stare de fapt a alimentat interesul faţă de alte arhitecturi şi tehnologii. Printre noi arhitecturi bara transversală o a avut un rol-cheie, deoarece, în principiu, ea permite elaborarea de matrice de eco-puncte, fiecare încorporarea un material capabil de a lucra de la sine ca un element de memorie [2]. În ultimă analiză arhitecturi crossbar este definit de două matrici de fire plan perpendicular aliniate conductoare, separate prin redresoare strat cu rezistenţă două state, R_ON şi R_OFF, cu R_pe <<R OFF, şi atât de diferit, pentru a permite recunoaşterea lor externe.
În structura bara transversală suprafaţa pe biţi este dată de ² 4F, astfel că densitatea permis de către această structură este aceeaşi ca pentru standardul de memorie flash NAND cu tehnologia CMOS arhitectura. Prin urmare, tranziţia de la CMOS la tehnologia bara transversală, nu ar fi susţinute de nici un avantaj competitiv. Având în vedere atitudinea conservatoare a industriei, această situaţie ar fi, astfel, în imposibilitatea de a produce orice schimbare de tehnologie nu au fost o pentru faptul că structura de bara este producible cu dimensiunea caracteristicii f (sau p teren) şi sub F litografiere dimensiunea caracteristicii ( smoală sau P).
Gestionarea dispozitivelor sublithographic ridică trei probleme majore [1] :
pregătirea acestora;
lor legătura cu lumea exterioară prin date de contact lithographically definite;
identificarea, pregătirea şi depunerea de materiale funcţionale.
Pregătirea Sublithographic de bare transversale
În ultimii ani, tehnicile de care nu implică utilizarea de litografiere avansate au fost dezvoltate pentru pregătirea de nanometri de dimensiuni caracteristici, acestea se bazează pe transformarea de caracteristici pe verticală în caracteristicile orizontale şi cele mai avansate permit elaborarea de linii controlate cu lăţimea de 10 -20 nm. Deşi această strategie permite pregătirea geometriilor simplu doar (tablouri linie), dezvoltarea de arhitecturi crossbar vă pentru a face această limitare inerentă; aceasta structura este deosebit de atractiv, nu numai pentru că acesta poate fi pur şi simplu produse de trecere a două tablouri orientate perpendicular pe fir, dar, de asemenea, pentru că există diferite materiale funcţionale care pot fi utilizate pentru separarea dintre matricile superioare şi inferioare.
Superlattice nanofire model de transfer
Prima metodă de pregătire non-litografiere de matrice linie ultra-dens a fost iniţial propus de Natelson et al. [3]. Acesta se bazează în principal pe depunerile alternativ secvenţială a două filme A şi B, caracterizat prin existenţa unui etch preferenţial pentru unul dintre ele (să zicem, A). După tăierea la 90 ° a unui film de abab multistrat... AB, lustruire, gravare şi controlată a A, se obţine în cele din urmă un mucegai care poate fi folosit ca o masca pentru litografie amprenta (IL). De fapt, IL este o persoană de contact (mai degrabă decât de proximitate), litografie, ceea ce este non-litografice este unic calea utilizate pentru prepararea de masca. Prima aplicaţie practică a acestei idei au fost furnizate de către Melosh et al, care a pregatit o mască de contact pentru IL cu pas de 16 nm de creştere pe un substrat un cuantum de bine prin intermediul epitaxia fază moleculară, de tăiere proba perpendicular pe suprafata., Lustruit expusă recent de suprafaţă, şi gravura selectiv straturile diferite ale bine. Dacă A şi B sunt cristaline si grosimea lor nu variază de la o depunere la altul, abab multistrat... AB este un superlattice-care a condus la definirea acestui trechnology ca transferul model superlattice nanofire (SNAP) [4].
Multi-laterală tipar tehnici
Un alt traseu pentru pregătirea non-litografiere de matrice linie ultra-dens este tehnica multi-flancul structurare (SnPT). Această tehnologie este capabilă să producă matrice sârmă cu pas pe scara de nanometri lungime exploatand o deja existente, tehnologie-IC tehnica tiparul flanc (SPT)-de utilizare convenţionale în microelectronică pentru auto-aliniere a electrodului poarta pe-sursă şi-scurgere regiuni. În acest fel SnPT poate fi privit ca o extensie conservatoare a tehnologiei actuale IC la scară nanometrică lungime [1].
