[
На правах рукописи
Наумова Ольга Викторовна
Наноразмерные структуры Si/ SiO2 и сенсоры на их основе
01.04.10 “Физика полупроводников”
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора физико-математических наук
Новосибирск 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
Научный консультант: доктор физико-математических наук Попов Владимир Павлович
Официальные оппоненты:
Неизвестный Игорь Георгиевич, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, советник РАН Гридчин Виктор Алексеевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет», профессор Соболев Николай Алексеевич, доктор физико-математических наук, Физико-технический институт имени А.Ф.Иоффе Российской академии наук, старший научный сотрудник
Ведущая организация: Физико-технологический институт Российской академии наук
Защита состоится « 23 » апреля 2013 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.037.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, по адресу: 630090, г. Новосибирск, пр-т им. Ак. Лаврентьева, д.13, конференц зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук Автореферат разослан 2013 года «……»
Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук Погосов Артур Григорьевич Актуальность темы Процесс масштабирования элементов ИС, являющийся основой получения высокопроизводительных СБИС, стимулировал в последнее два десятилетия интенсивные разработки новых материалов и поиск новых конструктивно-технологических решений [1], в результате чего конструктивной основой современных электронных приборов становятся нанопроволочные элементы [2, 3], а одним из базовых материалов, альтернативой объемному кремнию - структуры кремний на изоляторе (КНИ) [4].
Переход от объемного кремния к структурам КНИ позволяет решить ключевые проблемы масштабирования - подавление короткоканальных эффектов и контролируемого управления носителями заряда в основных элементах СБИС - МОП-транзисторах. Достигается это за счет: 1) конструктивных параметров слоев КНИ (введения скрытого диэлектрика и уменьшения толщины рабочего слоя Si) и 2) возможности изготовления альтернативных планарным многозатворных (2- затворных) конструкций МОП-транзисторов, в которых канал индуцируется (и контролируется) не только со стороны планара [5], но и с двух-четырех сторон полоски или нанопроволоки (НП) кремния на изоляторе [6, A1].
Поэтому в конце 90-х - начале 2000-х гг. нанопроволочные структуры становятся объектом фундаментальных исследований в области наноэлектроники. Цели исследований - создание новых приборов наноэлектроники и методов их массового изготовления. Применение пластин КНИ, изначально предназначенных для изготовления радиационно-стойких приборов, становится стандартным в инженерии архитектуры приборов, в том числе, для высокоскоростных микропроцессоров [2, 4].
В то же время, в начале 2000-х годов после расшифровки генома человека стала интенсивно развиваться наука о белках – протеомика. Задачи протеомики по составлению каталога и закодированных в геноме, задачи современной медицинской диагностики по проведению высокочувствительного комплексного экспресс-анализа белков по капле биожидкости, регистрации низкокопийных белков [7, 8], а также задачи безопасности и мониторинга окружающей среды обнаружение взрывоопасных веществ [9], патогенных бактерий, вирусов, токсинов в воздухе, воде и пище (см. обзор [10]), потребовали создания высокочувствительных, высокопроизводительных диагностических устройств нового типа. Основные требования к таким устройствам – считывание сигнала с массива высокочувствительных сенсорных элементов, в режиме реального времени и без искажения свойств целевого объекта (без меток). Это стимулировало интенсивный поиск и развитие нанотехнологий в изготовлении сенсорных элементов. Одним из таких элементов являются нанопроволочные сенсоры с электрическим способом передачи сигнала, удовлетворяющие совокупности всех вышеперечисленных требований (см. обзор [11]). Таким образом, разработка методов изготовления НП сенсоров становится актуальной научной и стратегически важной задачей, связанной со здоровьем и безопасностью населения, которая поддерживается в ряде стран (США, Англия, Китай) на уровне правительственных грантов.
Основным преимуществом НП сенсоров на основе структур КНИ (по сравнению с НП сенсорами из других материалов и отдельно выращенных цилиндрических НП), является совместимость методов их изготовления со стандартной КМОП-технологией. Это превращает КНИНП сенсор в универсальную платформу для широкомасштабного производства портативных высокочувствительных диагностических систем – электронных биохимических детекторов, доступных для индивидуального применения. Использование подложки структур КНИ в качестве затвора, превращает КНИ-НП сенсор в двухзатворный транзистор с управляемой проводимостью и управляемым режимом работы [12, A2]. Однако наличие скрытого окисла структур КНИ определяет не только преимущества, но и ряд проблем для наноразмерных структур Si/SiO2 и приборов на их основе.
Скрытый окисел структур КНИ может быть барьером для диффузии дефектов в подложку, соответственно, приводить к изменению кинетики накопления и отжига дефектов в отсеченных слоях Si [12, A3]. Дефекты, накапливаемые в наноразмерных слоях Si, являются причиной деградации параметров структур - уменьшения подвижности носителей заряда, увеличения заряда в слое SiO2. Сопоставимость размеров структурных дефектов с толщиной нанометрового слоя Si ведет к нарушению целостности слоя КНИ при последующих химических обработках, проблемам утечек на подложку при введении легирующей примеси и др.
Близость границ раздела Si/SiO2 (Si с окислом на поверхности и скрытым слоем SiO2) в наноразмерных структурах КНИ означает, что одна из границ раздела может работать в качестве более эффективного геттера для вводимых дефектов. Поэтому исследование закономерностей накопления дефектов и разработка методов их устранения являлись актуальными задачами по управлению примесно-дефектным составом в нанослоях КНИ.
