Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии
Рассмотрены основные подходы и закономерности формирования и управления системой нанометровых атомарных кластеров как основной составляющей наноприборов. Предложена модель нанометрового электронного прибора (ЭП) на кластерной основе c возможностью локализации атомов натрия внутри полиэдрической Si-к...
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2003
|
| Schriftenreihe: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70587 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии / В.А. Дроздов, М.А. Дроздов, В.В. Ковальчук // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 1. — С. 12-16. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70587 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-705872025-02-23T17:34:35Z Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии Nanometer electronic devices. Perspective versions Дроздов, В.А. Дроздов, М.А. Ковальчук, В.В. Техническая политика Рассмотрены основные подходы и закономерности формирования и управления системой нанометровых атомарных кластеров как основной составляющей наноприборов. Предложена модель нанометрового электронного прибора (ЭП) на кластерной основе c возможностью локализации атомов натрия внутри полиэдрической Si-конфигурации. Работа с полупроводниковыми клатратами представляет собой альтернативную методику, которая может быть использована специалистами-нанотехнологами для изменения электрофизических параметров нм-ЭП. We present the general approaches of formation and management by systems of nanometer atomic clusters as the basic nanometer devices. The nanometer model of the electronic device (ED) is offered. The structure of the nm-ED is follows: Na-atom is inside polyhedral of Si-configuration. In this paper we stress that the work with Si-clathrate is alternative technique, which can be used by the experts – nanotechnologies for change of electro physical parameters nm-ED. 2003 Article Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии / В.А. Дроздов, М.А. Дроздов, В.В. Ковальчук // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 1. — С. 12-16. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70587 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техническая политика Техническая политика |
| spellingShingle |
Техническая политика Техническая политика Дроздов, В.А. Дроздов, М.А. Ковальчук, В.В. Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Рассмотрены основные подходы и закономерности формирования и управления системой нанометровых атомарных кластеров как основной составляющей наноприборов. Предложена модель нанометрового электронного прибора (ЭП) на кластерной основе c возможностью локализации атомов натрия внутри полиэдрической Si-конфигурации. Работа с полупроводниковыми клатратами представляет собой альтернативную методику, которая может быть использована специалистами-нанотехнологами для изменения электрофизических параметров нм-ЭП. |
| format |
Article |
| author |
Дроздов, В.А. Дроздов, М.А. Ковальчук, В.В. |
| author_facet |
Дроздов, В.А. Дроздов, М.А. Ковальчук, В.В. |
| author_sort |
Дроздов, В.А. |
| title |
Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии |
| title_short |
Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии |
| title_full |
Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии |
| title_fullStr |
Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии |
| title_full_unstemmed |
Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии |
| title_sort |
нанометровые электронные приборы. перспективные версии |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2003 |
| topic_facet |
Техническая политика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70587 |
| citation_txt |
Нанометровые электронные приборы. Перспективные версии / В.А. Дроздов, М.А. Дроздов, В.В. Ковальчук // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — № 1. — С. 12-16. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT drozdovva nanometrovyeélektronnyepriboryperspektivnyeversii AT drozdovma nanometrovyeélektronnyepriboryperspektivnyeversii AT kovalʹčukvv nanometrovyeélektronnyepriboryperspektivnyeversii AT drozdovva nanometerelectronicdevicesperspectiveversions AT drozdovma nanometerelectronicdevicesperspectiveversions AT kovalʹčukvv nanometerelectronicdevicesperspectiveversions |
| first_indexed |
2025-11-24T05:47:10Z |
| last_indexed |
2025-11-24T05:47:10Z |
| _version_ |
1849649508782178304 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
12
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
Áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò êëèìàòè÷åñêîå èñïîëíå-
íèå ïðèáîðîâ. Åñëè îáåñïå÷èòü âåðõíþþ ãðàíèöó
äèàïàçîíà ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð èçìåðèòåëüíûõ ïðè-
áîðîâ íà óðîâíå ìàêñèìàëüíîé òåìïåðàòóðû îêðó-
æàþùåãî âîçäóõà, òî ìîæíî îòêàçàòüñÿ îò ïðèìåíå-
íèÿ ñèñòåìû êîíäèöèîíèðîâàíèÿ ñòàíöèè. Â îòêëþ-
÷åííîì ñîñòîÿíèè ïðèáîðû äîëæíû âûäåðæèâàòü
óñëîâèÿ õðàíåíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùèå ãðàíè÷íûì êëè-
ìàòè÷åñêèì ïàðàìåòðàì îêðóæàþùåãî âîçäóõà.
Ïðè ðåàëèçàöèè âûøåèçëîæåííûõ ïîëîæåíèé ïî-
ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü âîîáùå îòêàçàòüñÿ îò ñèñòå-
ìû æèçíåîáåñïå÷åíèÿ ãàçîàíàëèòè÷åñêîãî èçìåðè-
òåëüíîãî êîìïëåêñà. Âñå íåîáõîäèìûå äëÿ ýòîãî ôóí-
êöèè ìîãóò âûïîëíÿòüñÿ èì ñàìèì. Ðåçêî ñíèæàþòñÿ
ãàáàðèòû, ìàññà, ýíåðãîïîòðåáëåíèå. Àâòîìàòè÷åñêàÿ
ñòàöèîíàðíàÿ ñòàíöèÿ ñòàíîâèòñÿ ìàëîãàáàðèòíûì
èçìåðèòåëüíûì ïðèáîðîì, êîòîðûé ìîæíî ðàçìåùàòü
íåïîñðåäñòâåííî «íà ñòîëáå». Ñòîèìîñòü ìàëîãàáà-
ðèòíîé ÀÑÊÇÀ ïðèáëèæàåòñÿ ê ñòîèìîñòè ñòàöèî-
íàðíîãî ìíîãîêîìïîíåíòíîãî ïðèáîðà äëÿ èçìåðå-
íèÿ ìèêðîêîíöåíòðàöèé âðåäíûõ âåùåñòâ. Ýòî ïî-
çâîëèò ñóùåñòâåííî ðàñøèðèòü ñåòü ïîñòîâ íåïðå-
ðûâíîãî àòìîñôåðíîãî ìîíèòîðèíãà è ïîëó÷àòü áî-
ëåå äîñòîâåðíóþ èíôîðìàöèþ î êîíöåíòðàöèÿõ è ìå-
ñòå ëîêàëèçàöèè âðåäíûõ âåùåñòâ â âîçäóõå íàñå-
ëåííûõ ïóíêòîâ.
Íà îñíîâå ÀÑÊÇÀ êàê ïåðâè÷íîãî äàò÷èêà âîç-
ìîæíî ñîçäàíèå èíôîðìàöèîííî-èçìåðèòåëüíûõ ñè-
ñòåì (ÈÈÑ) ðàçëè÷íîãî óðîâíÿ � íà÷èíàÿ îò ëîêàëü-
íûõ ñèñòåì êðóïíûõ ïðîìûøëåííûõ ïðåäïðèÿòèé,
ÈÈÑ ãîðîäîâ è íàñåëåííûõ ïóíêòîâ è äî ÈÈÑ ýêîëî-
ãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà ðåãèîíîâ è ñòðàíû â öåëîì.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçâîðà÷èâàåòñÿ ÈÈÑ ýêîëî-
ãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà â ã. Êèåâå. Ïîñëå çàâåðøå-
íèÿ ðàáîò ïî îïðåäåëåíèþ ïðåäñòàâèòåëüíûõ òî÷åê â
ãîðîäå ïëàíèðóåòñÿ ðàçâåðíóòü ñåòü èç øåñòíàäöàòè
ñòàíöèé ÀÑÊÇÀ, èíôîðìàöèÿ îò êîòîðûõ áóäåò ïîñòó-
ïàòü â Óïðàâëåíèå ýêîëîãèè è ïðèðîäíûõ ðåñóðñîâ
ãîðîäà.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Êàøèí À. Â., Ñèäîðîâ Â. À., Èëüèí À. È., Êàòèí Ñ. Â.
