|
Туннельная микроскопия. Свободная пленка sp1-углерода толщиной 27 нм помещалась на пленку золота. Толщина пленки определялась в атомно-силовом микроскопе по высоте ступеньки на краю пленки В противоположность данным АСМ, изображение, полученное в СТМ, выявляет структуру, относящуюся к подложке, состоящей из островков золота.
8.5 Примеры практического применения наноматериалов в информационно-измерительной технике
Активное развитие работ, проводимых ведущими исследовательскими центрами в области интеграции сегнетоэлектрических материалов в технологию микро- и наноэлектроники, связано с необходимостью решения задач, стоящих перед индустрией при переходе на новые гомологические нормы, а также с возможностями использования принципиально новых подходов при создании устройств приема, обработки и хранения информации.
Все более широкое применение в приборостроении, электронике находят сегнетоэлектрики, пьезо- и пиро-электрики, в связи со значительным прогрессом в области современных микро- и наноэлектронных технологий. Эти материалы особенно актуальны для современного и будущего приборостроения, основанного на микромеханике, микро- и наноэлектронике.
Среди современных применений «активных» диэлектриков следует отметить три особенно актуальных направления:
· тонкие сегнетоэлектрические пленки, интегрированные с полупроводниковыми элементами;
· микросистемы, объединяющие сенсоры, процессоры и актюаторы;
· СВЧ компоненты.
Применение пьезо- и пироэлектрических пленок стало расширяться быстрыми темпами с тех пор, как были найдена возможность соединения этих активных диэлектриков в одну монолитную структуру с полупроводниковыми процессорами. Такие интегрированные сегнетополупроводниковые устройства представляют собой ноое направление в электронной технике. В таких системах активные диэлектрики являются важной частью многофункциональных элементов, существенно расширяющих возможности полупроводниковых процессоров. Такие комбинированные устройства выполняют усилительные, генераторные, логические и исполнительные функции одновременно.
МЭМС (микроэлектромеханические системы) – это устройства, состоящие из электромеханических, оптических, электрических устройств, способные получать, передавать, обрабатывать измерительную информацию, реализовывать исполнительные операции. МЭМС могут включать в себя сенсоры, микропроцессор и актюаторы.
Активные диэлектрики имеют управляемую диэлектрическую проницаемость, обладают меньшим шумовым эффектом по сравнению с полупроводниками, способны осуществлять электромеханиеское преобразование.
Нелинейные материалы наиболее эффективны в окрестностях структурных преобразований, так как вблизи таких переходов устойчивое равновесие может быть нарушено воздействием внешних полей.
В настоящее время созданы и активно развиваются различные виды устройств, использующих нелинейные свойства сегнетоэлектрических материалов. Возможность переключения вектора спонтанной поляризации внешним электрическим полем применяется для создания энергонезависимых, высокоскоростных сегнетоэлектрических ЗУ (СЗУ).
Высокая диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков позволяет рассматривать их в качестве основного кандидата для решения проблемы диэлектрических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, прежде всего при создании конденсаторных элементов ЗУПВ (запоминающих устройств с произвольной выборкой) и СВЧ ИС с высокой удельной емкостью при минимальных топологических размерах, а также подзатворных диэлектриков транзисторных элементов ИС.
Пиро- и пьезоэлектрическая активность сегнетоэлектриков используется в конструкциях микроэлектромеханических систем (МЭМС), в том числе неохлаждаемых матричных приемников ИК-излучения. Возможность изменения емкости внешним полем и малые потери на СВЧ актуальна при конструировании различных СВЧ устройств, прежде всего фазовращательных элементов антенн с электронным сканированием.
Нелинейные оптические свойства сегнетоэлектриков вызывают интерес разработчиков электрооптических устройств обработки и записи информации. Одной из важнейших задач в данном направлении, является разработка перепрограммируемых СЗУ, обладающих высокими характеристиками по временам записи/выборки (сходными с ЗУПВ, так как время переключения поляризации сегнетоэлектрика составляет менее 2 нс), обеспечивающих энергонезависимое хранение информации с практически неограниченным числом циклов перезаписи (1012-1014) и возможность функционирования в экстремальных условиях.
Работы в данном направлении уже привели к созданию коммерческих производств и развиваются в сторону повышения степени интеграции СЗУ. Однако, в настоящее время технология СЗУ отстает от лидирующих производителей памяти, что связано с трудностью интеграции сегнетоэлектрической керамики в микроэлектронную технологию. Были разработаны элементы промышленной технологии СЗУ с использованием метода химического осаждения из растворов алкоксидов металлов.
|