Нанометровые толщины Si резко ограничивают возможности методов для диагностики таких структур. Взаимосвязь потенциалов (взаимовлияние) противоположных границ раздела нанослоя Si при неконтролируемом состоянии на поверхности Si приводит к некорректному определению параметров структур. Поэтому разработка методов по определению и управлению зарядовым состоянием поверхности наноразмерных структур Si/SiO2 являлась актуальной и важной методической (диагностической) задачей.
Уменьшение толщины слоя кремния увеличивает аспектное соотношение поверхность/ объем.
Соответственно, возникают требования не только структурного совершенства нанослоев Si, но и низкой плотности дефектов в системах Si/SiO2 (Si со слоем SiO2 на поверхности и нижележащим скрытым диэлектриком структур КНИ).
Чтобы иметь низкую плотность дефектов (стабильность параметров) для системы отсеченный слой Si/скрытый слой SiO2 в данной работе использовались структуры Si/SiO2, полученные методом водородно-индуцированного переноса слоя Si на окисленную подложку. Метод, названный DeleCut (ion irradiated Deleted oxide Cut), был разработан в ИФП СО РАН в начале 2000-х гг. [14].
В структурах КНИ-DeleCut в качестве скрытого диэлектрика используется термически выращенный слой SiO2, который не подвергается ионной имплантации в процессе изготовления структур КНИ (в отличие от получивших коммерческое распространение структур КНИ Smart-Cut [15] или КНИ-SIMOX2 (Silicon Implanted by Oxygen) [16]). Граница между отсеченным слоем кремния и скрытым окислом в структурах КНИ-DeleCut формируется соединением (бондингом) слоев Si и SiO2 [16].
Таким образом, в качестве основного объекта исследований, мы имели структуры Si/SiO2, отличающиеся по методу изготовления (соответственно, и свойствам) от исследуемых на протяжении 50-60 лет структур Si/SiO2, в которых граница раздела создается термическим окислением кремния, или от структур КНИ, сформированных другими методами. Поэтому данная работа началась в 2001 г. с исследования свойств отсеченных слоев Si и скрытого диэлектрика структур КНИ-DeleCut [A4, А5].
Исследования закономерностей накопления дефектов в структурах Si/SiO2, полученных методом водородно-индуцированного переноса Si и бондинга с окисленной подложкой Si, поиск методов устранения дефектов в наноразмерных структурах КНИ являлись не только необходимым условием для формирования структур со стабильной границей раздела Si/SiO2, но и актуальной задачей получения системы знаний о свойствах и эволюции гетерофазных систем в физике конденсированного состояния для новой системы Si/SiO2. Кроме того, проводимые исследования являлись перспективной задачей для трехмерной интеграции, поскольку при формировании многослойных структур (Si/SiO2)n методом многократного водородно-индуцированного переноса и бондинга одна из границ раздела слоя Si всегда будет сформирована бондингом, другая – термическим окислением.
В кремниевой технологии с целью уменьшения механических напряжений и плотности состояний на границе раздела Si/SiO2, формирования диффузионного барьера для различных примесей (бора, фосфора, водорода) используется введение азота в системы Si/SiO2 [5, 17]. Поэтому В структурах КНИ - Smart-Cut скрытый слой SiO2 имплантирован водородом, граница между отсеченным слоем кремния и скрытым окислом сформирована термическим окислением Si, граница между слоем SiO2 и Si-подложкой является границей сращивания.
В структурах КНИ - SIMOX скрытый слой SiO2 формируется в результате имплантации кислорода в Si и высокотемпературного отжига.
для формирования диэлектрика на поверхности Si с повышенной стойкостью к стрессовым воздействиям (низкой плотностью ловушек носителей заряда), и в качестве перспективного способа создания защитного покрытия для нанопроволочых структур в ИФП СО РАН проводились работы по разработке метода нитрирования систем Si/SiO2 с нанометровыми слоями диэлектрика.
Поскольку нанометровые слои SiO2 в приборных структурах подвергаются стрессовым электрическим воздействиям, то основным открытым вопросом для таких систем был вопрос об энергетическом спектре центров, ответственных за ток утечки через нанометровые слои диэлектрика.
Основной проблемой при изготовлении наноразмерных приборов на основе слоев КНИ является проблема формирования нанометрового изображения в маске и его “бездефектном” переносе на нанослои Si. Работы по наноструктурированию слоев КНИ (с использованием электронной литографии и реактивно-ионного травления) в ИФП СО РАН были начаты в 2001- гг. [A6, A1].
Условие совместимости метода изготовления НП-структур со стандартными операциями кремниевой технологии выдвигало следующие требования - в идеале метод формирования КНИ-НП должен быть процессом: 1) низкотемпературным, 2) “бездефектным”, исключающим деградацию подвижности носителей заряда в НП на слоях SiO2, и 3) селективным, исключающим повреждение слоя SiO2. Разработка низкотемпературного “бездефектного” метода формирования КНИ-НП была начата в ИФП СО РАН в 2007 г. в рамках проекта ФЦНТП [A7]. Первые журнальные публикации по изготовлению КНИ-НП транзисторов на основе разработанного метода формирования КНИ-НП элементов и тестированию их в качестве биохимических сенсоров вышли в 2009-2010 гг. [А2, А8].
Это первые полученные в России результаты по НП сенсорам с чувствительностью на уровне 10-14М к молекулам белка и ионов хлора при тестировании в режиме реального времени.
В табл.1 суммирован ряд проблем и вопросов, существовавших до начала и решенных в ходе выполнения данной работы.