Multi-laterală tipar tehnici
I. Aditivi traseu
În traseul aditivului de SnPT (denumit în continuare SnPT +) o serie de fire 2n este definit direct pe un substrat printr-o secvenţă de depoziţii n CONFORMAL şi gravuri anisotropic fara decapare seminţele originale folosite pentru definirea a flancului primul. Ideea de bază care stau la baza SnPT + astfel cum sa propus iniţial în [5], [6] este schiţat în figura 2. Deşi eco-punct densitate de 8x1010 cm-2 ar putea fi realizat în cadrul tehnologiei actuale, procesul general ar avea nevoie de toate acestea, 20 de repetari din fiecare ciclu SPT.
 |  |
Figura: 2 | Figura: 3 |
Al II-lea. Multiplicativ traseu
Gestionarea atât de multe cicluri de depunere-decapare poate fi dificilă şi costisitoare. Constatând că SPT permite, incepand de la o sămânţă, pregătirea a două bare, dificultatea de mai sus pot fi eliminate cu ajutorul unui varianta multiplicativ (denumit în continuare SnPTx) a tehnicii de structurare multi-flanc. SnPTx impune ca fiecare spacer nou este crescut utilizate ca seminţe pentru ulterioară creştere economică, care este posibilă în cazul în care seminţele originalul este gravat departe, la sfârşitul fiecărui ciclu. In fiecare ciclu SnPTx SnPTx implică, prin urmare, următoarele etape: (1) depunerea CONFORMAL de un film pe o sămânţă alocate de raport de aspect de mare, (2) gravare anizotrope de film până la apariţia a seminţelor originale, şi (3) gravare selectivă a seminţelor. Figura 3 schiţe SPTx ideea de bază care stau la baza şi arată că modificările materialul natura pe drumul dintr-un set de distanţiere pentru cel următor, astfel încât membrii supleanţi spacer materiale, în întruparea noastră preferată, între poli-siliciu şi SiO2. Deoarece materialul firul este poli-siliciu, materialului semincer depinde de paritatea lui n: dacă este chiar, seminţele trebuie să fie în poli-siliciu, de altfel, în SiO2. Demonstranţii prima SnPTx pentru generarea de grătare sub-litografice pas du-te înapoi la mai mult de un scor de ani [7], utilitatea acestei tehnici pentru pregătirea de matrice de sârmă potenţial utile pentru biochipuri, în schimb, este mult mai recentă [ 8], [9].
Legarea crossbar sublithographic la lumea exterioară
Chiar şi definiţia de nano-obiect este supus discuţiei: definiţie comună (pentru care un dispozitiv este un nanodevice atunci când cel puţin una dintre dimensiunile sale trebuie să fie între 1 şi 100 nm în dimensiune, şi dimensiunea mica a dispozitivului trebuie să fie esenţială pentru funcţia sa) nu este în măsură de a captura sentimentul comune în domeniul electronicii pentru care "nano" înseamnă "care nu sunt accesibile prin intermediul photololithography". Într-adevăr, deşi disponibilitatea tehnicilor de nanofabrication este fundamental în stabilirea unui nanotehnologiei, nu mai puţin important este ntegration a nanostructurilor cu structuri de nivel superior. Dificultăţi în comunicarea dintre nanoworld (nu lithographically accesibil) şi macroworld reprezintă o problemă centrală în dezvoltarea nanotehnologiei [10].
Având în vedere rolul său fundamental în electronică, problema poate fi limitată la faptul că abordarea din fire sublithpographic de definire a barei transversale prin intermediul unor contacte litografice. Mai multe strategii au fost adoptate pentru a ataca această problemă. Ignorarea cele bazate pe o abordare stocastica (pentru care nu se ştie care eco-punct se adresează şi o etapă de învăţare complica eliminarea celulelor nesoluţionate şi, eventual, exploatarea de concediere [11] - [13] ), fire nanoscopice poate fi abordată prin intermediul tehnici de angajarea teşitura orizontală (HBT), indentare completat (FIT), sau de filtrare energetic (EFT). Contrar cu metodele bazate pe abordarea stocastice, toate aceste metode sunt pe deplin compatibile cu tehnologia existentă siliciu plane. Cu toate acestea, întrucât HBT poate fi utilizat indiferent de tehnica de preparare bara transversală (SNAP, SnPTx, sau SnPT +), FCT şi EFT poate fi utilizat pentru SnPT + traverse numai.
