Известия высших учебных заведений. Электроника home

Формирование планарных автоэмиссионных приборов на основе углеродных нанотрубок на сплаве Co-Nb-N-(O)

Раздел находится в стадии актуализации

Интегральные автоэмиссионные приборы и ИС на их основе являются перспективным направлением микроэлектроники, которое связано с использованием низковольтных и стабильных автоэлектронных эмиттеров на базе наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ). Планарная конструкция автоэмиссионного прибора позволяет формировать УНТ на торце тонкой пленки катализатора толщиной 1–50 нм. В работе представлены результаты реализации интегральной технологии изготовления планарных автоэмиссионных диодов с катодом из УНТ, сформированных на торце тонкой проводящей пленки. УНТ выращены методом химического осаждения из паровой фазы. В качестве катализатора для выращивания использована тонкая пленка исходно аморфного сплава Co-Nb-N-(O). Особенность технологии состоит в кристаллизации сплава Co-Nb-N-(O) при нагреве в процессе химического осаждения из паровой фазы. В результате на по-верхности сплава формируются наночастицы Co, которые являются катализатором роста УНТ. Показано, что эта особенность позволяет сформировать УНТ локально, только на открытых участках сплава Co-Nb-N-(O), например на торцах тонкой пленки. Обоснован выбор сплава Co-Nb-N-(O). Описаны этапы формирования планарных автоэмиссионных диодов на кремниевой подложке с использованием стандартных производственных тех-нологических процессов. Приведены результаты измерения ВАХ приборов. Показано, что вид ВАХ обусловлен полевой эмиссией, характерной для УНТ. Разработанный технологический прием локального синтеза УНТ на торце топологически оформленных областей тонкой пленки сплава Co-Nb-N-(O) может быть встроен в интегральную технологию формирования планарных автоэмиссионных приборов.

Ключевые слова: углеродные нанотрубки, сплав, планарный электровакуумный диод, электронная эмиссия, плазмостимулированное химическое осаждение из газовой фазы
Опубликовано в разделе: Технологические процессы и маршруты
Библиографическая ссылка: Формирование планарных автоэмиссионных приборов на основе углеродных нанотрубок на сплаве Co-Nb-N-(O) / Д. Г. Громов, Г. С. Ерицян, Е. П. Кицюк и др. // Изв. вузов. Электроника. 2022. Т. 27. № 6. С. 723–739. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2022-27-6-723-739
Источник финансирования: работа выполнена при финансовой поддержке Государственного соглашения 2020–2022 № FSMR-2020-0018 и РФФИ (проект № 19-38-90206).

Громов Дмитрий Геннадьевич
НИУ МИЭТ, Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1; Первый Московский гос. медицинский университет имени И. М. Сеченова Минздрава России, Россия, 119435, г. Москва, ул. Большая Пироговская, 2, стр. 4

Ерицян Георгий Спартакович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1

Кицюк Евгений Павлович
НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

Савицкий Андрей Иванович
НИУ МИЭТ, Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1; НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

Скорик Сергей Николаевич
НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

Дубков Сергей Владимирович
НИУ МИЭТ, Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1

Гринаковский Егор Денисович
НИУ МИЭТ, Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1; НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

Булярский Сергей Викторович
НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7; Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А

Дудин Александр Александрович
НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

Волкова Лидия Сергеевна
НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

Еганова Елена Михайловна
НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

Трифонов Алексей Юрьевич
НИУ МИЭТ, Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1; Научно-исследовательский институт физических проблем имени Ф. В. Лукина НИЦ «Курчатовский институт», Россия, 124460, г. Москва, г. Зеленоград, Георгиевский пр-т, 5

Поляков Максим Викторович
Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А

Орлов Андрей Петрович
Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А

Рудаков Григорий Александрович
Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, Россия, 199334, г. Москва, Ленинский пр-т, 32А

Светухин Вячеслав Викторович
НПК «Технологический центр», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7

1. Зебрев Г. И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции. НИЯУ МИФИ, 2010. 148 с. [Электронный ресурс]. URL: http://www.нано-е.рф/uploads/files/Zebrev_Radiacionnye_effekty.pdf (дата обращения: 07.10.2022).