Целью данной работы являлось установление основных закономерностей формирования дефектов в наноразмерных структурах Si/SiO2, разработка подходов, позволяющих уменьшить их плотность, и разработка методов создания нанопроволочных приборных структур (на примере КНИ-нанопроволочных сенсоров) на их основе.
Для этого были поставлены и решены следующие задачи:
установление основных закономерностей накопления дефектов в наноразмерных структурах Si/SiO2, полученных методом водородно-индуцированного переноса Si и бондингом с окисленной подложкой Si, которые включали:
• определение плотности структурных дефектов и их зависимостей от толщины слоев КНИ Таблица1. Основные проблемы и вопросы, решаемые в данной работе увеличение плотности структурных место формирования (граница сращивания или граница 1. дефектов при термо-окислительных отсеченного слоя Si с жертвенным слоем SiO2 на сопоставимость размера структурных концентрацией дефектов в отсеченном слое Si дефектов с толщиной нанослоя Si деградация подвижности носителей вклад различных механизмов рассеяния, причины заряда с уменьшением толщины слоя Si дополнительное рассеяние на внешней поверхности увеличение плотности заряда в реальная перестройка примесно-дефектной структуры 1. скрытом слое SiO2 при переходе к cиcтем Si/SiO2 или проблемы определения параметров наноразмерным слоям КНИ, наноразмерных структур;
нестабильность параметров плотность дефектов/прекурсоров дефектов в слоях SiO2, наноразмерных структур Si/SiO2, вклад дефектов ионного легирования, 2 Определение параметров наноразмерных структур Si/SiO Ограничение слоя Si по толщине, управление состоянием поверхности и его стабилизация, взаимосвязь потенциалов границ методы подготовки поверхности, обеспечивающие Si/SiO2: неконтролируемое состояние основные состояния – обогащения, обеднения и инверсии, сопротивление контактов 3 Метод формирования КНИ-нанопроволок (наностуктурирование слоев КНИ) структуры (деградация формирования НП совместимый с КМОП-технологией разрушение слоя SiO2) 4 КНИ-НП сенсоры (разработка прототипа электронных биохимических детекторов) конструктивно-технологических основные параметры системы КНИпараметры КНИ-НП сенсоров транзистор/электролит, обеспечивающие максимальный 4. состояние/подготовка поверхности сенсоров на чипе, исключающие повреждение элементов чипа с КНИ-НП перед тестированием транзисторов (Si, SiO2, Me) режим работы КНИ-НП сенсоров метод (алгоритм) выбора рабочей точки КНИ-НП 4. при различных способах утончения и типа исходного материала кремния (определение места концентрацией);
• определение подвижности носителей заряда и вклада различных механизмов их рассеяния в 9-400 нм слоях КНИ в сравнении с системами Si/SiO2 с границами раздела, сформированными термическим окислением кремния;
• установление закономерностей накопления дефектов в слоях SiO2 структур КНИ при радиационных и электрических воздействиях;
определение энергетического спектра центров, ответственных за стресс-индуцированные токи утечки через нитрированные нанометровые слои SiO2;
управление зарядовым состоянием поверхности наноразмерных структур Si/SiO2 и его стабилизация;
разработка метода формирования НП структур на основе слоев КНИ;
разработка прототипа электронных детекторов, включающая выбор методов изготовления, конструктивно-технологических параметров и режима работы КНИ-нанопроволочных транзисторов, как биохимических сенсоров.
Объекты и методы исследования.
Объектами исследований являлись:
индуцированного переноса Si и сращивания (бондинга) с окисленной подложкой;
• наноразмерные структуры Si/SiO2, полученные методом последовательного цикла операций термического окисления и удаления жертвенного окисла с поверхности слоев КНИ;
• нанопроволочные структуры на основе слоев Si/SiO2;
• нанопроволочные структуры, полученные методом МЛЭ (для сравнения);
• структуры Si/SiO2 с нанометровыми слоями SiO2, нитрированными в процессе термического окисления в закиси азота.
В ходе работы использованы следующие методы: для определения электрических параметров структур Si/SiO2 - метод статических характеристик МОП-транзисторов, метод порогового напряжения транзистора, температурные и временные зависимости тока, метод определения заряда, накопленного перед пробоем диэлектрика, метод вольт-фарадных характеристик, а также сканирующая эллипсометрия для определения толщины слоев КНИ, оптическая и электронная микроскопия для выявления структурных (HF-) дефектов, ИК-спектроскопия для определения групп связей после обработок поверхности кремния.
В работе использовались 5 типов КНИ-транзисторов:
• классические n- и p-канальные КНИ-МОП транзисторы;
• точечно-контактные транзисторы (ТКТ);
• транзисторы с омическими контактами или барьерами Шоттки на концах (в областях стока истока) и свободной поверхностью;
• транзисторы с омическими контактами на концах (в областях стока - истока) и фронтальным затвором;
• КНИ-нанопроволочные транзисторы со свободной поверхностью.
Во всех типах транзисторов подложка использовалась в качестве управляющего электрода (независимого затвора), скрытый окисел структур КНИ - в качестве подзатворного диэлектрика.
Вольт-фарадные характеристики структур с окислом на поверхности проводились с использованием Hg-зонда.
Научная новизна работы.