Èíôîðìàöèîííàÿ ñèñòåìà äëÿ êîíòðîëÿ çà çàãðÿçíåíèåì âîçäóõà //
Ãàçîâàÿ ïðîìûøëåííîñòü.� 1999.� ¹ 12.� Ñ. 66 � 67.
2. Àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðèòåëüíûå ñåòè äëÿ îõðàíû îêðóæàþ-
ùåé ñðåäû / Ïðîñïåêò ô. DORNIER, Ãåðìàíèÿ.
3. Mobile Air Pollution Monitoring Laboratory / Ïðîñïåêò
ô. HORIBA, ßïîíèÿ.
4. Ñèñòåìà êîíòðîëÿ çàãðÿçíåíèÿ àòìîñôåðíîãî âîçäóõà
SYSTEM 7000 / Ïðîñïåêò. ô. LEAR SIEGLER, ÑØÀ.
ÍÀÍÎÌÅÒÐÎÂÛÅ ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÏÐÈÁÎÐÛ.
ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÍÛÅ ÂÅÐÑÈÈ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
01.11 2002 ã.
Îïïîíåíò ä. ô.-ì. í. Â. Â. ÃÎËÎÂÀÍÎÂ
(Þæíîóêð. ïåä. óí-ò èì. Ê. Ä. Óøèíñêîãî,
ã. Îäåññà)
Ä. ô.-ì. í. Â. À. ÄÐÎÇÄÎÂ, ê. ô.-ì. í. Ì. À. ÄÐÎÇÄÎÂ,
ê. ô.-ì. í. Â. Â. ÊÎÂÀËÜ×ÓÊ
Óêðàèíà, Îäåññêèé èíñòèòóò Ñóõîïóòíûõ âîéñê, Þæíîóêðàèíñêèé
ãîñ. ïåäàãîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò èì. Ê. Ä. Óøèíñêîãî, ã. Îäåññà
E-mail: wladik@tekom.odessa.ua
Ðàññìîòðåíû îñíîâíûå ïîäõîäû è çàêî-
íîìåðíîñòè ôîðìèðîâàíèÿ è óïðàâëåíèÿ
ñèñòåìîé íàíîìåòðîâûõ àòîìàðíûõ
êëàñòåðîâ êàê îñíîâíîé ñîñòàâëÿþùåé
íàíîïðèáîðîâ.
Àíàëèç òåíäåíöèè ðàçâèòèÿ ñîâðåìåííîé ôèçèêè
íàíîìåòðîâîãî äèïàçîíà ïðèâîäèò ê çàêîíîìåðíîìó
âîïðîñó î âîçìîæíîñòè ñîçäàíèÿ ýëåêòðîííîãî ïðè-
áîðà (ÝÏ) ñ ãåîìåòðè÷åñêèìè ðàçìåðàìè â íåñêîëü-
êî àòîìîâ ëèáî îòäåëüíîé êâàçèìîëåêóëû. Êðîìå
òîãî, íåêîòîðûå òåõíîëîãè÷åñêèå ïðîöåññû, íàïðè-
ìåð ýëåêòðîííî-ëó÷åâàÿ ëèòîãðàôèÿ, ïîçâîëÿþò ñî-
çäàâàòü ïîëóïðîâîäíèêîâûå íàíîñòðóêòóðû ðàçìåðîì
ìåíåå 10 íì, ò. å. óæå ñåãîäíÿ ïîÿâëÿþòñÿ íîâûå ïðè-
áîðû, ãäå «ýêñïëóàòèðóþòñÿ» êâàíòîâûå ñâîéñòâà
ýëåêòðîíîâ [1�5].
Âåñüìà ïåðñïåêòèâíà èäåÿ ñîçäàíèÿ ýëåêòðîííîãî
ïðèáîðà, ãäå áû èñïîëüçîâàëñÿ îäíîýëåêòðîííûé
òðàíñïîðò íîñèòåëåé çàðÿäà. Ïðè åå ïðàêòè÷åñêîé ðå-
àëèçàöèè âîçíèêàåò íåñêîëüêî îñíîâíûõ ïðîáëåì, ðàç-
ðåøåíèå êîòîðûõ, âîçìîæíî, è îïðåäåëèò óñïåõ.
Ïðåæäå âñåãî, ýòî:
à) âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ ñâîéñòâàìè íàíî-
ñòðóêòóð ïóòåì âàðèàöèè ãåîìåòðèè è ñòðóêòóðíîãî
ñîñòàâà íàíîìåòðîâîãî ÝÏ;
á) ðàçðåøåíèå ìåõàíè÷åñêèõ çàäà÷ â íì-îáëàñòè
(ò. å. âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ ìåçîìåõàíèêè);
â) ðàçâèòèå òåõíîëîãè÷åñêèõ ìåòîäîâ ïðîèçâîä-
ñòâà íàíîìåòðîâîãî ÝÏ [3�5].
 íàñòîÿùåé ñòàòüå ïðîàíàëèçèðîâàíû âîçìîæíî-
ñòè ñîçäàíèÿ è ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ýëåêòðîííîãî ïðè-
áîðà, ðàçìåðû êîòîðîãî ëåæàò â íì-îáëàñòè.
Òåõíîëîãè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ, êîòîðûå ñâîéñò-
âåííû ñåãîäíÿøíèì ðåàëèÿì ïðè ïåðåõîäå ê
àòîìíîìó ìàñøòàáó, âûíóæäàþò èññëåäîâàòåëåé ñêðó-
ïóëåçíåå è êàê ìîæíî òî÷íåå ïðîâîäèòü èçó÷åíèå íà-
íîñòðóêòóð [1, 2, 6�8]. Â íì-ïðèáîðàõ êâàíòîâûå
ñâîéñòâà ýëåêòðîíîâ è àòîìîâ èãðàþò ðåøàþùóþ ðîëü,
à âîëíîâàÿ ïðèðîäà ýëåêòðîíîâ îïðåäåëÿåò õàðàêòåð
äâèæåíèÿ íîñèòåëåé ÷åðåç êàíàë. Åñëè øèðèíà êàíàëà
ñîèçìåðèìà ñ äëèíîé âîëíû ýëåêòðîíîâ, òî ëîêàëèçà-
öèÿ ýëåêòðîíîâ çàâèñèò îò àòîìíîé ñòðóêòóðû ìàòåðè-
àëà, åãî ìîðôîëîãèè, ÷òî, ñîáñòâåííî, è îïðåäåëÿåò
äîìèíèðóþùåå çíà÷åíèå ãåîìåòðèè íì-ïðèáîðà.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
13
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
Íåäàâíèé óñïåõ, äîñòèãíóòûé ñïåöèàëèñòàìè êîìïàíèè Lucent
Technologies â èññëåäîâàòåëüñêîì öåíòðå Bell Laboratories, âûâî-
äèò ïðîöåññ ìèíèàòþðèçàöèè ýëåêòðîííîé òåõíèêè íà ãðàíü ôè-
çè÷åñêèõ âîçìîæíîñòåé ìàòåðèàëüíîãî ìèðà. Ñ ïîìîùüþ ìåòîäà
ò. í. �õèìè÷åñêîé àâòîñáîðêè� ó÷åíûå ïîêðûëè ïàðó êðîøå÷íûõ
çîëîòûõ ýëåêòðîäîâ ñëîåì âåùåñòâà íà óãëåðîäíîé îñíîâå òîëùè-
íîé â îäíó-åäèíñòâåííóþ ìîëåêóëó. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ýëåêòðî-
äàìè ñîñòàâëÿëî 1�2 íì, ò. å. áûëî ïðèìåðíî â 20 ðàç ìåíüøå
äîñòèãíóòîãî ðàíåå ïðåäåëà. Îñîáî âàæíûì ÿâëÿåòñÿ è òî, ÷òî
óñòðîéñòâî ñíàáæåíî è òðåòüèì ýëåêòðîäîì, ïîçâîëÿþùèì åìó
ðàáîòàòü â êà÷åñòâå óñèëèòåëÿ èëè ïåðåêëþ÷àòåëÿ. Óñïåõ àìåðè-
êàíñêèõ ó÷åíûõ ïîäòâåðäèë ïðèíöèïèàëüíóþ âîçìîæíîñòü ñî-
çäàíèÿ íàíîòðàíçèñòîðîâ. Âìåñòå ñ òåì ñàìè ñïåöèàëèñòû ïðå-
äóïðåæäàþò, ÷òî ïîòðåáóåòñÿ åùå ñ äåñÿòîê ëåò, ÷òîáû òàêèå óñ-
òðîéñòâà ïðèøëè íà ñìåíó íûíåøíèì êðåìíèåâûì òðàíçèñòîðàì
â ýëåêòðîííûõ ìèêðîïðîöåññîðàõ [2].
