154
Нанотехнологическое общество России и развитие новых технологий - НАНОТЕХНОЛОГИЯ Проф. Виктор Александрович Быков, Генеральный директор группы компаний «НТ-МДТ» Президент НОР, Москва, Зеленоград

роснано пенза быков 2011

  • Upload
    -

  • View
    782

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: роснано пенза быков 2011

Нанотехнологическое общество России и развитие новых технологий - НАНОТЕХНОЛОГИЯ

Проф. Виктор Александрович Быков, Генеральный директор группы компаний «НТ-МДТ» Президент НОР, Москва, Зеленоград

Page 2: роснано пенза быков 2011

Развитие

4,5млрд. лет

570млн.-230млн.

палеозой

3,5 млрд.-530 млн.

Архей - протерозой

100 10 0 -10 -100 -1000 -10тыс. -100тыс. -1млн. -10млн. -100млн. -1млрд. -10млрд.

230 млн.-67млн.

мезозой

От 67млн. -

кайнозой

20 млн.-12млн.

От 3,5млн.

Техническа

я

цивилизац

ия

Page 3: роснано пенза быков 2011

Вакуумная электроника - Радиолампы

10 с

м

Page 4: роснано пенза быков 2011

ЭВМ «СТРЕЛА», 1953 год, 6200 ламп, 60 тыс.

полупроводниковых диодов, 2000 трехадресных команд

в сек., 150 кВт, 300 кв.м.

Page 5: роснано пенза быков 2011

Первый транзистор Шокли, Братейн, Бардин, 1947

13 м

м

Page 6: роснано пенза быков 2011

1959 год, Старт полупроводниковой

микроэлектроники -первые

микросхемы

Page 7: роснано пенза быков 2011

Нанотехнология &

Сканирующая Зондовая Микроскопия История Второй этап развития НТ –

Прямая манипуляция атомами

При помощи СЗМ, СЗМ в науке

Нано Эра,

СЗМ в индустрии

Как основные

Метрологичекие

Прибоы. От

Сенсоров к

Терабитным ЗУ,

Мультимода и

Многозондовые

Устройства,

Нанороботы -> НТ

От кантилеверов к матричным

Микромеханическим механизмам

Конструкции&Методы Применения СЗМ Первый этап развития НТ

Page 8: роснано пенза быков 2011

Эволюция

в КМОП

Революция

в КМОП Экзотика

Классическая

физика

Классическая

Физика с

квантовыми

поправками

Квантовая

Механика

Ширина

Затвора LG

НАНОТЕХНОЛОГИЯ в электронике:

размеры менее 100 нм

65 нм

45 нм

32 нм

22 нм

16 нм

11 нм

8 нм

Продвижение

Page 9: роснано пенза быков 2011

ICPCNanonet-Beijing C.

Claeys

9

time

Front End silicide

Transistor scaling

>=130

L = 3 5 n m

S iG e

L = 3 5 n mL = 3 5 n m

S iG e

strain

USJ

90 - 65 - 45

Strain, USJ

NiSi

25 nm

NiSi

25 nm

FUSI

HfO 2

high -k

metal gate

45 - 32

High - k, Metal Gate

FinFET

32 - 22 - 16

Non-planar devices

FinFET

A c tiv e A re a

G a te F ie ldS p a c e rs

A c tiv e A re a

G a te F ie ldS p a c e rs

A c tiv e A re a

G a te F ie ldS p a c e rs

Ge/IIIV

16 and beyond

nanowires

graphene

New process modules New materials New device concepts

Page 10: роснано пенза быков 2011

ICPCNanonet-Beijing

C. Claeys

10

Multi-gate Structures

22nm: The “Device” revolution FinFET Device

Bulk FF

10

SOI FF

poly-Si

NiSi

Fin

50 nm

Page 11: роснано пенза быков 2011

ICPCNanonet-Beijing

C. Claeys

11

Introduction of New Materials

11 Elements

Source: Terrence McManus, Intel

15 Elements

>60 Elements

NEW MATERIALS IN SILICON TECHNOLOGY

Page 12: роснано пенза быков 2011

Типовая микросхема CS50 • 0.1микрона КМОП

• 1.5 V

• 26 фотолитографий

• Al разводка, W затворы

• 6 слоев разводки

• W локальные

межсоединения

• Монокристаллическая

подложка

• CoSi2, with silicide block

• Shallow Trench Isolation

• Single Poly

• Прецизионные

резисторы

Page 13: роснано пенза быков 2011

Лаборатория анализа поверхности

Нанотрубка (sp2)

Основные аллотропные формы углерода

Графит (sp2)

ГЦК-углерод (sp0)

Алмаз (sp3)

Карбин (sp1)

Графен (sp2) Фулерен (sp2)

Page 14: роснано пенза быков 2011

UTD’s Nanotech Institute Approach: Dry Self-Assembly

CNT Yarns and Sheets Science

Vol. 306, 2004 and Vol. 309, 2005

Strong Macro Scale CNT material!