На основе проведенных в работе исследований формируется новая система знаний о свойствах и эволюции гетерофазных систем в физике конденсированного состояния. Научная новизна конкретных результатов состоит в следующем:
Установлено, что в широком диапазоне толщины слоев КНИ (20-400 нм) значения подвижности и механизмы рассеяния носителей заряда вблизи границы раздела, полученной бондингом, соответствуют подвижности и механизмам рассеяния носителей заряда вблизи границ раздела Si/SiO2, сформированных термическим окислением Si. Резкая деградация подвижности носителей заряда при уменьшении толщины слоев КНИ с 20 нм до 9 нм связана с увеличением концентрации дефектов в нанослоях КНИ в процессе термоокислительных операций и определяется структурно-примесным составом исходного материала кремния.
Установлено, что стабильность не подвергавшихся ионному облучению структур КНИ к радиационным и электрическим воздействиям определяется низкой плотностью дефектов (структурой слоев SiO2) вблизи границы бондинга со слоем Si. Не более 10% из общего числа дефектов в слоях SiO2 вблизи границы бондинга работают как ловушки для свободных носителей заряда. Генерация новых ловушек из электрически неактивных дефектов (прекурсоров), является лимитирующей стадией в накоплении заряда в слоях SiO2 при ионизирующем облучении (в отличие от термически сформированных систем Si/SiO2, где доминирует заполнение уже существующих ловушек в слоях SiO2).
Предложены методы подготовки поверхности кремния, позволяющие контролируемо создавать три основных состояния (инверсии, обеднения и обогащения) со стороны поверхности, необходимые для изучения свойств нанослоев Si и приборов на их основе. Определен эффективный заряд на поверхности слоев КНИ и его стабильность во времени после различных способов подготовки поверхности, включающих обработки в метаноле, йодистом метаноле, хингидроне, нанесение нитрированных покрытий, пассивированных в водороде естественных Показано, что проводимость нитрированных 5-6 нм слоев SiO2 после пробоя диэлектрика определяется механизмами Пула-Френкеля и туннелирования по ловушкам. Установлено, что центры, ответственные за стресс - индуцированные токи утечки через слои SiO2 имеют глубокое (при Т=300 К) энергетическое положение относительно зоны проводимости SiO2 эВ, 0.73±0.04 эВ, 0.95±0.5 эВ и 2.67±0.4 эВ).
Показано, что распределение концентрации электрически активных центров, влияющих на проводимость НП, выращенных методом МЛЭ, неоднородно по длине нанопроволок.
Определена область локализации центров по длине НП.
Разработан метод формирования НП на слоях КНИ, который основан на переносе литографически определенного в маске изображения на нанослои Si при использовании низкотемпературного, селективного сухого травления в XeF2 или плазмохимического травления в смеси SF6:CFCl3 при смещениях, исключающих генерацию радиационных Практическая значимость работы заключается в следующем.
Разработан метод формирования НП транзисторов на слоях Si на изоляторе, который:
• совместим со стандартными технологическими операциями КМОП-технологии, • является низкотемпературным процессом, что позволяет формировать НП элементы на любой стадии технологического процесса и легко интегрировать их в любые ИС.
Подтвержденная измерениями чувствительность КНИ-НП транзисторов в качестве сенсорных элементов к молекулам белка находится на уровне лучших мировых достижений в этой области. Поэтому данная работа может служить в качестве базовой для разработки высокочувствительной медицинской экспресс-диагностики, исследований в области протеомики, задач безопасности и мониторинга окружающей среды.
Предложен алгоритм выбора режима работы КНИ-нанопроволочных транзисторов, позволяющий достигать максимальный отклик сенсорного элемента при взаимодействии с исследуемыми частицами.
Установлены коэффициенты пропорциональности зависимостей накопления эффективного заряда и плотности состояний на границе раздела Si/SiO2 от дозы ионизирующего -облучения в диапазоне 105-107 рад в нелегированных и ионно-легированных бором или фосфором структурах КНИ. Полученные коэффициенты могут быть использованы для оптимизации конструктивно-технологических параметров и прогнозирования радиационной стойкости приборов на основе структур КНИ.
Результаты исследований свойств структур Si/SiO2 позволили определить условия, при которых достигается низкая плотность дефектов в наноразмерных системах. Полученные результаты необходимы для изготовления нано-приборов со стабильными границами Si/диэлектрик.
Низкая плотность электрически-активных центров в структурах кремний на изоляторе показывает перспективность используемого метода формирования наноразмерных систем Si/SiO2 для 3-х мерной интеграции – формирования многослойных n(Si/SiO2) структур и приборов на их основе.
На основе исследований перечисленных выше проблем сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
Структуры Si/SiO2, полученные методом водородно-индуцированного переноса Si и бондинга с окисленной подложкой, не подвергавшиеся ионному облучению, обеспечивают высокую стабильность параметров систем Si/SiO2 (низкую плотность дефектов) для наноразмерных приборов на их основе, благодаря следующим факторам:
• около 90% дефектов в слое SiO2 вблизи границы с рабочим слоем Si являются электрически неактивными, плотность ловушек носителей заряда не превышает 1011 см-2, что определяется структурой слоя SiO2 вблизи границы бондинга;
• свойства слоя Si, прилежащего к слою SiO2, соответствуют свойствам объемного кремния.
Предложен и реализован низкотемпературный метод формирования Si нанопроволочных чувствительностью к белкам на уровне 10 моль/литр при использовании их в качестве биохимических сенсоров. Метод совместим со стандартной КМОП-технологией.
КНИ - транзисторы на обедняемых слоях Si со свободной поверхностью (без фронтального затвора) являются одновременно и объектом, и инструментом исследований, который позволяет разрабатывать новые методы подготовки поверхности кремния для управления и оптимизации зарядовым состоянием поверхности:
обработка в хингидрон/метаноле, пассивация в HF и метаноле, нанесение нитрированных в NO нанослоев SiO2 позволяют получать три основных состояния - инверсии, обеднения и обогащения на поверхности n-Si, соответственно.