 îòëè÷èå îò ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ, â íàíîòðàí-
çèñòîðàõ òóííåëüíûé ýôôåêò íàáëþäàåòñÿ â òîì ñëó-
÷àå, êîãäà äâà ìåòàëëè÷åñêèõ ýëåêòðîäà ðàçäåëåíû
ãåîìåòðè÷åñêèì áàðüåðîì â åäèíèöû íàíîìåòðîâ,
ò. å. áàðüåðîì â äåñÿòêè àòîìîâ. Â òàêîé ñèòóàöèè
ýëåêòðîíû, îáëàäàþùèå ýíåðãèåé Ôåðìè, ñïîñîáíû
òóííåëèðîâàòü ÷åðåç äèýëåêòðè÷åñêèé ñëîé. Ýëåêò-
ðè÷åñêèå ñâîéñòâà òóííåëüíîãî ïåðåõîäà çàâèñÿò îò
ïðîçðà÷íîñòè ýòîãî ñëîÿ äëÿ ýëåêòðîííûõ âîëí.  íà-
íîïðèáîðàõ èñïîëüçóåòñÿ òîò ôàêò, ÷òî åñëè ïåðåõîä
îáëàäàåò äîñòàòî÷íî áîëüøèì ñîïðîòèâëåíèåì, òî ïå-
ðåäà÷à «èíôîðìàöèè» ÷åðåç áàðüåð êâàíòóåòñÿ.
Ïðîöåññ êâàíòîâàíèÿ ìîæíî ïðîèëëþñòðèðîâàòü
íà ïðèìåðå ìîäåëè (ðèñ. 1), êîòîðóþ öåëåñîîáðàçíî
íàçâàòü îäíîýëåêòðîííûì ãåòåðîñëîåì.
Åñëè èñòî÷íèê íàïðÿæåíèÿ çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð
1 ÷åðåç îáû÷íûé ðåçèñòîð 2, òî ïîòåíöèàëüíàÿ íà-
ãðóçêà íà êîíäåíñàòîðå ñòðîãî ïðîïîðöèîíàëüíà íà-
ïðÿæåíèþ è íå ïðîÿâëÿåò íèêàêèõ ïðèçíàêîâ êâàí-
òîâàíèÿ. Íî åñëè îäíà èç ñòîðîí ïåðåõîäà ôîðìèðóåò
«îñòðîâîê», îêðóæåííûé èçîëÿöèîííûìè ìàòåðèàëà-
ìè, òî â ñëó÷àå çàìåíû äèýëåêòðèêà â êîíäåíñàòîðå
òóííåëüíûì ïåðåõîäîì (íà ðèñ. 1 ýòî ïðîìåæóòîê
ìåæäó ïëàñòèíàìè êîíäåíñàòîðà) ïåðåäà÷à íàãðóçêè
íà ýòîò «îñòðîâîê» áóäåò ïðîõîäèòü äèñêðåòíî
(êâàíòîâàíî), ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ íàïðÿ-
æåíèÿ (âîçíèêíîâåíèþ ò. í. «êóëîíîâñêîé ëåñòíè-
öû»). Òàêîé ýôôåêò íàáëþäàëñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî
[5, ñ. 160�161].
 îäíîýëåêòðîííîì ãåòåðîñëîå ïîòåíöèàëüíàÿ íà-
ãðóçêà íà ïåðåõîäå óïðàâëÿåòñÿ ïðèêëàäûâàåìûì íà-
ïðÿæåíèåì. Ïðè óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû èëè ïðîâî-
äèìîñòè áàðüåð óâåëè÷èâàåòñÿ, «ñòóïåíüêè» óìåíü-
øàþòñÿ è, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, ñëèâàþòñÿ â ïðÿìóþ
ëèíèþ, òèïè÷íóþ äëÿ îáû÷íîãî ðåçèñòîðà.
Ýôôåêò «êóëîíîâñêîé ëåñòíèöû» ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè îïðåäåëåí-
íûõ óñëîâèÿõ. Âî-ïåðâûõ, ýíåðãèÿ ýëåêòðîíîâ èç-çà òåïëîâûõ
êîëåáàíèé äîëæíà áûòü çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì êóëîíîâñêàÿ
ýíåðãèÿ, êîòîðàÿ íåîáõîäèìà äëÿ ïåðåìåùåíèÿ îòäåëüíîãî ýëåê-
òðîíà íà «îñòðîâîê», êîãäà ïðèëîæåííîå íàïðÿæåíèå ðàâíî íóëþ.
Ýòà ýíåðãèÿ ðàâíà e2/2C, ãäå e � çàðÿä ýëåêòðîíà, C � ïîëíàÿ
åìêîñòü êîíäåíñàòîðà («âîðîò») è òóííåëüíûõ ïåðåõîäîâ. Âî-
âòîðûõ, ñàì òóííåëüíûé ýôôåêò äîëæåí áûòü äîñòàòî÷íî ñëàáûì,
÷òîáû ïðåäîòâðàòèòü íàðàñòàíèå êîíöåíòðàöèè òóííåëèðóþùèõ
ýëåêòðîíîâ íà ýëåêòðîäàõ ïåðåõîäà, ïîñêîëüêó âîçìîæíî âîçíèê-
íîâåíèå õèìè÷åñêîãî ðàçäåëåíèÿ çàðÿäîâ â äèýëåêòðèêå. Ñîãëàñ-
íî òåîðåòè÷åñêèì îöåíêàì [9], ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðîâîäèìîñòü
òóííåëüíîãî ïåðåõîäà äîëæíà áûòü ãîðàçäî ìåíüøå, ÷åì êâàíò
ïðîâîäèìîñòè (2e2/h, ãäå h � ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà). Êîãäà âûïîë-
íÿþòñÿ îáà ýòè óñëîâèÿ, ïðîöåññû, ïðîèñõîäÿùèå â ñèñòåìå,
àíàëîãè÷íû ïðîÿâëåíèþ êðàòíîñòè çàðÿäà íà ìàñëÿíûõ êàïëÿõ,
êîòîðîå íàáëþäàë Ðîáåðò Ìèëëèêåí [10].