Page 15: роснано пенза быков 2011

Quartz Tube

furnace

C2H2

He

Substrate

Catalytic Thermal CVD

Conditions

Temp.: 680˚C

C2H2: 30 sccm

He: 550 sccm

Atmospheric pressure

Catalyst Fe layer ~5 nm

Glass or Si

Page 16: роснано пенза быков 2011

Sheet Fabrication from MWNT Forest

CNT Forest Sheet

Page 17: роснано пенза быков 2011

Physics

Multi Walled Carbon Nanotubes:

High work function 5.3 eV, high s

~ 300 Simens

MWNT Cross-sectional view

SEM of oriented forests

MWNT: SWNT’s nested within each other.

Typically: 10-25nm,

intertube distance ~ 1.7nm

About 1/3 are conducting and only these tubes contribute to electronic and thermal properties. Most tubes are semi-metals

Page 18: роснано пенза быков 2011

Free standing MWCNT sheet is strong to support a ladybug

July 2006 issue

Page 19: роснано пенза быков 2011

NASA goal: 1000 W/kg of solar power

for space exploration Make a transparent flexible lightweight photovoltaic cell by using a Transparent carbon nanotube sheet on NASA thermal blanket. Combined with other solar cells in a Tandem

Carbon nanotube sheet

NASA developed Thermal blanket

To next devices e.g. inorganic Si or CIGS solar cell

Page 20: роснано пенза быков 2011

1971, First STM - “Topografer”

R. Young, J. Ward and F. Scire 1982, H. Rohrer и G. Binnig with first atomic resolution

design STM, Nobel Prize 1986

Page 21: роснано пенза быков 2011

Сканирующая зондовая микроскопия

Сканирующая туннельная

микроскопия (проводящие

материалы)

Оптическая

сканирующая

микроскопия

ближнего поля

Твердотельным зондом «ощупывается» поверхность и определяются характеристики при этом взаимодействии (ток,

притяжение или отталкивание, деформации, температура и т.п.)

Атомно-силовая

микроскопия

Page 22: роснано пенза быков 2011

1979 – 1990 г.г. – Пьезосканер – «Трипод»

Page 23: роснано пенза быков 2011

Держатель зонда

Y1

X1

X2

Y2

Z

X1

Y1

Y2

Зонд

Фланец для крепления сканера

Пьезокерамическая трубка

0,5 ÷ 1мм

Page 24: роснано пенза быков 2011

Пьезотрубка для сканера СЗМ

Page 25: роснано пенза быков 2011

Туннельный микроскоп НТ-МДТ, 1992 - 1993 г.

Page 26: роснано пенза быков 2011

NanoEducator

NanoEducator +

Soft Windows XP, Mac OS

NanoEducator MFM

Учебный СЗМ

NanoEducator

Оборудование для образовательного процесса

Page 27: роснано пенза быков 2011

Кантилевер НАНОЭДЬЮКАТОРА

Page 28: роснано пенза быков 2011

Восстановление зонда Универсальный зондовый датчик выполнен восстанавливаемым – при износе или повреждении кончика зонда, изготавливаемого из вольфрамовой проволоки, он может быть снова заострѐн путѐм травления, для этого в комплект комплекса входит устройство травления. Такое решение резко уменьшает эксплуатационные расходы. Для получения острого зонда нужна только капля слабощелочного раствора (мыльной воды) и кусочек вольфрамовой проволоки.

Page 29: роснано пенза быков 2011

Триподный сканер Наноэдьюкатора-1

Page 30: роснано пенза быков 2011

Программное обеспечение/ программа обработки и анализа

изображений

Программа обработки и анализа изображений позволяет:

- представлять данные в 2D/3D с различными вариантами искусственной подсветки

- проводить статистическую обработку

- использовать 5 видов фильтрации, включая градиентную, сглаживающую, Фурье и пр.

- преобразование изображений, включая планаризацию и построение сечений

Page 31: роснано пенза быков 2011

Нанолитография

Помимо получения изображения, прибор позволяет проводить

модификацию поверхности, в частности, силовую литографию –

формирование рисунка по заданному растровому шаблону

путѐм «чеканки» остриѐм зонда.