Апробация работы Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и российских наноструктурированным материалам (Nanosmat-2012, Прага 2012), Международная конференция «Постгеномные технологии для биомедицины» (PTB2012, Новосибирск 2012), Международном конгрессе ”Нанонаука и нанотехнология” (Nano-S&T, Китай 2011), Международное совещание по разработкам материалов, процессов и применениям новых технологий (Португалия 2010);
Международная конференция по наноструктурным материалам (Киев 2010); ”Международные конференции по структурам КНИ (Киев, NATO ARW 2010, 2004); Международное совещание электрохимического общества, ECS (Австрия 2009); Международная конференция по структурам КНИ (EuroSOI-2009, Gteborg, Sweden 2009); Международный форум по нанотехнологиям, (Rusnanotech II, Москва 2009); Международный симпозиум “Наноструктуры: физика и технология” (Минск 2009, Санкт-Петербург, 2006, 2004, 2003); Международная конференция по ионно-лучевой модификации материалов, IBM (Германия 2008); Международная конференция по микро- и наноэлектронике, нанотехнологиям и МЭМС (Греция 2007); Международная конференция по физике полупроводников (Австрия 2006); Международный симпозиум “КНИ технологии и приборы” (Канада 2005), Международная конференция “Микро- и наноэлектрника” (МоскваЗвенигород Международный симпозиум Microelectronics, Москва 2002); Всероссийская конференция по физическим и физико-химическим основам ионной имплантации (Новосибирск, 2012), Российская конференция “Кремний” (СанктПетербург 2012, Новосибирск 2009, Красноярск 2006, Москва 2003); Российская конференция по фундаментальным проблемам бионанотехнологий (Новосибирск 2009), Российская конференция по Новосибирск 2001); Всероссийская конференция ”Физические и физико-химические основы ионной имплантации” (Казань 2008, Нижний Новгород 2004).
По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 23 работы в отечественных и зарубежных рецензируемых изданиях, в том числе 2 патента РФ, а также многочисленные тезисы в трудах различных конференций.
Личный вклад автора Вклад автора заключается в определении цели, постановке задач, выборе способов решения и методов исследования, интерпретации полученных результатов и их анализе. Электрические измерения, их автоматизация, обработка и интерпретация были проведены либо лично автором, либо под его научным руководством.
Результаты, полученные другими методами и используемыми для интерпретации результатов, разработка методов формирования приборных структур были проведены и получены совместно с сотрудниками ИФП СО РАН. Электрические измерения по адсорбции белков AFP и HBsAg на КНИ-НП сенсоры проведены в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научноисследовательском институте биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича» Российской академии медицинских наук (ИБМХ РАМН).
Основное содержание работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, двух приложений и выводов. Во введении сформулированы цели и основные задачи работы, обоснована актуальность тематики исследований, изложены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены защищаемые положения.
Глава 1. Закономерности формирования дефектов в слоях Si структур Si/SiO2 полученных методом водородно-индуцированного переноса Si на окисленную подложку В первой главе анализируются особенности формирования структур Si/SiO2, полученных методом водородно-индуцированного переноса и бондинга. Описываются особенности и ограничения методов электрической характеризации структур с нанометровыми слоями кремния. Приводятся оригинальные результаты по исследованию основных закономерностей формирования дефектов в наноразмерных структурах Si/SiO2 и разработке подходов, позволяющих уменьшить их плотность.
Для систем Si/SiO2, полученных методом водородно-индуцированного переноса слоя Si на окисленную подложку, прежде всего, встает вопрос о структурном совершенстве и электрических свойствах слоя Si вблизи границы бондинга, являющимся рабочим слоем для наноразмерных приборов.
Проблемой для таких систем остаются: 1) изменение кинетики и отжига дефектов за счет наличия скрытого слоя SiO2, как барьера для диффузии дефектов в подложку, 2) сопоставимость размеров формирующихся структурных дефектов и толщины нанослоя Si, 3) возможность внесения, “запечатывания” различного вида загрязнений и примесей, формирования макро- и микро-пустот на границе соединения диэлектрика с рабочим слоем кремния. Результатом могут быть увеличение заряда в слое SiO2, накопление структурных дефектов и деградации подвижности носителей заряда в нанослоях Si вблизи границы со скрытым диэлектриком.
К моменту выполнения данной работы на структурах КНИ-Smart-Cut [18] и КНИ-SIMOX [19] было показано, что переход от исходных субмикронных к нанометровым слоям Si, который осуществляется с использованием цикла операций – термическое окисление - удаление жертвенного окисла в плавиковой кислоте, сопровождается увеличением концентрации структурных HF-дефектов3. В качестве HF-дефектов могут быть кислородные преципитаты, силициды металлов и скопления вакансий [18-20].
Для исследуемых структур КНИ место формирования (граница прямого соединения или граница отсеченного слоя Si с жертвенным слоем SiO2 на поверхности), природа и способы управления концентрацией HF-дефектов оставались открытым вопросом. Поэтому были проанализированы следующие возможные причины увеличения концентрации HF-дефектов при переходе к нанослоям КНИ исследуемых структур:
1) дефекты сформированы в процессе бондинга слоев Si и SiO2, представляют собой микропустоты и выявляются в процессе утончения, когда размер дефекта становится сопоставим с толщиной отсеченного слоя Si;
2) дефекты образуются в процессе высокотемпературного термического окисления, граница бондинга Si/SiO2 является их эффективным стоком;
3) дефекты образуются в процессе высокотемпературного термического окисления вблизи/от внешней границы раздела и с утончением слоя Si достигают скрытый слой SiO2 (их размер становится сопоставим с толщиной отсеченного слоя Si).
