ИСТИНА

Проект направлен на создание научных основ технологии получения функциональных наноматериалов и разработку методов формирования функциональных наноструктур на поверхности полупроводников в условиях сверхвысокого вакуума на основе поверхностно активных материалов, атомных кластеров и фторированных фуллеренов и пригодных для создания нового класса наносистем и сенсорных устройств. Актуальность и новизна поставленных задач состоит в том, что такие процессы существенно превосходят традиционные методы полупроводниковой литографии, как с точки зрения пространственного разрешения, так и с точки зрения селективности травления. Управление процессами локального селективного травления планируется осуществлять варьированием различных параметров поверхности (наличием атомов примеси и их концентрацией, типом реконструкции/релаксации, наличием дефектов, кристаллографической ориентации и др.) и использованием сверхвысоковакуумной сканирующей зондовой микроскопии. Особое внимание будет уделено взаимодействию фторированных фуллеренов с поверхностью кремния, так как после адсорбции фторсодержащей молекулы атомы фтора вступают в реакцию с атомами кремния, удаляя их из локальных участков подложки. Благодаря своим уникальным структурным и электронным свойствам молекулы высокофторированных фуллеренов играют определяющую роль в создании перспективных функциональных наноматериалов и разработке на их основе нового класса приборов: био- и химических сенсоров. Процесс локальной адсорбции атомов металла на поверхности полупроводников будет использован для создания одномерных и квази-двумерных атомно упорядоченных структур. Такие структуры с надежно контролируемыми параметрами являются ключевыми элементами при создании наноэлектронных приборов и устройств нового поколения. Для этих целей будет использовано моноатомное и кластерное осаждение металлов на поверхность подложки при различных температурных режимах в условиях сверхвысокого вакуума, позволяющих использовать как процессы самоорганизации, так и методы манипуляций при помощи зондовой микроскопии. Нанесение долей монослоя металлов на поверхность полупроводников, и поверхностная химия этого процесса представляет собой вопрос первостепенной важности не только с точки зрения фундаментального исследования поверхности, но и в плане создания перспективных технологий. В частности, определенные условия осаждения моноатомных слоев металлов третьей группы периодической системы на поверхности полупроводников позволяют осуществить анизотропное выращивание низкоразмерных систем и создавать поверхностные наноструктуры с надежно контролируемой и воспроизводимой геометрией. Например, в ряде случаев, нанесенные на поверхность кремния атомы металла группируются в обособленные ряды преимущественно в направлении, перпендикулярном направлению рядов димеров кремния, образуя так называемые нанопровода. Создание таких структур сильно зависит от соразмерности атомной структуры подложки и адсорбата. В качестве примера можно привести чистую поверхность Si(110), которая представляет интерес в этом вопросе благодаря тому, что состоит из цепочек атомов, направленных вдоль кристаллографического направления, и служит подложкой для роста наноструктур с заданными параметрами. В последнее время особый интерес вызывает изучение взаимодействия с поверхностью кремния щелочных и переходных металлов, приводящее к образованию металлических силицидов. В этих случаях реакционная способность кремния может быть использована для создания технологии приготовления подложек, необходимых для нанесения металлических структур с надежно контролируемой геометрией нанометрового масштаба. Экспериментальные исследования будут дополнены теоретическими расчетами, основанными на использовании диаграммной техники Келдыша для неравновесных процессов. Результаты расчетов позволят определить степень модификкации плотности поверхностных состояний подложки, вызванной адсорбцией фторированных фуллеренов. Кроме того, будут исследованы процессы электронного транспорта в низкоразмерных поверхностных структурах, образованных в результате напыления атомов металлов на поверхность полупроводников. Существенным является факт возможного совмещения разрабатываемых методов и устройств с существующими технологиями и полупроводниковыми приборами. В своей конечной цели проект направлен на создание новых методов формирования поверхностных наноструктур - ключевых элементов наноэлектроники, совместимых с технологиями полупроводниковой электроники, тем самым, имеющих перспективу практической реализации. Важно и то, что в ходе выполнения проекта будут исследоваться возможности достижения конечных целей экономически разумными и экологически приемлемыми новыми технологиями. Выполнение данной разработки приведет к прорыву в методах формирования функциональных структур нанометровой геометрии на поверхности полупроводников с их возможным разнообразным применением в качестве био- и химических сенсоров и низкоразмерных электронных систем. Зарубежные аналоги предлагаемых в проекте технологий и методов исследования в настоящее время находятся в стадии развития или отсутствуют. Новые разработки основаны на научно-техническом заделе научного коллектива в области изучения электронных и атомных свойств поверхности и поверхностных наносистем, в области физики поверхности и сканирующей зондовой микроскопии.

Методом сканирующей туннельной микроскопии исследованы начальные стадии адсорбции молекул фторированных фуллеренов C60F18 и C60F36 на поверхностях полупроводников Si(111)-7х7, Si(100)-2х1 и на поверхности тонких эпитаксиальных пленок Au(111). С целью определения степени взаимодействия молекул фтор-фуллеренов с подложкой результаты измерений были дополнены компьютерным моделированием на базе первопринципных расчетов. Кроме того, был проведен анализ перераспределения заряда в молекулах и молекулярных комплексах. При моделировании процессов перераспределения заряда между энергетическими уровнями, реальные молекулы были заменены искусственными модельными системами на базе связанных одноуровневых квантовых точек, взаимодействующих с состояниями непрерывного спектра резервуара (полупроводниковой или металлической подложки).