Page 32: роснано пенза быков 2011

13 Nanoeducator Next

Новые возможности:

- Атомарное разрешение в режимах СТМ/АСМ

- Высокочастотное сканирование (до 40 Гц на строку);

- Возможность работы с кантилеверами с реализацией

полномасштабного СЗМ;

- Современный дизайн

Page 33: роснано пенза быков 2011

Наноэдьюкатор-2

Page 34: роснано пенза быков 2011

3D емкостные датчики нижнего трубчатого сканера

Page 35: роснано пенза быков 2011

35 Nanoeducator 2

New design and properties

Powerful Digital Controller

STM&Resonant Type AFM Head + Laser Control

AFM Head and Optical Microscope

Atomic Resolutions in STM/AFM Modes

Metrological 3D 100x100x10 microns Scanner

As Windows and Mac OS SW

Page 36: роснано пенза быков 2011

36 Nanoeducator 2

Human Erythrocytes 37×37 microns Test Structure 70×70 microns

Page 37: роснано пенза быков 2011

37 Nanoeducator 2

Atomic stapes on High Oriented Pyrolytic Graphite

800×800 nm Imprinting on In Surfaces 70×70 microns

Page 38: роснано пенза быков 2011

38 Nanoeducator 2, СТМ мода, HOPG

Page 39: роснано пенза быков 2011

Атомно-силовая микроскопия

Page 40: роснано пенза быков 2011

Схема Майера и Амера

Page 41: роснано пенза быков 2011

Сканирующий зондовый микроскоп НТ-МДТ, 1994 - 1995 г.

Солвер-Р4

Page 42: роснано пенза быков 2011

Христовер Гербер предложил работать

осцилирующим кантилевером, 1992, которую

президент Digital Instruments Dr. Vergil Ellings

назвал Теппинг модой

Амплитуда

1-20 нм

Page 43: роснано пенза быков 2011
Page 44: роснано пенза быков 2011

Cantilevers

Page 45: роснано пенза быков 2011

NT-MDT поликремниевые кантилеверы

Page 46: роснано пенза быков 2011
Page 47: роснано пенза быков 2011

Ultra sharp AFM probe and DNA Images

SEM of Ultra Sharp AFM Tip

High Resolution AFM Image of DNA poly(dG)–poly(dG)–poly(dC)

(Dmitry Klinov1, Benjamin Dwir1, Eli Kapon1, Natalia Borovok,

Tatiana Molotsky and Alexander Kotlyar - Nanotechnology 18 (2007)

Page 48: роснано пенза быков 2011

The Configuration for the Vacuum Condition

Electrochemical measurements Configuration

The Configuration for Capacitance Microscopy, Spraiding resistance and High Resolution Measurements

Liquid Cell Measurements Configuration

STM Measurements Configuration

Magnetic Properties Measurements Configuration

Многофункциональные метрологические СЗМ ИНТЕГРА-Аура

Page 49: роснано пенза быков 2011

Метрологические измерения с емкостными датчиками регистрации перемещений сканера и АТОМНОЕ РАЗРЕШЕНИЕ

Высокоориентированный графит 4x4 nm

Page 50: роснано пенза быков 2011

МСМ: ИНТЕГРА Аура

30nm

Работа с внешним магнитным полем:

горизонтальное до +/- 0,2Т,

вертикальное до +/- 0,02 Т

Нагревание образца до 300 0С

с точностью поддержания температуры 0,05 0С

Page 51: роснано пенза быков 2011

31Oe 82Oe

346Oe 205Oe

149Oe

281Oe

Domain structure of the inhomogeneous film of yttrium iron garnet

Measurements in variable external magnetic field

Технология «слепых» - глаза НАНОМИРА

Page 52: роснано пенза быков 2011

P9 – 2009 version of NT-MDT SPM controller,

Fast scanning: Smart scanning algorithm, 40 Hz

частота сканирования 15 Hz

Page 53: роснано пенза быков 2011

1 – вакуумная камера;

2 – шкаф электроники;

3 – турбомолекулярный

насос;

4 – виброизолирующий

стол;

5 – видеомикроскоп;

6 – форвакуумный

насос;

7 – система

охлаждения;

8 – термостат

ВНЕШНИЙ ВИД СЗМ

Page 54: роснано пенза быков 2011

High Vacuum Solver SPM System

H up to 0,2T Vacuum up to 10-8

torr

Page 55: роснано пенза быков 2011

40 Mb HDD magnetization can be visualized in phase

imaging mode in air (left)

as well as in vacuum (5x10-7 Torr) at 113K (right).

Obviously, that quantitative

analysis at 113K can be performed much more accurately

Ph

ase

co

ntr

ast =

10

gra

d

Ph

ase

co

ntr

ast =

1 g

rad

MFM – HDD of low density

Page 56: роснано пенза быков 2011

Surface of non-doped GaAs was pre-charged by lithography treatment.