Экспериментальная проверка осуществлялась с использованием различных видов окислений:
высокотемпературного термического, низкотемпературного химического и их комбинации, а также с использованием различного исходного материала - Si-Чохральского (Cz-Si) или зонной плавки (Fz-Si) – рис.1 [A3].
Анализ результатов позволил заключить, что • плотность структурных (НF-) дефектов вблизи границы бондинга после изготовления структур КНИ не превышает 103 см-2;
высокотемпературных (900-1100 оС) окислительных операциях, в нанослоях Si являются кислородные преципитаты; доминируют преципитаты пластинчатой формы - линейные размеры преципитатов составляют менее 100 нм по высоте и от десятков нанометров до единиц микрометров в диаметре;
Все типы дефектов, выявляемые в виде микроканалов в слоях Si при обработках в плавиковой кислоте. Плотность HFдефектов является параметром, входящим в спецификацию пластин КНИ Рис.1. Зависимость концентрации HF-дефектов от толщины отсеченного слоя кремния в структурах Cz-КНИ и Fz-КНИ после термического, химического и комбинированного (термическое до 110 нм и химическое утончение до 23 нм) утончения [A3].
• образование дефектов в процессе высокотемпературных окислительных обработках идет вблизи/от поверхности отсеченного слоя кремния.
Предложен метод диффузионной очистки субмикронных слоев КНИ, который основан на создании условий для геттерирования фоновых примесей/дефектов на внешней поверхности слоев Si.
Показано, что предварительный процесс по диффузионной очистке отсеченного слоя кремния в исходных (400-600 мкм) слоях КНИ на основе Si-Чохральского позволяет достигать некритичную для изготовления наноразмерных приборов плотность HF-дефектов (меньше 103 см-2 при толщине отсеченного слоя кремния 10-20 нм).
В качестве комплексного параметра систем Si/SiO2, отражающего качество и границы раздела Si/SiO2, и прилежащего к ней слоя кремния использованы полевые зависимости подвижности носителей заряда4 или зависимости подвижности от избытка носителей заряда в индуцированных каналах проводимости КНИ-транзисторов.
Использование КНИ-МОП транзисторов с двумя независимо управляемыми затворами, позволяло сравнивать параметры систем Si/SiO2 с границей раздела, полученной бондингом (ГР-1) Подвижность носителей заряда в индуцированных каналах проводимости определяется разными механизмами рассеяния при различных значениях эффективной поперечной составляющей напряженности электрического поля, Eэфф.
В области слабых полей доминирует кулоновское рассеяние (в частности, на состояниях границы раздела Si/SiO2), в области средних Eэфф - рассеяние на фононах, при сильных - рассеяние на микрорельефе границы раздела [21].
и термическим окислением (ГР-2) на одном и том же слое Si.
Показано [A8, A9], что для 100-400 нм структур Si/SiO2, сформированных методом водородно-индуцированного переноса Si на окисленную подложку, вблизи границы бондинга полевые зависимости подвижности дырок и электронов в инверсии соответствуют аналогичным универсальным зависимостям в системах Si/SiO2 на объемном кремнии. В области электрических полей (1-4)х105 В/см наблюдается зависимость µ~Eeff-0.3, характерная для рассеяния носителей заряда на фононах (рис.2).
Рис.2. Зависимости эффективной подвижности электронов в инверсионном слое от эффективной поперечной составляющей напряженности электрического поля вблизи границы бондинга (ГР-1) и границы Si с термически выращенным слоем SiO2 (ГР-2) для структур КНИ с разной толщиной слоя Si. Для сравнения приведены полученные в работах [22] (универсальная) и [23]. Пунктиром показана степенная зависимость µ(Eэфф-n) c показателем n=0.3.
Полевые зависимости подвижности электронов в обогащении соответствуют аналогичным зависимостям в системах Si/SiO2 на объемном Si, однако с различным уровнем легирования вблизи термической ГР и вблизи границы сращивания.
Сделан вывод, что структурное совершенство субмикронных слоев Si на SiO2 (в том числе близи границы бондинга) соответствует объемному.
Установлено, что среднее значение концентрации носителей заряда вблизи границы бондинга для исследуемых структур составляет ~6х1016 см-3 (вблизи термической - ~1.5х1016 см-3 при субмикронной толщине слоя Si), плотность эффективного заряда в скрытом окисле систем Si/SiO Qeff/q=(1-3)x1011см-2, плотность состояний на границе раздела - до Dit~(1.4-3.5) х1011 см-2эВ-1 вблизи середины запрещенной зоны кремния.
Показано, что электрические параметры структур Si/SiO2 с нанослоями кремния определяются свойствами исходного материала (Cz-Si или Fz-Si).
Установлено, что для систем отсеченный слой Cz-Si /скрытый слой SiO2 при переходе от субмикронных к (100-9) нм слоям Si наблюдается увеличение эффективного (отрицательного) заряда плотностью до ~2x1012 cм-2 [А10]. Для 10 нм Fz-Si/ SiO2 систем плотность эффективного заряда составляет ~3-4x1011 cм-2, заряд положительный. Увеличение эффективного заряда в диэлектрике структур Cz-КНИ связано с увеличением плотности состояний на ГР (до ~ 2х1012 смэВ-1 в 15-20 нм и ~6х1012 см-2эВ-1 в 9 нм структурах КНИ). Увеличение плотности состояний с уменьшением толщины слоя КНИ наблюдается на обоих ГР отсеченного слоя Si. Предварительная диффузионная очистка субмикронных слоев Cz-КНИ позволяет снизить плотность состояний до ~ (2-6)х1011 см-2эВ-1 в 15-20 нм слоях Cz-КНИ.
