Французские инженеры опробовали методику изготовления электронных устройств, которая позволяет создавать многофункциональные образцы на основе одного кремниевого нанопровода.

Функциональность и технические параметры подобных изделий обычно определяются выбранной схемой допирования — введения примесей в нанопровод. Этот способ далеко не идеален: чётко контролировать распределение примесных атомов в нанометровых масштабах не получается, и устройства, созданные, казалось бы, по одной и той же технологии, приобретают большой разброс характеристик. Работать с недопированными нанопроводами было бы удобнее, но здесь возникает другая проблема, связанная с тем, что на границе раздела металла и кремния неизбежно образуется потенциальный барьер Шоттки. Его появление мешает формировать контакты с малым сопротивлением.

Методика, найденная французами, сглаживает этот недостаток недопированных нанопроводов, которые выращивались стандартным способом осаждения из газовой фазы и переносились на окисленную кремниевую подложку с предварительно созданными упорядоченными массивами двухслойных (Cr/Al) электродов. С помощью сканирующего электронного микроскопа авторы выделяли провода, которые проходили над парой электродов (нижних затворов), и подводили к отмеченным проводам никелевые электроды истока и стока. Перед этим с нижних затворов удалялся алюминиевый слой, а с нанопроводов — естественный слой оксида.

На следующем этапе заготовки отжигались при повышенной температуре, и слой силицида никеля, увеличиваясь в размерах, доходил от никелевых электродов до нижних затворов. После этого экспериментаторы создавали алюминиевые верхние затворы, по расположению совпадающие с нижними, и дополнительный управляющий электрод в центре нанопровода. Все верхние затворы электрически изолировались от провода слоями оксида алюминия.

Рис. 1. Схематическое изображение и микрофотография готового устройства. Масштабная полоска — 400 нм. (Иллюстрации авторов работы).

Поскольку участки силицида никеля имеют металлический характер, на границе с кремнием они образовывали контакты с уже упомянутым барьером Шоттки. В новой конструкции этот барьер оказывался управляемым: его параметры контролировали электроды, обозначенные на схеме как GS и GD. Третий верхний электрод — GC — контролировал популяцию носителей заряда в кремниевом канале между GS и GD.

Рис. 2. Работа устройства в качестве диода Шоттки. Синяя кривая, отмечающая величину тока между стоком и истоком ISD, получена при напряжении в –3,2 В на GD и 0 В на GS, зелёная — при обратной подаче напряжений. (Иллюстрация авторов работы).

Согласно теории, при подаче небольшого отрицательного напряжения на один из крайних управляющих электродов эффективная высота барьера в соответствующем контакте силицида с кремнием должна снижаться. Именно такая зависимость была зарегистрирована экспериментально, когда инженеры подавали по –3,2 В на GS или GD. Устройство при этом работало как диод Шоттки.

Когда напряжение в –3,2 В одновременно подавалось на электроды GS и GD, устройство превращалось в полевой транзистор p-типа. Ток между стоком и истоком в такой конфигурации можно было модулировать, подавая напряжение на средний электрод GC.

В последнем эксперименте французы попробовали соединить два устройства по схеме, показанной ниже. Полученный логический элемент, для которого напряжение 0 В соответствовало нулю, а –1 В — единице, при испытаниях выполнял функции вентиля И-НЕ. Его схему, заметим, можно и упростить, мысленно объединив электроды D1 и S2. В этом случае для создания полностью аналогичного вентиля будет достаточно единственного нанопровода.

Рис. 3. Логический вентиль И-НЕ, построенный с использованием двух недопированных кремниевых нанопроводов (иллюстрация авторов работы).