Kelvin Probe Microscopy Imaging mode in vacuum (5x10-7 Torr) at 113K

shows distinct line differences in surface potential

Kelvin Probe Microscopy Imaging

Page 57: роснано пенза быков 2011

Электростатическая Силовая Микроскопия или Метод зонда

Кельвина

Схема измерения электрического

взаимодействия зонда с образцом

Зависимость, амплитуды колебаний зонда от постоянного

напряжения

Page 58: роснано пенза быков 2011

Распределение потенциала на поверхности

графита

Page 59: роснано пенза быков 2011

Проводящие зонды Проводящие покрытия

для кремниевых зондов

серии “Golden”:

ПЭМ изображение иглы,

покрытой Pt

(толщина покрытия 10 нм).

Pt TiN Au W2C

Проводящие

Сопротивление пленки, mkOhm*cm

Толщина пленки – 20-30 нм

Типовой радиус кривизны – 35 нм

10 100 25 2

Page 60: роснано пенза быков 2011

Investigations of highly resistive materials, such as thin dielectric layers on semiconductors, DLC and piezo- films, conductive polymers, etc.

AFM (AU020NTF): Adjustment unit for low current measurements in

Spreading Resistance mode. Current range: -/+100pA. Noise is 30fA in

100Hz bandwidth.

Ultra-low current measurements

Topography and current pictures obtained on TiSi2 film grains of conducting phase. Voltage applied is 0.02V.

Page 61: роснано пенза быков 2011

Сигнал на выходе контроллера: U = C(V) + const, где const это паразитная емкость

системы (~ 100 aF). Значения U1 = C(V1) + const и U2 = C(V2) + const можно определить в каждой точке

сканируемой поверхности и далее скомпенсировать с помощью программного

обеспечения. Таким образом, будет получена величина dC/dV. А также появится возможность построить кривые C-V и dC/dV-V.

Компенсация паразитной емкости

Page 62: роснано пенза быков 2011

Определение различных типов проводимости

dC/dV

Point N C(V) vs V dC/dV vs V

1

2

3

Page 63: роснано пенза быков 2011

Topography Phase imaging Force modulation

AFAM amplitude Young modulus

MPa

1200

400

800

Stripes of low and high density polyethylene with different elasticity. Scan size 47x47 um.

Stripes are excellently contrasted in AFAM but hardly visible in other methods

Contrast imaging of the local hardness distribution on soft and even HARD samples

Atomic Force Acoustic Microscopy (AFAM)

Page 64: роснано пенза быков 2011

Atomic Force Acoustic Microscopy (AFAM)

Ferroelectric stripe domains on PZT (AFAM) Topography and Atomic Force Acoustic Microscopy(AFAM) images of PZT. Stripe ferroelectric domain structure are clearly visible on AFAM image due to the difference in local Young's moduli of domains of different polarization.

Sample courtesy of Prof. Walter Arnold, Fraunhofer Institute for Nondestructive Testing, Saarbruecken, Germany.

Page 65: роснано пенза быков 2011

Измерение сил адгезии, 2-х компонентная ЛБ-пленка Адгезия Топография

Page 66: роснано пенза быков 2011

21 год был дан старт ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ НАНОТЕХНОЛОГИИ, Дон Эйглер стал первым человеком в истории Земли, кто при помощи СТМ двигал атомы и наблюдал это!

Page 67: роснано пенза быков 2011

Dr. Don Eigler, 1989

Page 68: роснано пенза быков 2011

СЗМ литография

Нанотранзистор, размер изображения

800×800 nm

Д.В. Щеглов, З.В.Квон, А.И. Торопов,

А.В.Латышев, ИФП СО РАН

Maoz, R., Frydman, E., Cohen, S., Sagiv, J. - J.

Adv. Mater. 2000, 12, 725 – 731.

Page 69: роснано пенза быков 2011

СЗМ литография

Локальное анодное окисление, TiO2 на Ti Токовая литография, 512*512

точек, оксид Ti на Ti, сканеры с

емкостными датчиками на

системе ИНТЕГРА

Page 70: роснано пенза быков 2011

ИНТЕГРА Томо: 3D-томография

АСМ модуль сканирует

поверхность для

получения изображения

силового контраста

высокого разрешения

Модуль

ультрамикротом

удаляет тонкий

слой, готовя

поверхность к

следующему АСМ

сканированию

По нескольким двухмерным АСМ

изображениям реконструируется

3D модель

Page 71: роснано пенза быков 2011

Трехмерная реконструкция

Поперечный срез трехмерной сети

углеродных нанотрубок в полимерном

матриксе.

Слева отображение фазы, 2 х 2 мкм

Справа отображение сопротивления

растекания, 2 х 2 мкм

Трехмерная реконструкция распределения проводящих углеродных нанотрубок в

полимерном матриксе, сделанная

из серии двухмерных изображений (отображение растекания).

2 х 2 х 0,3 мкм.

Для построения модели

использовано 22 изображения,

расстояние между слоями - 12 нм.