Установлено, что при условии обогащения на поверхности нанометровых слоев Cz-Si подвижность электронов в обогащении подчиняется степенному закону показателем n=0.3 в диапазоне Ne=4х(1011-1012) см-2; и 3) слабо зависит от толщины отсеченного слоя кремния в диапазоне (20 – 400 нм). При переходе к 9 нм слоям Cz-Si наблюдается резкая деградация подвижности носителей заряда (аналогично поведению подвижности электронов в инверсионных слоях КНИ-Smart-Cut [24] - значения сохраняется зависимость обµe~Ne-n с n=0.3, характерная для рассеяния на фононах.
Установлено, что для 10 нм Fz-Si/SiO2 систем при условии обогащения на поверхности Si максимальные значения температурах, соответственно. Наблюдается степенная зависимость подвижности электронов от избытка носителей заряда в каналах проводимости с показателем n=0.60-0.65 в диапазоне Ne=4х(1011-1012) см-2. Анализ зависимостей позволил заключить, что работают два механизма рассеяния – на фононах (c n=0.3) и кулоновское (с n=1, характерное для электрон-электронного рассеяния). Кулоновское рассеяние с n=1 является доминирующим при условии обеднения на поверхности 10 нм Fz-Si при азотной температуре. При условии инверсии на поверхности Fz-КНИ и значениях Ne >1012см-2 доминирует рассеяние на микрорельефе границы раздела (n=2.6).
Установлено, что при условии инверсии на поверхности нанослоев КНИ обµ e(Ne)~const (n=0), что характерно для кулоновского рассеяния (в частности, на зарядах на ГР).
Обнаружены центры с уровнем Ec(0.21-0.23) эВ в запрещенной зоне кремния, неравномерно распределенные по площади структур КНИ c нанослоями Cz-Si. По энергетическому положению центры Ec(0.21-0.23) эВ можно идентифицировать с дислокациями [25, 26], локализованными на/вблизи границы бондинга Si/SiO2.
В Приложении 1 для сравнения приведены результаты исследований электрических свойств перезаряжающихся центров с неравномерным распределением концентрации по длине нанопроволок [A11], что показывает возможность введения дефектов на разных стадиях роста НП.
Эффекты плавающего потенциала островка КНИ (“плавающего тела” КНИ-транзистора, FBэффекты5) были использованы для выявления дефектов, вводимых имплантацией бора или фосфора в структуры Si/SiO2.
Обнаружено, что пост-имплантационные отжиги при 950 оС/1050 оС, используемые для активации примеси в МОП-транзисторах на объемном кремнии недостаточны для полного устранения дефектов, вводимых имплантацией бора.
Можно различить два типа пост-имплантационных дефектов, вводимых бором.
Первые являются центрами рекомбинации дырок (введение их приводит к подавлению FBэффектов и эквивалентно наличию стока – контакта к островку КНИ). Данные центры могут быть пассивированы отжигом в водороде при 420 оС. Второй тип дефектов – метастабильные центры рекомбинации электронов. Данные центры формируются при отжиге в водороде. Следствием их формирования является резкое уменьшение тока в n-канальных КНИ-МОПТ, работающих в FBрежиме.
Для нанометровых слоев Si, имплантированных бором, обнаружены квазипериодические осцилляции проводимости при комнатной температуре для одного типа носителей заряда – дырок [A12]. Эффект объясняется формированием туннельных барьеров для дырок за счет флуктуаций заряда из-за неравномерного распределения бора в системах Si/SiO2 или связанных с бором постимплантационных дефектов.
Результаты численного моделирования характеристик двухзатворных КНИ-транзисторов [A13] в режиме заземленного и плавающего потенциала КНИ позволили заключить, что материал затвора, состояние слоя КНИ (наличие/отсутствие заземляющего контакта, центров рекомбинации основных носителей заряда), толщина отсеченного слоя кремния, напряжение на противоположном затворе, длина канала - являются основными (перечисленными по степени уменьшения их воздействия) управляющими параметрами КНИ-нанотранзисторов с двумя независимыми затворами.
увеличение тока КНИ-МОП транзистора с увеличением тянущего напряжения или напряжения на затворе при отсутствии заземляющего контакта к островку КНИ (телу транзистора) Полученные закономерности в накоплении структурных (HF-) дефектов, изменении подвижности носителей заряда, изменении заряда в скрытом диэлектрике от толщины слоя кремния в структурах Si/SiO2 позволили сделать вывод, что деградация параметров наноразмерных систем Si/SiO2 связана с перестройкой примесно-дефектной структуры в слоях КНИ в процессе термоокислительных операций и определяется свойствами исходного материала кремния.
Предложенный метод диффузионной очистки субмикронных слоев КНИ при создании условий для стока дефектов на внешнюю поверхность слоя Si или переход на материал марки Fz предотвращает деградацию структурных и электрических параметров и позволяет обеспечить в 9нм структурах КНИ:
• плотность HF-дефектов меньше 103 см-2, • значение эффективного заряда в скрытом слое SiO2 – 3-4х1011 см-2, • значение подвижности электронов – 1000-1500 см2В-1с-1.