Ðàññìîòðèì ïîäðîáíåå ïðèíöèï ðàáîòû íàíî-
ïðèáîðà, â êîòîðîì èñïîëüçîâàí îäíîýëåêòðîííûé
òðàíñïîðò. Â êîíñòðóêöèè ïðèáîðà ïðåäóñìàòðèâàþò-
ñÿ äâà èçîëèðîâàííûõ ïåðåõîäà � äëÿ âõîäà è âûõî-
äà îòäåëüíûõ íîñèòåëåé òîêà, íàïðèìåð, ýëåêòðîíîâ
(ðèñ. 2). Òàêîé ïðèáîð ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ïî-
ëåâîé òðàíçèñòîð, â êîòîðîì êàíàë çàìåíåí äâóìÿ òóí-
íåëüíûìè ïåðåõîäàìè 1, ôîðìèðóþùèìè ìåòàëëè-
÷åñêèé «îñòðîâîê»* 2. Íàïðÿæåíèå, ïðèêëàäûâàåìîå
ê ýëåêòðîäó ïåðåõîäà, âàðüèðóåò ïëîòíîñòü ýíåðãèè,
íåîáõîäèìóþ äëÿ èçìåíåíèÿ êîíöåíòðàöèè íîñèòåëåé
íà «îñòðîâêå».
Èç ôèçè÷åñêèõ ñîîáðàæåíèé ïîíÿòíî, ÷òî îäíî-
ýëåêòðîííûå òðàíçèñòîðû ìîãóò áûòü äâóõ òèïîâ �
«ìåòàëëè÷åñêèå» è «ïîëóïðîâîäíèêîâûå», â çàâèñè-
ìîñòè îò ïðèíöèïà ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçäåëåíèÿ
òóííåëüíûõ áàðüåðîâ. Ïåðâîíà÷àëüíûì âàðèàíòîì
îäíîýëåêòðîííîãî òðàíçèñòîðà áûëà «ìåòàëëè÷åñêàÿ»
ìîäåëü, ïðåäëîæåííàÿ Ôóëòîíîì è Äîëàíîì [12]. Ýòè
èññëåäîâàòåëè èñïîëüçîâàëè òîíêóþ àëþìèíèåâóþ
ôîëüãó, ñëóæàùóþ òàêæå ìàòåðèàëîì äëÿ èçãîòîâ-
ëåíèÿ ýëåêòðîäîâ. ×åðåç òåíåâóþ ìàñêó ìåòàëë èñ-
ïàðÿëñÿ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ýìèòòåðà, áàçû è êîëëåê-
òîðà. Òóííåëüíûå ïåðåõîäû ôîðìèðîâàëèñü çà ñ÷åò
åñòåñòâåííîãî îêèñëåíèÿ ìåòàëëà. Âòîðîé ñëîé ìå-
òàëëà, èçìåíåííûé ïî îòíîøåíèþ ê ïåðâîìó ïóòåì
âðàùåíèÿ îáðàçöà, èñïàðÿëñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû
ñôîðìèðîâàòü «îñòðîâîê».
 ïîëóïðîâîäíèêîâîé ìîäåëè íì-ïðèáîðà ýìèò-
òåð, áàçà è êîëëåêòîð ìîãóò áûòü ñîçäàíû çà ñ÷åò
óìåíüøåíèÿ îáëàñòè ëîêàëèçàöèè äâóõìåðíîãî ýëåêò-
ðîííîãî ãàçà, âîçíèêàþùåãî â èíòåðôåéñå ìåæäó
äâóìÿ ñëîÿìè ïîëóïðîâîäíèêà, íàïðèìåð, òèïà
AlGaAs è GaAs [2].  ýòîì ñëó÷àå îáëàñòü ïðîâîäè-
ìîñòè îïðåäåëÿåòñÿ ìåòàëëè÷åñêèìè ýëåêòðîäàìè,
ñîçäàííûìè íàä ñëîåì ïîëóïðîâîäíèêà. Îòðèöàòåëü-
íûé ïîòåíöèàë, ïðèêëàäûâàåìûé ê ýòèì ýëåêòðîäàì,
óìåíüøàåò êîíöåíòðàöèþ ýëåêòðîííîãî ãàçà âáëèçè
* Ñîáñòâåííî «îñòðîâêîâûå» ñòðóêòóðû èññëåäîâàëèñü ðàçëè÷-
íûìè àâòîðàìè, ñì., íàïðèìåð, [11].
Ðèñ. 2. Ìîäåëü íàíî-
ïðèáîðà ñ îäíîýëåêò-
ðîííûì òðàíñïîðòîì
+
�
2
1
Ðèñ. 1. Ìîäåëü îäíî-
ýëåêòðîííîãî ãåòåðîñëîÿ
1
2
U
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
14
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
íèõ. Òàêèå îáëàñòè ñ ìàëîé êîíöåíòðàöèåé ýëåêòðî-
íîâ ìîãóò áûòü äîñòàòî÷íî óçêèìè, ÷òî ñïîñîáñòâóåò
òóííåëèðîâàíèþ íîñèòåëåé ìåæäó èñòî÷íèêîì, ýëåê-
òðîäîì («îñòðîâêîì») è ñòîêîì. Äðóãèìè ñëîâàìè,
ýëåêòðîä, êîòîðûé ôîðìèðóåò «îñòðîâîê», ìîæåò èñ-
ïîëüçîâàòüñÿ êàê ýëåêòðîä ïåðåõîäà. Â òàêîé ìîäåëè
«îñòðîâîê» ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê êâàíòîâóþ òî÷-
êó, ïîñêîëüêó ýëåêòðîíû çäåñü «áëîêèðîâàíû» âî âñåõ
òðåõ íàïðàâëåíèÿõ. Ïðèìåðîì êâàíòîâîé òî÷êè ìî-
ãóò áûòü àòîìàðíûå êëàñòåðíûå ñèñòåìû, íàíî-
ñòðóêòóðû [6].
Çà ïîñëåäíèå íåñêîëüêî ëåò èññëåäîâàòåëè èç Òåõ-
íîëîãè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà Äåëüôè (Íèäåðëàíäû) è
Òîêèéñêîãî èíñòèòóòà òâåðäîãî òåëà (ßïîíèÿ) ïîêà-
çàëè, ÷òî êâàíòîâûå òî÷êè âåäóò ñåáÿ ïîäîáíî èñ-
êóññòâåííûì êâàçèìîëåêóëàì [13,14].
Íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíûì ïðåäñòàâëÿåòñÿ èçó÷åíèå
ïðîöåññîâ â íàíîòðóáêàõ, íàíîïðîâîëîêàõ è ñôåðî-
ïîäîáíûõ êëàñòåðàõ [4], ãäå ïðîÿâëÿåòñÿ êóëîíîâñ-
êàÿ áëîêàäà åäèíñòâåííîãî íîñèòåëÿ òîêà íà ìîíî-
àòîìíîì «îñòðîâêå».
Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷, ñâÿçàííûõ ñ èññëåäîâàíèåì
àòîìíîé, ýëåêòðîííîé è ôîíîííîé ñòðóêòóð êëàñòåð-
íûõ ñèñòåì, çà÷àñòóþ èñïîëüçóþò ñõåìó ìîëåêóëÿð-
íî-äèíàìè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ [8, 9]. Òàêîé ìî-
äåëüíûé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ïðîñëåäèòü íå òîëüêî çà
ñòðóêòóðíûìè ïåðåñòðîéêàìè êëàñòåðîâ, íî òàêæå ïðî-
àíàëèçèðîâàòü èõ ýëåêòðîôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè.