Page 72: роснано пенза быков 2011

72 Ntegra Life

Automatic SPM + Highest Powers Optical Microscope

Page 73: роснано пенза быков 2011

NTEGRA LIFE

Neural cells (in air) left: optical image right: AFM image Scan size 50×50 μm Mode: semicontact

Human hair (in air) left: optical image right: AFM image Scan size 50×100 μm

Mode: contact

Page 74: роснано пенза быков 2011

74 Ntegra Life

Bacterium of Escherichia coli (in liquid);

область сканирования 4.5×4.5 мкм.

Рельеф образца (слева) и фазовый контраст

(справа)

Page 75: роснано пенза быков 2011

SPM + Optical Microscopy

Fluorescent images (a, b) and AFM topography (c) of

an E. coli cluster imaged in air, on a poly-L-lysine

coated surface. An overlay of complementary

fluorescence and AFM images (d)

Images courtesy of Dr. L. Gurevich, Dr. P. Fojan,

J. S. Møller, L. H. Klausen, N. P. H. Knudsen,

Aalborg University, Denmark

NTEGRA Life

Page 76: роснано пенза быков 2011

Scanning Thermal Microscopy (SThM)

SThM is an advanced SPM mode intended for simultaneous obtaining nanoscale thermal and topography images. NT-MDT’s SThM kit is able to visualize

temperature and thermal conductivity distribution at the sample surface. The SThM system hardware includes electronic controller, software, and probes.

SThM probe

Topography Scan size: 6 × 6 um

Thermal conductivity K [V/(m*K)] Area size: 6 × 6 um

Kit with SThM probes

Page 77: роснано пенза быков 2011
Page 78: роснано пенза быков 2011

Классическая наноиндентация:

воспроизводимость и симметрия

Множественные уколы демонстрируют высокую

воспроизводимость кривых (~1%) и дают

разброс ~5% при вычислении модуля Юнга.

Разброс 1,5%

при 100 измерениях

Измерения соответствуют

стандарту ISO 14577

Материал Твердость,

ГПа

Модуль Юнга,

ГПа

победит 16 790

диоксид

кремния 100

нм

4,8 45

поверхность

жесткого

диска 100 Гб

4,4 58

Page 79: роснано пенза быков 2011

Indentation of the metallic material surface. Imagine option is necessary for studying the pile-ups surrounding the residual imprint

Conductivity map of the golden film on the silicon substrate

Topography of aluminium alloy D16 after indentation. The same probe is used for topography scanning and following indentation of the chosen areas

Elastic modulus map of the polycrystalline SIC

Nanointendation

Page 80: роснано пенза быков 2011
Page 81: роснано пенза быков 2011
Page 82: роснано пенза быков 2011
Page 83: роснано пенза быков 2011
Page 84: роснано пенза быков 2011

NTEGRA Spectra: SPM + Optical confocal microscope /

Spectroscopy options: Raman, Luminescence

Page 85: роснано пенза быков 2011

- NTEGRA-SPECTRA – Optical Schema

Page 86: роснано пенза быков 2011

Модуль боковой подсветки

ТЕРС конфигурация

безапертурной головки

Реализация оптимальной ТЕРС

конфигурации для непрозрачных

образцов: разработка

дополнительной оптической

системы для засветки образца и

кантиливера сбоку (при этом, сбор

Рамановского сигнала идет сверху –

как в текущей конфигурации)

Page 87: роснано пенза быков 2011

Микроскопия комбинационного рассеяния сверхвысокого разрешения

а) схематическое представление TERS-спектроскопии

б) зонд находится вблизи от пучка углеродных нанотрубок , при этом сигнал комбинационного рассеяния от них увеличивается на порядок

в) изображение пучка углеродных нанотрубок, полученное с помощью КР микроскопии

г) изображение того же пучка с применением TERS. Эффект локального усиления поля позволяет улучшить пространственное разрешение КР микроскопии, по крайней мере, в 4 раза

Данные получены в лаборатории Prof. Dr. G. de With , TUE, Голландия,

коллективом авторов Dr. S.Kharintsev, Dr. G. Hoffmann, Dr. J. Loos, a также П.Дорожкиным, НТ-МДТ

Page 88: роснано пенза быков 2011

AFM image of carbon nanotube bundle

TERS image of the same bundle

Image courtesy: Jacon Jao, Renato Zenobi ETH Zurich, Switzerland; G. Hoffman, J. Loos, TUE, Eindhoven; and Pavel Dorozhkin, NT-MDT Russia

TERS with Silver coated cantilevers

Scan size: 2x3 micron

Page 89: роснано пенза быков 2011

e) “Nano-Raman” (TERS) image of carbon nanotubes with corresponding line cross-

section f) showing 14 nm spatial resolution.

For more information see: Chan K.L., Kazarian S.G., “Finding a needle in a chemical

haystack: tip-enhanced Raman scattering for studying carbon nanotubes mixtures”,

Nanotechnology 21, 445704 (2010).