2. Leroy C., Rancoita P.-G. Particle interaction and displacement damage in silicon devices operated in radiation environments // Rep. Prog. Phys. 2007. Vol. 70 (4). P. 493–625. https://doi.org/10.1088/0034-4885/70/4/R01

3. Pease R. L. Total ionizing dose effects in bipolar devices and circuits // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2003. Vol. 50. Iss. 3. P. 539–551. https://doi.org/10.1109/TNS.2003.813133

4. Strength of carbon nanotubes depends on their chemical structures / A. Takakura, K. Beppu, T. Nishihara et al. // Nat. Commun. 2019. Vol. 10. Art. No. 3040. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10959-7

5. On the stability and abundance of single walled carbon nanotubes / D. Hedman, H. R. Barzegar, A. Rosén et al. // Sci. Rep. 2015. Vol. 5. Art. No. 16850. https://doi.org/10.1038/srep16850

6. Huo С., Liang F., Sun A. Review on development of carbon nanotube field emission cathode for space propulsion systems // High Voltage. 2020. Vol. 5. Iss. 4. P. 409–415. https://doi.org/10.1049/hve.2019.0257

7. Kawano H. Effective work functions for ionic and electronic emissions from mono- and polycrystalline surfaces // Progress in Surface Science. 2008. Vol. 83. Iss. 1-2. P. 1–165. https://doi.org/10.1016/j.progsurf.2007.11.001

8. Stimulated emission from nitrogen-vacancy centres in diamond / J. Jeske, D. W. M. Lau, X. Vidal et al. // Nat. Commun. 2017. Vol. 8. Art. No. 14000. https://doi.org/10.1038/ncomms14000

9. Gao S. W., Gong X. Z., Liu Y., Zhang Q. Q. Energy consumption and carbon emission analysis of natural graphite anode material for lithium batteries // MSF. 2018. Vol. 913. P. 985–990. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.913.985

10. Булярский С. В., Басаев А. С. Катализаторы роста углеродных нанотрубок. Saarbrücken: LAMBERT Academic Publishing, 2015. 124 с.

11. Influence of a buffer layer on the formation of a thin-film nickel catalyst for carbon nanotube synthesis / S. V. Bulyarskiy, E. V. Zenova, A. V. Lakalin et al. // Tech. Phys. 2018. Vol. 63. P. 1834–1839. https://doi.org/10.1134/S1063784218120253

12. Эмиттеры из углеродных нанотрубок для планарной эмиссионной вакуумной микро- и наноэлектроники / С. А. Гаврилов, Э. А. Ильичев, Э. А. Полторацкий и др. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 14. С. 75–81.

13. Латеральный эмиттер как базовый элемент интегральной эмиссионной электрони-ки / С. А. Гаврилов, Э. А. Ильичев, А. И. Козлитин и др. // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 11. С. 48–53.

14. Пат. 2250526 РФ. Эмиттер для интегральных приборов / С. А. Гаврилов, Э. А. Ильичев, Э. А. Полторацкий, Г. С. Рычков; заявл. 21.07.2003; опубл. 20.04.2005, Бюл. № 11. 9 с.

15. Unidirectional and bi-directional growth of carbon nanotubes on the catalytic Co–Zr–N-(O) material / P. Mierczynski, S. Dubkov, K. Vasilev et al. // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 12. P. 512–520. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.03.015

16. Development of techniques for the formation of a planar electric vacuum diode based on an array of CNTs synthesized at the edge of the Co-Nb-N-(O) film / G. S. Eritsyan, D. G. Gromov, S. V. Dubkov et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 2103. Art. ID: 012120. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2103/1/012120

17. Growth of carbon nanotube arrays on various CtxMey alloy films by chemical vapour deposition method / P. Mierczynski, S. V. Dubkov, S. V. Bulyarskii et al. // J. Mater. Sci. Technol. 2018. Vol. 34. Iss. 3. P. 472–480. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2017.01.030

18. Nico C., Monteiro T., Graça M. P. F. Niobium oxides and niobates physical properties: Review and prospects // Progress in Materials Science. 2016. Vol. 80. P. 1–37. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.02.001

19. Forbes R. G. Development of simple quantitative test for lack of field emission ortho-doxy // Proc. R. Soc. A. 2013. Vol. 469. Iss. 2158. Art. ID: 20130271. https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0271

20. Попов Е. О., Колосько А. Г., Филиппов С. В. Тест на соответствие режиму холодной полевой эмиссии с применением приближений Элинсона – Шредника и Форбса – Дина (координаты Мерфи – Гуда) // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 17 (173). С. 6–9. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.17.49884.18373

21. Келдыш Л. В. О влиянии колебаний решетки кристалла на рождение электронно-дырочных пар в сильном электрическом поле // ЖЭТФ. 1958. Т. 34. № 4. С. 962–967.

22. Частотная дисперсия крутизны в полевых транзисторах на основе δ-легированных структур / В. А. Гергель, Э. А. Ильичев, Э. А. Полторацкий и др. // ФТП. 1991. Т. 25. Вып. 11. С. 1870–1876.

Сведения о публикации

УДК: [621.382.2/.3]:620.3
Тип публикации: Научная статья
Язык оригинала: Русский
DOI: 10.24151/1561-5405-2022-27-6-723-739

JATS XML