 êà÷åñòâå ïðèìåðà èñïîëüçîâàíèÿ êëàñòåðîâ â íà-
íîïðèáîðàõ ðàññìîòðèì ñëåäóþùóþ ñèñòåìó: ìåòàë-
ëè÷åñêèé êëàñòåð (äëÿ îïðåäåëåííîñòè èìåþùèé ñôå-
ðè÷åñêóþ ôîðìó ðàäèóñîì R), êîòîðûé ïîìåùåí â
äèýëåêòðè÷åñêóþ ìàòðèöó ñ ïðîíèöàåìîñòüþ ε. Î÷å-
âèäíî, ÷òî ïîòåíöèàë òàêîãî êëàñòåðà U=q/C, ãäå q
� ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä, Ñ=εR � åìêîñòü êëàñòåðà.
Äëÿ êëàñòåðà ðàçìåðîì â íåñêîëüêî íàíîìåòðîâ
Ñ≈10�18 Ô. Ïîýòîìó îäèí ýëåêòðîí, ïîìåùåííûé â
òàêîé êëàñòåð, ñîçäàåò ïîòåíöèàë, ñîîòâåòñòâóþùèé
âåëè÷èíå 0,1 Â. Òàêîå çíà÷åíèå ïîòåíöèàëà âïîëíå
äîñòàòî÷íî äëÿ êóëîíîâñêîé áëîêàäû òðàíñïîðòà äðó-
ãèõ ýëåêòðîíîâ, ÷òî îòêðûâàåò ñîâåðøåííî íåâåðî-
ÿòíûå èíûå âîçìîæíîñòè äëÿ ñîçäàíèÿ íîâîãî êëàñ-
ñà ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ, ò. í. îäíîýëåêòðîííûõ
ïðèáîðîâ. Óæå ðàçðàáîòàíî íåñêîëüêî òèïîâ òàêèõ
ïðèáîðîâ: ïîëåâûå òðàíçèñòîðû, óïðàâëÿåìûå îäè-
íî÷íûì ýëåêòðîíîì íà çàòâîðå, îäíîýëåêòðîííûé
àíàëîã áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, «îäíîýëåêòðîííûé
íàñîñ» è äð. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà îäíîýëåêòðîí-
íîãî ýëåìåíòà ïàìÿòè èçîáðàæåíà íà ðèñ. 3.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðàêòè÷åñêàÿ ðåàëèçàöèÿ òà-
êèõ ñòðóêòóð, êàê ïðàâèëî, îñíîâàíà íà èñïîëüçîâà-
íèè ïðåöèçèîííîé ëèòîãðàôèè òîíêèõ ìåòàëëè÷åñêèõ
ïëåíîê èëè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñëîåâ ñ äâóõìåðíûì
ãàçîì. Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçðåøåíèå, õàðàêòåðíîå
äëÿ ýòîãî ïîäõîäà, êàê ïðàâèëî, íå ïîçâîëÿåò ñîçäàòü
îáúåêòû äîñòàòî÷íî ìàëîãî ðàçìåðà, ÷òî îãðàíè÷è-
âàåò ðàáî÷óþ òåìïåðàòóðó òàêèõ óñòðîéñòâ íà óðîâíå
òåìïåðàòóðû æèäêîãî ãåëèÿ è íèæå. Ñëåäóåò, îäíàêî,
îòìåòèòü çíà÷èòåëüíûé ïðîãðåññ ýòîé òåõíîëîãèè,
êîòîðûé äîñòèãíóò â ïîñëåäíåå âðåìÿ. Òàê, â [2�5]
ñîîáùàåòñÿ î ñîçäàíèè îäíîýëåêòðîííîé ïàìÿòè, ðà-
áîòàþùåé ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå, íà îñíîâå ïî-
ëåâîãî òðàíçèñòîðà ñ î÷åíü óçêèì êàíàëîì è ïëàâà-
þùèì çàòâîðîì íàíîìåòðîâîãî ðàçìåðà. Èíôîðìà-
öèÿ îá èññëåäîâàíèè àòîìàðíûõ êëàñòåðîâ, ïðåäñòàâ-
ëåííàÿ â îáçîðå [6], òàêæå ïîçâîëÿåò íàäåÿòüñÿ íà
ñêîðóþ òåõíîëîãè÷åñêóþ ðåàëèçàöèþ ïðîåêòà ïîëó-
÷åíèÿ êëàñòåðîâ ðàçìåðîì â åäèíèöû íàíîìåòðîâ, ÷òî
ÿâëÿåòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî ïåðñïåêòèâíûì äëÿ ñîçäàíèÿ
îäíîýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ, ðàáîòàþùèõ ïðè êîìíàò-
íûõ òåìïåðàòóðàõ.
Çàìåòèì, ÷òî õîòÿ êëàñòåðû â ïîëóïðîâîäíèêàõ
íà÷àëè ïðèâëåêàòü ïðèñòàëüíîå âíèìàíèå èññëåäîâà-
òåëåé îòíîñèòåëüíî íåäàâíî (ïîñëåäíèå 25 ëåò), â òåõ-
íîëîãèè êëàñòåðîôîðìèðîâàíèÿ óæå èìååòñÿ çíà÷è-
òåëüíûé ïðîãðåññ.  ðÿäå ïðàêòè÷åñêè âàæíûõ ñëó-
÷àåâ óäàåòñÿ êîíòðîëèðîâàòü õèìè÷åñêèé ñîñòàâ, ðàç-
ìåð, êîíöåíòðàöèþ è ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæå-
íèå êëàñòåðîâ â ïîëóïðîâîäíèêå. Ïðîãðåññ â òåõíî-
ëîãèè ïîëó÷åíèÿ êëàñòåðîâ ïîçâîëÿåò óæå ñåãîäíÿ
èñïîëüçîâàòü èõ â ïðèáîðàõ ïîëóïðîâîäíèêîâîé
ýëåêòðîíèêè.
Âåñüìà ïåðñïåêòèâíû èññëåäîâàíèÿ ñîñòîÿíèé
ïîçèòðîíèÿ (Ps) â òâåðäîòåëüíûõ ìàòðèöàõ è,
â ÷àñòíîñòè, â âûñîêîäèñïåðñíûõ ìàòåðèàëàõ, ñîäåð-
æàùèõ êâàíòîâóþ òî÷êó ñ ðàçâèòîé âíóòðåííåé ïî-
âåðõíîñòüþ. Îáðàçîâàâøèåñÿ â îáúåìå âåùåñòâà àòî-
ìû Ps ìîãóò äèôôóíäèðîâàòü â ïîëîñòè-ïîðû è íà-
êàïëèâàòüñÿ òàì â áîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ.
Îäíîêâàíòîâàÿ àííèãèëÿöèÿ ñâîáîäíîé ïàðû (å+�
å�) íåâîçìîæíà â ñèëó çàêîíîâ ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè è
èìïóëüñà. ×èñëî êâàíòîâ, â çàâèñèìîñòè îò îðèåí-
òàöèè ñïèíîâ ÷àñòèö, îáû÷íî ðàâíî 2 èëè 3. Çäåñü
äåéñòâóåò ñïåöèôè÷åñêèé êâàíòîâûé çàêîí ñîõðàíå-
íèÿ çàðÿäîâîé ÷åòíîñòè, ñîãëàñíî êîòîðîìó, íàïðèìåð,
àííèãèëÿöèÿ ñ èçëó÷åíèåì ÷åòíîãî ÷èñëà γ-êâàíòîâ
âîçìîæíà ëèøü èç ñèíãëåòíîãî ñîñòîÿíèÿ, êîãäà ñïèíû
÷àñòèö àíòèïàðàëëåëüíû è ïîëíûé ñïèí ðàâåí íóëþ.