SPM + Raman = TERS

Page 90: роснано пенза быков 2011

3 layers?

Graphene flake #1 - point spectroscopy

633 nm laser

Confocal Raman map (2D band center of mass position). 1-, 2-, 3-, and 4- layered flakes can be easily distinguished by position of 2D peak when using a color palette scale.

Page 91: роснано пенза быков 2011

The Product Line of NT-MDT Companies

Group

NANOFAB-100

NANOLABs

Minilab for Education in NANO

Accessories

Scanning probe microscopes

Page 92: роснано пенза быков 2011
Page 93: роснано пенза быков 2011

Width : 2,5mm

Устройство НАНОФАБ 100:

технология ФИП – рост 3-х мерных наноструктур

Page 94: роснано пенза быков 2011

Осаждение W(CO)6 при давлении ~ 3*10-4 тор

Газо-фазное осаждение, стимулированное ионными и электронными пучками

Устройство НАНОФАБ 100: технология ФИП

C. Burkhardt et al., NMI Reutlingen, Germany

Page 95: роснано пенза быков 2011

Technological

or analytical

modules Single Cluster

Multicluster system

Technology and analytic in one system

NanoFab: Cluster type equipment

with nanometer precision wafer repositional

system

Page 96: роснано пенза быков 2011
Page 97: роснано пенза быков 2011

NANOFAB 100: Transport module and ultrapresision stages

Page 98: роснано пенза быков 2011

South

Federal

University

Taganrog,

Russia

NanoFab 100

Page 99: роснано пенза быков 2011
Page 100: роснано пенза быков 2011

NANOFAB-100, Kurchatov Institute, Russian National

Nanotechnology Laboratory (September 2009 г.)

Page 101: роснано пенза быков 2011

NANOFAB 25, 2009,

St. Petersburg Polytechnical University

Page 102: роснано пенза быков 2011

СЗМ платформы Нанофаб

1 – камера сканирующего зондового микроскопа; 2 – камера загрузки зондов;

3 – стол активной виброзащиты; 4 – откачной пост.

Page 103: роснано пенза быков 2011

Камера СЗМ

1 – вакуумная камера; 2 – система регистрации отклонений кантилевера; 3 – лазер

Page 104: роснано пенза быков 2011

Сверхвысокий вакуум,

Низкая температура (5К),

Добротность кантилевера - 50000

Page 105: роснано пенза быков 2011

SPM + Synchrotron

• Crystal lattice

characterization

• Thin film heterostructure

• Small-dose doping and

impurity

Page 106: роснано пенза быков 2011

R&D Stations on Synchrotron Zelenograd

Page 107: роснано пенза быков 2011

Nanofab Work Station on SY Zelenograd

Page 108: роснано пенза быков 2011

Технологические возможности НТК

Нанесение слоевАнализ поверхности Травление слоев

Локальное осаждение

и травление ФИП,

ФЕП, СЗМ

Лазерная

абляция

Плазмохими-

ческое

Магнетронное

напыление

Нанесение

резиста

V2O5, ZnO,

ItBaCuO,

Pb(TiZr)O3,

Al2O3, CeO,

Y2O3, AlN, MgO

SiO2, Si3N4,

polySiМеталлов 1) Для ионной

литографии

2) Для

электронной

литографии

Рост УНТ и

графеновых

слоев

ПлазмохимическоеЗондовая, ионная,

электронная микроскопии

1) Очистка

2) Утонение

3) Травление через маску

4) Удаление резиста

1) Осаждение W, Mg, Pt, C, Ni

2) Травление фтором

3) Формирование рисунка в

маскирующем слое

Формирование островков

катализатора для роста УНТ

(Ni, Fe, Co)

5) Формирование

наноразмерных объемных

структурФормирование слоев фото-

стимулированным

осаждением в т.ч.

жертвенных слоев

(GexSi1-xO2)+((GeySi1-y)3N4)

ОЖЕ, ВИМС, ЭСХА

+ СИ -> ФЭС, EXAFS, SAS

3) Для оптической

безмасковой

литографии

Безмасковое экспонирование

С возможностями создания

Наноструктур на пластинах

Диаметром до 200 мм

минимально возможный

элемент – 65 нм (вместе с НПО

«ПЛАТАН»)

Page 109: роснано пенза быков 2011

СВЧ электроника на основе квазидвумерных материалов

Page 110: роснано пенза быков 2011

Транзисторы на основе графена

Рис. Интегрированный комплементарный графеновый инвертор.

(а) схематическое изображение инвертора. Три электрода нанесены

на монослой графена. Часть графенового листа между двумя левыми

электродами (окрашена красным) электрически отжигалась для

получения полевого транзистора n-типа. Другая часть листа графена

представляет собой транзистор p-типа. (b) Измеренные переходные

характеристики сформированного комплементарного графенового

инвертора. Вставка: СЭМ-изображение сформированного инвертора

и разводки.