Orizontale sanfrenare tehnica
HBT este o reminiscenţă a tehnicii de sanfrenare o dată folosite, împreună cu microsectioning şi colorarea, pentru măsurarea de adâncime joncţiune (şi, mai recent, de profile de concentrare prin intermediul operatorului de transport de măsurare a rezistenţei de raspandire). Pentru a contacta separat fiecare fir într-o matrice sublithographic, după depunerea de un capac de protecţie izolant un şanţ subţire (de lăţime în jurul valorii de f) este taiat, înclinat către un unghi α cu privire la matrice şi atât timp cât să treacă toate cablurile. Acest proces duce la expunerea de romburi 2n cu p pas în direcţie perpendiculară pe matrice şi p / tan (α), în direcţia de matrice. Astfel, este suficient să se ia α <Artan (p / P) pentru a permite contactul separate pentru litografiere la fire. Figura 4 schiţe modelul rezultat. |  |
Umplute indentare tehnica
FCT impune ca masca folosit ca o sămânţă pentru SnPT + are un model care se abat de la cea rectilinie de indentiations 2n de săptămână latime, wk, wk= w0 + (k-1) w1 , cu w1 = 2p şi k = 1,..., 2n . Ceea ce este interesant în acest model este că, dacă 2p<w0<2.5p , orice şunt metalic de lăţimea F <w0 centrat din regiunea centrală a date de contact indentare k-lea exclusiv firul de k-lea [14]. Dimensiunea minimă sublithographic fmin caracteristică care poate fi contactat lithographically cu FCT, prin urmare, este dat de fmin = 0.2F (care ar da fmin = 9 nm la F = 45 nm-nod).
Energetic tehnica de filtrare
Întrucât în SNAP şi SnPTx toate firele sunt definite în mod colectiv, în SnPT + sunt construite secvenţial. Fabricatie lot ar face SNAP şi SnPTx de preferat peste SnPT + excepţia cazului în care cineva ar putea folosi depunerea matrice secventiala pentru recunoaşterea externă a fire unice.
 | O inspecţie din partea dreaptă a figura 5 arată că SnPT rezultate + în fire a căror înălţime se reduce progresiv cu ordinul de pregătire. Această diferenţă spaţiale pentru recunoaşterea şi separarea de fire unice nanoscopice de sonde electrice pur şi simplu prin controlul capacitiv de stat conducta de fiecare fir. Această structură permite, în principiu, o simplificare dramatică în arhitectura de contact: în timp ce HBT şi FIT necesită 2n date de contact pentru a aborda n2 eco-puncte, EFT nevoie de 2 +2 electrozi dielectrically izolat şi 2 contactele ohmice. Această simplitate este, totuşi, plătite în ceea ce priveşte circuitele de decodificare necesare pentru a extrage de la curentul măsurat starea actuală a fiecărui punct de eco- [15]. |
Alegere, de pregătire, şi depunerea materialului funcţionale
Împreună cu producibility sale pe o scară de lungime sublithographic, bara transversală are un alt mare avantaj: ea permite elaborarea de amintiri care nu sunt volatile pur şi simplu prin separarea matrice superioara si inferioara cu un material rezistiv afişează proprietăţi adecvate histerezis. Aceasta ar fi o simplă declaraţie de principiu, nu au fost o pentru faptul că materialele cu această proprietate există deja-de exemplu, materiale de schimbare de faza. Există totuşi un interes puternic pentru alte materiale (de exploatare, de exemplu, conductie ionica [16] ). Printre materialele candidat, de la descoperirea de rectificare proprietăţi de molecule [17], precum şi raportul de afişarea unei molecule de conducere rezonant [18], moleculele electric programabil joacă un rol special. Deşi bazate pe demonstranţi rotaxanes au fost prezentate [19], integrarea lor cu silicon pentru pregătirea dispozitivelor hibrid sa dovedit a fi dificilă. O strategie pentru care a fost descris în Ref. [20].
Confirmare
 | Materialele de pe pagina web au fost prezentate de profesorul Gianfranco Cerofolini, Departamentul de Stiinta Materialelor, Universitatea Bicocca din Milano, Italia. |