 ïðîòèâîïîëîæíîñòü ýòîìó, èç òðèïëåòíîãî ñîñòîÿ-
íèÿ, â êîòîðîì ñïèíû ÷àñòèö ïàðàëëåëüíû è ïîëíûé
ñïèí àòîìà ðàâåí åäèíèöå, âîçìîæíà àííèãèëÿöèÿ
ëèøü â íå÷åòíîå ÷èñëî êâàíòîâ. Ðåãèñòðàöèÿ äàæå
åäèíè÷íûõ γ-êâàíòîâ òðóäà íå ñîñòàâëÿåò, è ýòî ïî-
çâîëÿåò ôàêòè÷åñêè ïðîñëåäèòü çà âîçíèêíîâåíèåì
åäèíè÷íûõ àòîìîâ Ps.
 îáû÷íûõ óñëîâèÿõ ýêñïåðèìåíòà êîíöåíòðàöèÿ
Ps â âåùåñòâå íå ïðåâûøàåò îäíîãî àòîìà íà êóáè-
÷åñêèé ñàíòèìåòð.
Ïðèåìû «ñëåæêè» çà Ps ðàçíîîáðàçíû è ïî âîç-
ìîæíîñòÿì äîïîëíÿþò äðóã äðóãà. Â ëàáîðàòîðíûõ
óñëîâèÿõ èñòî÷íèêîì ïîçèòðîíîâ îáû÷íî ñëóæèò êà-
Si-ïîäëîæêà
Si-îêñèä
Çàòâîð Êâàíòîâàÿ
òî÷êà
Êàíàë
Ðèñ. 3. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà ïàìÿòè ñ íàíîðàç-
ìåðíûì êëàñòåðîì â êà÷åñòâå ïëàâàþùåãî çàòâîðà íà
îñíîâå îäíîýëåêòðîííîãî òðàíñïîðòà
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
15
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
êîé-ëèáî β+-àêòèâíûé ýëåìåíò, ÷àùå âñåãî èñêóñ-
ñòâåííûé èçîòîï ìåäè Ñè64 èëè íàòðèÿ Na22. Îñîáåí-
íî óäîáåí íàòðèé. Åãî ðàñïàä, ñîïðîâîæäàþùèéñÿ
èñïóñêàíèåì íåéòðèíî (ν), ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ
âîçáóæäåííîãî ÿäðà íåîíà Ne22*, êîòîðîå áûñòðî,
ïî÷òè ìãíîâåííî, ñïóñòÿ ìåíåå ÷åì 10�11 ñ, èñïóñêà-
åò ãàììà-êâàíò ñ ýíåðãèåé 1,28 ÌýÂ è ïåðåõîäèò â
îñíîâíîå ñîñòîÿíèå:
Na22 → Ne22*+å++ν;
Ne22* → Ne22 + ν.
Ðåãèñòðàöèÿ γ-êâàíòà òàêîé ýíåðãèè � ýòî îäíî-
âðåìåííî è ðåãèñòðàöèÿ ìîìåíòà ðîæäåíèÿ ïîçèòðî-
íà, âñÿ æèçíü êîòîðîãî äî àêòà àííèãèëÿöèè îêàçû-
âàåòñÿ â ïîëå çðåíèÿ ýêñïåðèìåíòàòîðà. Â ìîìåíò
ðîæäåíèÿ ïîçèòðîí èìååò ñêîðîñòü, ñîèçìåðèìóþ ñî
ñêîðîñòüþ ñâåòà. Íî ïîïàäàÿ â âåùåñòâî, îí áûñòðî
òîðìîçèòñÿ, ðàñõîäóÿ áîëüøóþ ÷àñòü ïåðâîíà÷àëü-
íîé ýíåðãèè íà èîíèçàöèþ ñðåäû. Òåîðèÿ èîíèçàöè-
îííûõ ïîòåðü î÷åíü íàäåæíà è ïîçâîëÿåò ñ õîðîøåé
òî÷íîñòüþ ðàññ÷èòàòü âðåìÿ, íåîáõîäèìîå äëÿ òîð-
ìîæåíèÿ [15].
Îïðåäåëÿÿ âåðîÿòíîñòü òðåõ÷àñòè÷íîé γ-àííèãèëÿ-
öèè, èçìåðÿÿ âðåìÿ æèçíè ïîçèòðîíà è óãëîâóþ êîð-
ðåëÿöèþ, ò. å. ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå àííè-
ãèëèðóþùèõ êâàíòîâ, óäàåòñÿ äîâîëüíî òî÷íî âîñ-
ñòàíîâèòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü è õàðàêòåð âçàèìîäåé-
ñòâèé ïîçèòðîíà è Ps ñ àòîìàìè âåùåñòâà, ÷òî ïðåä-
ñòàâëÿåò èñêëþ÷èòåëüíî áîëüøîé èíòåðåñ è äëÿ òåî-
ðåòè÷åñêîé õèìèè, è äëÿ ðÿäà âàæíûõ ïðàêòè÷åñêèõ
ïðèëîæåíèé.
 ãàçàõ ðåëÿòèâèñòñêèé ïîçèòðîí òîðìîçèòñÿ
äî ñêîðîñòåé âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ àòîìîâ ñðåäû
(~107 ñì/ñ) çà 10�9 ñ. Â æèäêîñòÿõ ýòî âðåìÿ ïî÷òè â
1000 ðàç ìåíüøå. Ïîçèòðîí, èìåÿ ñêîðîñòü, áëèçêóþ
ê ñêîðîñòè âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ, ñïîñîáåí ïîäõâà-
òèòü êàêîé-íèáóäü èç íèõ, îáðàçîâàâ àòîì Ps:
å++À → Ps+À+.
Ñðàçó æå ïîñëå îáðàçîâàíèÿ íîâûé àòîì Ps åùå
î÷åíü «ãîðÿ÷», åãî ýíåðãèè (ïîðÿäêà 10 ýÂ) ñîîò-
âåòñòâóåò òåìïåðàòóðà ~130000°Ñ. Íî ïîñëå íå-
ñêîëüêèõ ñîóäàðåíèé ñ àòîìàìè ñðåäû îí «îñòûâà-
åò», åãî ýíåðãèÿ ñòàíîâèòñÿ ïðèìåðíî ðàâíîé ýíåð-
ãèè àòîìîâ îêðóæåíèÿ (~0,1 ýÂ).
Åñòåñòâåííîå âðåìÿ æèçíè Ps, ò. å. âðåìÿ æèçíè â
âàêóóìå, çàâèñèò îò åãî ïîëíîãî ñïèíà. Òðåõêâàíòî-
âàÿ àííèãèëÿöèÿ ìåíåå âåðîÿòíà, ÷åì äâóõêâàíòîâàÿ.
Ïîýòîìó âðåìÿ æèçíè òðèïëåòíîãî Ps â âàêóóìå ïðè-
ìåðíî â 1000 ðàç áîëüøå, ÷åì ñèíãëåòíîãî, êîòîðûé
àííèãèëèðóåò ñïóñòÿ 1,25·10�10 ñ ïîñëå îáðàçîâàíèÿ.
 âåùåñòâå âðåìÿ æèçíè òðèïëåòíîãî Ps çíà÷èòåëüíî
ìåíüøå, ÷åì â âàêóóìå. Ïðè÷èíà � ðàçëè÷íûå ãàñÿ-
ùèå ïðîöåññû âçàèìîäåéñòâèÿ Ps ñ àòîìàìè ñðåäû.
Âîçìîæíà, íàïðèìåð, àííèãèëÿöèÿ ïîçèòðîíà òðèï-
ëåòíîãî Ps íå íà ñâîåì ýëåêòðîíå (îíà çàòîðìîæåíà
çàêîíîì ñîõðàíåíèÿ çàðÿäîâîé ÷åòíîñòè), à íà «÷ó-
æîì» ýëåêòðîíå àòîìà ñðåäû. Ïîñêîëüêó ñïèí ýëåêò-
ðîíà ñðåäû ìîæåò èìåòü îðèåíòàöèþ, ïðîòèâîïîëîæ-
íóþ ñïèíó ýëåêòðîíà Ps, ýòîò ïðîöåññ ñîïðîâîæäà-
åòñÿ èçëó÷åíèåì äâóõ γ-êâàíòîâ.