Page 111: роснано пенза быков 2011

Транзисторы на основе графена

IBM T.J. Watson Research Center, New York

Результаты: Созданы «top-gated» транзисторы. Частота увеличивается с уменьшением длины канала. Максимальная измеренная частота – 26ГГц при длине канала 150нм. Вывод: если производить графен с высокой подвижностью носителей заряда(20000см2/Вс ), то при длине затвора 50нм могут быть достигнуты частоты порядка 10 ТГЦ.

Page 112: роснано пенза быков 2011

Транзисторы на основе графена

1. Кремниевая подложка (>10кОм см), Графен получен способом механического расщепления 2. Сток, исток: 1нм Ti – адгезионный слой, 50нм Pd – электроды 3. Подзатворный диэлектрик Al2O3(10нм) осажден при 250 0С посредством ALD. 4. Осажден слой Pd/Au толщиной10нм/50 нм

(b) Расстояние между электродами сток-исток 500нм Длина затвора – 360нм Ширина затвора, включая оба канала – 40мкм.

IBM T.J. Watson Research Center, New York

Page 113: роснано пенза быков 2011

Транзисторы на основе графена

Полевой транзистор на основе эпитаксиально выращенных графеновых материалов HRL Laboratories в рамках программы CERA (Carbon Electronics for RF Application)

Параметры: - Ток в открытом состоянии при напряжении на стоке - Частота среза при длине затвора - Частота была получена при

Частотные характеристики будут улучшены при уменьшении длины затвора до 100нм

Преимущества конструкции: - предельно допустимый ток, - термическая проводимость, - малый управляющий потенциал.

Page 114: роснано пенза быков 2011

Перенос графена на другие подложки после получения

Samsung, Korea

Page 115: роснано пенза быков 2011

Рост из SiC

Page 116: роснано пенза быков 2011

116

Графеновый

транзистор, с граничной

частотой 100 ГГц

Phaedon Avouris, Yu-Ming Lin и

коллеги в IBM's TJ Watson

Research Center в Нью-Йорке

начали изготовление полевых

транзисторов (FET), нагревая

подложку карбида кремния

(SiC) для создания

поверхностного слоя атомов

углерода в виде графена.

Параллельные электроды

истока и стока были затем

осаждены на него, оставляя

каналы открытого графена

между ними.

Page 117: роснано пенза быков 2011
Page 118: роснано пенза быков 2011

Дмитрий Струков, Константин Лихарев, 2005 г.

Page 119: роснано пенза быков 2011

119

Нейроподобные аналогово-

цифровые

самоорганизующиеся сети и

интеллектуальные

вычислительные структуры,

созданные на основе

многоуровневой

мемристорной логики могут

быть эффективно

применены в авиационных

комплексах А-100, а также в

изделиях типа 411, 1К133,

Спинар-1ДМ, БПЛА «Типчак»

и в других перспективных

образцах ВВСТ.

Коммутационный

слой

БИС КМОП БМК

1-ый слой

наноразводки

2-ой слой

наноразводки

Элементы

многоуровневой

логики

Реконфигуриру

емая

вентильная

матрица

Области применения электрически

реконфигурируемых БИС на

мемристорах

Перспективы применения мемристоров

Page 120: роснано пенза быков 2011

Схемотехнические

решения и

вольтамперные

характеристики

мемристоров

Page 121: роснано пенза быков 2011
Page 122: роснано пенза быков 2011
Page 123: роснано пенза быков 2011

123

Характеристики мемристоров становятся повторяемыми, когда площадь

элементов становится менее 100х100 нм и если технологический процесс

формирования мемристоров проходит в сухой бескислородной атмосфере

Page 124: роснано пенза быков 2011
Page 125: роснано пенза быков 2011

125

Page 126: роснано пенза быков 2011

Мемристоры + кремниевые БМК -> Нейроподобные системы

Page 127: роснано пенза быков 2011

ICPCNanonet-Beijing

C. Claeys

127

ARTIFICIAL SYNAPSE = functional interface allowing bi-directional communication between a neuron and an integrated circuit = neurons-on-chip

NEURO-ELECTRONICS

Page 128: роснано пенза быков 2011
Page 129: роснано пенза быков 2011

ICPCNanonet-Beijing

C. Claeys

129

ARTIFICIAL SYNAPSE = functional interface allowing bi-directional communication between a neuron and an integrated circuit = neurons-on-chip

NEURO-ELECTRONICS

Page 130: роснано пенза быков 2011
Page 131: роснано пенза быков 2011

131 Nanoeducator 2

Page 132: роснано пенза быков 2011

132 Nanoeducator 2, АСМ Головка

Page 133: роснано пенза быков 2011

SOLVER platform

SPM SOLVER platform offers more than 40 measuring methods, which can be carried out in air as well as in controlled atmospheres and liquids.