Êðîìå òîãî, âîçìîæåí è ïðÿìîé îáìåí äâóõ ýëåêò-
ðîíîâ ñ ïðîòèâîïîëîæíûìè ñïèíàìè, ïåðåâîäÿùèé
îðòî-Ps â ïàðà-Ps, êîòîðûé áûñòðî àííèãèëèðóåò (ýòî
ò. í. îðòî-ïàðà-êîíâåðñèÿ). Êîíâåðñèîííîå òóøåíèå
îñîáåííî ýôôåêòèâíî ïðè íàëè÷èè ïàðàìàãíèòíûõ
öåíòðîâ, èìåþùèõ íåñïàðåííûå è ïîòîìó ëåãêî îá-
ìåíèâàåìûå ýëåêòðîíû. Äàæå â íè÷òîæíûõ êîíöåíò-
ðàöèÿõ (äî 0,001%) òàêèå ïðèìåñè ìîãóò çàìåòíî èç-
ìåíÿòü ýôôåêòèâíîå âðåìÿ æèçíè Ps â ñðåäå. Íà ýòîì
ïðèíöèïå îñíîâàí î÷åíü èíòåðåñíûé ìåòîä êîíâåð-
ñèîííîãî äåòåêòèðîâàíèÿ ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ, êî-
òîðûå èãðàþò âàæíåéøóþ ðîëü â êèíåòèêå ìíîãèõ
ïðàêòè÷åñêè âàæíûõ õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ.
Ñîçäàíèå íîâûõ ñèñòåì òðåáóåò îïðåäåëåííîé èí-
æåíåðíî-èññëåäîâàòåëüñêîé ñíîðîâêè, ïîñêîëüêó
íóæíî ïðîÿâèòü èíòóèöèþ, ÷òîáû ðàñïîëîæèòü àòî-
ìû â êâàçèìîëåêóëå ïî çàðàíåå îáäóìàííîé ñõåìå è
òåì ñàìûì ïîëó÷èòü íîâûå ñâîéñòâà. Íåêîòîðûå èç
ïîëó÷àåìûõ ïðè ýòîì êëàñòåðîâ ïðîÿâëÿþò íåîáûêíî-
âåííûå ñâîéñòâà.
Ó÷èòûâàÿ îïûò, íàêîïëåííûé õèìèêàìè â èñ-
ñëåäîâàíèè ïîëèýäðè÷åñêèõ ñèñòåì, èìåþùèõ
âíóòðè «çàêàïñóëèðîâàííûå» àòîìû äðóãîãî ñîðòà è
ïîëó÷èâøèõ íàçâàíèå � «êëàòðàòû» (clathrate), ìîæ-
íî âûäâèíóòü ìîäåëü íàíîìåòðîâîãî ýëåêòðîííîãî
ïðèáîðà, «ïîñòðîåííîãî» íà êëàñòåðíîé îñíîâå. Âíóò-
ðè ïîëèýäðè÷åñêîé êëàñòåðíîé êîíôèãóðàöèè (ìîëå-
êóëÿðíî äèíàìè÷åñêîå èçó÷åíèå ïîëèýäðè÷åñêèõ
ñòðóêòóð íà îñíîâå Si ïðî-
âîäèëîñü àâòîðàìè [6, 8,
16]) âîçìîæíà ëîêàëèçà-
öèÿ àòîìîâ íàòðèÿ, êàê ýòî
ïîêàçàíî íà ðèñ. 4. Ëîêà-
ëèçàöèÿ àòîìà íàòðèÿ âíóò-
ðè êðåìíèåâîãî ïîëèýäðà
âûçûâàåò ïåðåðàñïðåäåëå-
íèå ýëåêòðîííîé ïëîòíîñ-
òè ñèñòåìû. Èëëþñòðàöè-
åé ýòîãî ñëóæàò êîíòóðíûå
êàðòû ýëåêòðîííîé ïëîòíî-
ñòè (ðèñ. 5), ðàññ÷èòàííûå
â ðàìêàõ ìåòîäà ôóíêöèî-
íàëà ýëåêòðîííîé ïëîòíî-
ñòè [14, 17]. Ñàìî ïî ñåáå
îáðàçîâàíèå ïîëèýäðè÷åñ-
êîé ñòðóêòóðû ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ óäåëüíîãî
îáúåìà êëàñòåðà (ïî ñðàâíåíèþ ñ àëìàçîïîäîáíîé
ñòðóêòóðîé). Òàêîå «ðàñïóõàíèå» ñòàíîâèòñÿ ïðè÷è-
íîé óâåëè÷åíèÿ øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû ∆Eg èç-
Ðèñ. 5. Ðàñïðåäåëåíèå ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè â ïîëèýä-
ðè÷åñêèõ êëàñòåðàõ êðåìíèÿ (46 àòîìîâ), íå ñîäåðæàùèõ
(ñëåâà) è ñîäåðæàùèõ àòîì íàòðèÿ
Si
Na
Si
Na Na
Na Na
Si
Si
Si
Si
Na
Si
Ðèñ. 4. Ëîêàëèçàöèÿ àòî-
ìà íàòðèÿ â öåíòðå ïîëè-
ýäðè÷åñêîãî êëàñòåðà
êðåìíèÿ, îáëàäàþùåãî
ñèììåòðèåé Td
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2003, ¹ 1
16
ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÏÎËÈÒÈÊÀ
çà èçìåíåíèÿ óãëîâ ìåæäó õèìè÷åñêèìè ñâÿçÿìè â
êëàñòåðå (äëÿ 46-àòîìíîãî êðåìíèåâîãî ïîëèýäðà ðàñ-
øèðåíèå çîíû ñîñòàâëÿåò 0,65 ýÂ, ò. å. ∆Eg ≈1,75 ýÂ).
Ðàáîòà ñ ïîëóïðîâîäíèêîâûìè êëàòðàòàìè � ýòî,
ïî ñóòè äåëà, àëüòåðíàòèâíàÿ ìåòîäèêà, êîòîðàÿ ìî-
æåò áûòü èñïîëüçîâàíà èíæåíåðàìè äëÿ èçìåíåíèÿ
çíà÷åíèÿ øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû è ñâÿçàííûõ ñ
íåé ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ çà ñ÷åò èçìåíå-
íèÿ ãåîìåòðèè ñòðóêòóðû áåç íàãíåòàíèÿ êèñëîðîäà â
ìàòåðèàë.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ èññëåäîâàòåëè ïûòàþòñÿ ñî-
çäàòü íîâûå êëàñòåðíûå ñèñòåìû, çàñòàâëÿÿ ðåàãèðî-
âàòü ìåæäó ñîáîé òå, êîòîðûå óæå ñóùåñòâóþò (çà-
ìåòèì, ÷òî ïîëèýäð èç 46 àòîìîâ êðåìíèÿ ïðåäñòàâ-
ëÿåò ñîáîé ñèñòåìó ñîåäèíåííûõ ïîëèýäðîâ ìåíüøå-
ãî ðàçìåðà: 20- è 26-àòîìíîãî êëàñòåðîâ, îïèñàííûõ
â [8, 16�18]).