• Two measuring heads (STM, AFM)

• Fully automated

• Ergonomic design

• Mac OS® and Windows® compatible SPM

SOLVER NEXT the latest development

Proteins deposited on mica measured in buffer solution Scan size: 320 х 320 nm

MFM image of HDD surface Scan size: 12 х 12 um

Latex balls, Phase contrast Scan size: 2×2 um

R&D100 AWARD

Winner 2009

Page 134: роснано пенза быков 2011

NTEGRA SPECTRA: Multimode SPM + Confocal microscopy +

Scanning 3D Raman and Luminescence Spectroscopy +TERS

Page 135: роснано пенза быков 2011

NTEGRA Spectra

• Atomic Force Microscopy ( > 30 modes ) • Confocal Raman / Fluorescence / Rayleigh Imaging and Spectroscopy • SNOM / NSOM • TERS, TEFS, TERFS and scattering SNOM (s-SNOM)

Beta-carotine distribution in algal cells

Bright field image

50x50 µm

Confocal laser (Rayleigh) 50x50 µm

AFM topography map 50x50 µm

Confocal Raman map 25x25 µm

Confocal fluorescence map 25x25 µm

Page 136: роснано пенза быков 2011
Page 137: роснано пенза быков 2011
Page 138: роснано пенза быков 2011

Разработки и сервис,

Руководитель Ан.Быков

НТИ, производство

Руководитель Котов В.В.

НТ-МДТ, Маркетинг

и продажи,

Руководитель А.Б.Шубин

Отдел продаж,

Руководитель С.Пушко

НТ-МДТ &

НТИ

Службы

обеспечения

НТ-МДТ & НТИ

Зеленоград

Быков Александр,

исп. Директор группы НТ-МДТ

Page 139: роснано пенза быков 2011

NT-MDT Head Office,

Moscow, Russia

NT-MDT S&L Limerick, Ireland

NT-MDT America Santa Clara, USA

NT-MDT Shanghai Shanghai, China

NT-MDT Europe Eindhoven, NL

Distributors

Sales Representatives

Офисы группы NT-MDT

Page 140: роснано пенза быков 2011

World Wide Distribution Net (46 countries)

Quantum Design

JapanIkebukuro,

Japan

Axess Tech S.a.r.l.,

Франция

Coherent Scientific Pty.

Ltd., Австралия K-Tek Nanotechnology

LLC, США

Surface GmbH,

Германия

S.E.C.

Scientific

Equipment

Co. LTD.,

Израиль

Page 141: роснано пенза быков 2011

NanoEducator Labs in Russia

463 units

169 Education Labs in Russian Universities

Page 142: роснано пенза быков 2011

NanoEducators labs Out of Russia

Page 143: роснано пенза быков 2011

Рынок продукции NT-MDT

Поставки в 59 стран мира

Page 144: роснано пенза быков 2011

По итогам 2010 года компания занимает 2-е место в мире

по объему рынка и первое по темпам роста

Page 145: роснано пенза быков 2011

About the Company

• 20 years on the SPM market

• Over 3000 installations

in 59 countries

• 350 experts in HQ offices

• 46 Distributors worldwide

During the 20th century, Zelenograd became

the cradle of Russian microelectronics,

“Silicon Valley” of Russia.

Page 146: роснано пенза быков 2011

NT-MDT Collaboration Projects NNI Nederlands Nano Initiatief

•Bionano interactions for biosensing

Prof. G.J.L. Wuite Physics of complex systems Vrije Universiteit Amsterdam

•Nanomolecular machines in cellular force-generation

Prof. dr. Marileen Dogterom (AMOLF)

FP7 Nanoimaging Tools for Organic Electronics

Nano-Imaging tools for organic electronics: towards integration of Scanning

Probe Microscopy, Raman Spectroscopy and Ellipsometry

Page 147: роснано пенза быков 2011

Russian Nanotechnology Society

• Start in 2008;

• Situation for the Today: 1100 members (professors and Dr.Sci. 334, Ph.D. 335);

• RNS include: 22 divisions (Industrial comity, Student and Yang Scientist division and 17 division for the numbers of the directions;

• Subdivisions in 69 regions of Russia;

• Web Address: http://ntsr.info

Page 148: роснано пенза быков 2011

Partners of NSR

Page 149: роснано пенза быков 2011
Page 150: роснано пенза быков 2011
Page 151: роснано пенза быков 2011
Page 152: роснано пенза быков 2011

http://www.asdn.net Nano Education

USA- Russia: Informal Education at the Internet

Page 153: роснано пенза быков 2011

Nanotechnology Global Net

And We are VERY Interested in Cooperation

Page 154: роснано пенза быков 2011

Thank you!