***
Òàêèì îáðàçîì, ðàññìîòðåíû îñíîâíûå ïîäõîäû
è çàêîíîìåðíîñòè ôîðìèðîâàíèÿ è óïðàâëåíèÿ ñèñ-
òåìîé íàíîìåòðîâûõ àòîìàðíûõ êëàñòåðîâ êàê îñíîâ-
íîé ñîñòàâëÿþùåé íàíîïðèáîðîâ. Ýòî ïîçâîëÿåò ðàñ-
ñ÷èòûâàòü íà òî, ÷òî óæå â íåäàëåêîì áóäóùåì ñòàíåò
âîçìîæíûì ñîçäàíèå ýôôåêòèâíûõ ñâåòîèçëó÷àòåëü-
íûõ ïðèáîðîâ íà îñíîâå êëàñòåðíîãî êðåìíèÿ è ðåà-
ëèçàöèþ îäíîýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ, ðàáîòàþùèõ ïðè
êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Õàéðóòäèíîâ Ð. Ô. Õèìèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ íàíî÷àñòèö
// Óñïåõè õèìèè.� 1998.� Ò. 67.� Ñ. 125�139.
2. Ìèëüâèäñêèé Ì. Ã., ×àëäûøåâ Â. Â. Íàíîðàçìåðíûå àòîì-
íûå êëàñòåðû â ïîëóïðîâîäíèêàõ � íîâûé ïîäõîä ê ôîðìèðîâà-
íèþ ñâîéñòâ ìàòåðèàëîâ // ÔÒÏ.� 1998.� Ò. 32, ¹ 5.�
C. 513�522.
3. Devoret M. H., Esteve D., Urbina C. Single-electron transfer in
metallic nanostructures // Nature.� 1992.� Vol. 360.� P. 547�553.
4. Shirakashi J. Single-electron charging effects in Nb/Nb oxide-
based single-electron transistors at room temperature // Appl. Phys.
Lett.� 1998.� Vol. 72.� Ð. 1893�1899.
5. Sohn L. L., Kouwenhoven L. P., Schoen G. Mesoscopic elec-
tron transport.� Dordrecht: Kluwer (Nato series),1997.
6. Êîâàëü÷óê Â. Â. Óëüòðàäèñïåðñíûå ñóáôàçû â ìîëåêóëÿð-
íîé ýëåêòðîíèêå // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé
àïïàðàòóðå.� 2002.� ¹ 3.� Ñ. 6�14.
7. Tanaka K. Nanotechnology towards the 21st century // Thin
Sol. Films.� 1999.� Vol. 341.� P. 120�125.
8. Êîâàëü÷óê Â. Â. Òåîðåòè÷íå îá´ðóíòóâàííÿ øòó÷íîãî ñèí-
òåçóâàííÿ êëàñòåðíèõ ñïîëóê íà îñíîâ³ êðåìí³þ // Ô³çèêà êîíäåí-
ñîâàíèõ âèñîêîìîëåêóëÿðíèõ ñèñòåì.� 2002.� ¹ 9.� Ñ. 27�31.
9. Õàëäååâ Ã. Â., Ïåòðîâ Ñ. Í. Êîìïüþòåðíîå ìîäåëèðîâàíèå
ýëåêòðîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ íà ìåæôàçíîé ãðàíèöå // Óñïåõè
õèìèè.� 1998.� ¹ 2.� Ñ. 107�124.
10. Õðàìîâ Þ. À. Áèîãðàôèÿ ôèçèêè. Õðîíîëîãè÷åñêèé ñïðà-
âî÷íèê.� Ê.: Òåõíèêà, 1982.� Ñ. 160�161.
11. Òðóñîâ Ë. È., Õîëìÿíñêèé Â. À. Îñòðîâêîâûå ìåòàëëè÷åñ-
êèå ïëåíêè.� Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1973.
12. Zhuang L., Guo L., Chou S. Y. Silicon single-electron quan-
tum-dot transistor switch operating at room temperature //Appl.
Phys. Lett.� 1998.� Vol. 72.� P. 1205�1211.
13. Saito S., Oshiyama A. Electronic structure of Si46 and
Na2Ba6Si46 // Phys. Rev. B.� 1995.� Vol. 51.� P. 2628�2631.
14. Moriguchi K., Yonemura M., Shintani A., Yamanaka S. Elec-
tronic structures of Na8Si46 and Ba8Si46 // Ibid.� 2000.� Vol. 61.�
P. 9859�9862.
15. Luschik A., Feldbach E., Kink R., Luschik Ch. Secondary
excitons in alkali halide crystals // Ibid.� Vol. 53.� P. 5379�5387.
16. Äðîçäîâ Â. À., Êîâàëü÷óê Â. Â. Òåîðåòè÷íèé àíàë³ç ñòðóê-
òóðíèõ òà îïòè÷íèõ õàðàêòåðèñòèê óëüòðàäèñïåðñíèõ ôàç êðåì-
í³þ // Ôîòîåëåêòðîí³êà.� 2002.� ¹ 11.� Ñ. 34�39.
17. Kovalchuk V. V. Real nanodimensional silicon particles:
cluster approximation // Photoelectronics.� 2001.� N 10.�
P. 12�17.
18. Nagase S. Polyhedral compounds of the heavier group-14
elements � silicon, germanium, tin, and lead // Account of Chem.
Research.� 1995.� Vol. 28 (11).� Ð. 469�476.
ÂÛÑÒÀÂÊÈ. ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ. ÑÈÌÏÎÇÈÓÌÛ
«ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ È ÈÍÔÎÐÌÀÒÈÊÀ—2003»
Íàó÷íûå íàïðàâëåíèÿ ðàáîòû êîíôåðåíöèè
· Ôèçèêà è òåõíîëîãèÿ ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêè.
· Ìàòåðèàëû è êîìïîíåíòû ýëåêòðîííîé òåõíèêè.
· Ïðîåêòèðîâàíèå ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ è ñèñòåì.
· Ìèêðîñèñòåìû è ìèêðîìåõàíèêà.
· Áèîìåäèöèíñêàÿ ýëåêòðîíèêà.
· Îïòî- è àêóñòîýëåêòðîíèêà.
· Ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè è àëãîðèòìû â èíôîðìàòèêå.
· Óïðàâëÿþùèå è âû÷èñëèòåëüíûå ñèñòåìû è ïðèáî-
ðû.
· Àâòîìàòèçèðîâàííûå èíôîðìàöèîííûå ñèñòåìû.
· Òåëåêîììóíèêàöèîííûå ñèñòåìû è ñâÿçü.
· Òåõíîëîãè÷åñêîå îáîðóäîâàíèå ìèêðîýëåêòðîíèêè.
· Ýêîëîãè÷åñêèå àñïåêòû ìèêðî- è íàíîýëåêòðîíèêè.
· Ìåíåäæìåíò è ìàðêåòèíã íàóêîåìêèõ ïðîèçâîäñòâ.
· Ãóìàíèòàðíûå ïðîáëåìû èíôîðìàòèçàöèè.
Ó÷åíûé ñåêðåòàðü Ôðîëîâà
Ãàëèíà Âëàäèìèðîâíà.
Îòâåòñòâåííûé ñåêðåòàðü Õàðà÷
Âàëåíòèíà Ïàâëîâíà.
Ïî÷òîâûé àäðåñ Îðãêîìèòåòà:
124498, Ìîñêâà, Ê-498, Ìîñêîâñêèé
ãîñóäàðñòâåííûé èíñòèòóò ýëåêòðîííîé òåõíèêè
(ÌÈÝÒ), ÎÍÒÈ, íà êîíôåðåíöèþ "ÌýÈ-2003".
10-ÿ Âñåðîññèéñêàÿ
ìåæâóçîâñêàÿ íàó÷íî-òåõíè÷åñêàÿ
êîíôåðåíöèÿ ñòóäåíòîâ è àñïèðàíòîâ
23�24 àïðåëÿ 2003 ã.
Ðîññèÿ Ìîñêâà
|