Глава 2. Свойства диэлектриков в структурах Si/SiO2 и их модификация при ионной имплантации Для наноразмерных структур Si/SiO2 с большим аспектным отношением поверхность/объем, особенно важными являются вопросы о плотности дефектов в системах Si/SiO2 и энергетическом положении центров, ответственных за ток утечки через нанометровые слои диэлектрика.
Электрические свойства слоев SiO2 и их деградация в системах Si/SiO2 определяются как исходными (после изготовления) структурными и электрическими свойствами систем, так и их модификацией при изготовлении приборов. В частности, ионная имплантация, которая широко используется для введения легирующей примеси в слои Si, может вводить радиационные дефекты (прекурсоры дефектов) в нижележащий слой диэлектрика. Поэтому в данной главе приводятся оригинальные результаты исследований закономерностей накопления дефектов в скрытых слоях SiO2 структур КНИ, изготовленных методом водородно-индуцированного переноса Si и бондинга с окисленной подложкой, и в нанометровых нитрированных слоях SiO2. Воздействие ионизирующего -облучения и выдержка структур под напряжением использовались как методы выявления электрически активных дефектов в слоях SiO2 и их прекурсоров6 в исходных структурах Si/SiO2, полученных бондингом и имплантированных бором или фосфором. Для сравнения приводятся данные по накоплению заряда в системах Si/SiO2 для структур КНИ-Unibond (технология SmartCut) и SIMOX [A14, A15]. Приводятся также результаты исследования проводимости нитрированных нанометровых слоев SiO2 после электрических воздействий в режиме ФаулераПрекурсоры - электрически нейтральные центры, способные проявляться как электрически активные при стрессовых (радиационных, электрических) воздействиях Нордгейма и пробоя диэлектрика.
Установлено, что для исходных (не подвергавшихся ионной имплантации) структур Si/SiO2 с границей раздела, полученной бондингом, плотность электрически активных центров, выявляемая при стрессовых электрических воздействиях в диапазоне электрических полей до 6х106 В/см не превышает 1011 см-2, плотность ловушек носителей заряда и их прекурсоров, выявляемая при облучении дозой 107 рад, составляет (10-12)х1011 см-2 [A16].
Показано, что в интервале доз D=(105-107) рад при -облучении плотность эффективного заряда Qэфф и плотность заряда на поверхностных состояниях Dit для системы Si/SiO2 (скрытый) аппроксимируются логарифмическими зависимостями kilnD. Определены соответствующие значения ki для исходных систем КНИ/SiO2 и систем, подвергавшихся ионной имплантации (табл.2). Полученные данные позволяют прогнозировать радиационное поведение КНИтранзисторов с используемым типом подложек КНИ.
Табл.2. Зависимость коэффициентов k1 и k2 (характеризующих изменение заряда на ГР и в диэлектрике от lnD, соответственно) от типа и концентрации имплантированной примеси в структурах Si/SiO2 с границей раздела, полученной бондингом [A17].
Установлено, что предварительная имплантация бора или фосфора, используемая при изготовлении КНИ-МОП-транзисторов, несмотря на активационные отжиги при 950 оС/1050 оС, увеличивает концентрацию дефектов в скрытом окисле структур КНИ (в 2-2.5 раза при уровне легирования отсеченного слоя кремния (1-2)х 1018 см-3). Имплантация фосфора, в отличие от имплантации бора, приводит к увеличению плотности состояний на границе раздела КНИ/SiO2 (до 20% от плотности накапливаемого фиксированного заряда в SiO2 при дозе 107 рад). Деградация границы раздела Si/SiO2 происходит при дозах -облучения больше 107 рад независимо от типа и дозы имплантированной примеси.
Показана низкая плотность накопленного заряда (повышенная радиационная стойкость) для скрытого слоя SiO2 исходных (нелегированных) или низколегированных структур КНИ-DeleCut в сравнении со слоями SiO2 в структурах КНИ-Smart-Cut и SIMOX [A17, A18].
Показана слабая зависимость накопленного заряда от толщины (80-350 нм) скрытого диэлектрика, полярности/величины внутреннего электрического поля в исходных слоях SiO2 при облучении в интервале доз D=(105-107) рад [A15, A16]. Результаты исследований позволили заключить, что генерация ловушек из прекурсоров в скрытом слое SiO2 исходных структур КНИ является лимитирующим фактором и причиной низкой скорости накопления заряда в диэлектрике при последующем - облучении в интервале доз D=(105-107) рад.
Предложена качественная модель, объясняющая полученные закономерности накопления дефектов в скрытом слое SiO2 структур КНИ при стрессовых воздействиях. Модель основана на следующих особенностях формирования слоев КНИ методом водородно-индуцированного переноса и бондинга Si с окисленной подложкой (по сравнению с системами Si/SiO2, полученных термическим окислением Si): 1) формирование нестехиометрического слоя SiOх происходит после соединения слоев Si и SiO2 и ограничено концентрацией кислорода (источник - несколько монослоев воды, адсорбированных на поверхности слоев SiO2 и Si перед бондингом и кислород в субмикронном слое Si), и 2) следующий за SiOх слой имеет структуру объемного слоя SiO2, где доминируют шестичленные кольца тетраэдров [SiO4]4 с энергетически выгодным углом мостиковой связи Si-O-Si, в отличие от четырехзчленных колец за SiOх слоем для систем Si/SiO2, полученных термическим окислением кремния [17].
Ограничение по концентрации кислорода, соответственно, по толщине нестехиометрического слоя SiOх вблизи границы бондинга и “объемные” свойства следующего за ним слоя SiO2 (с релаксированными Si-O-Si связями и низкой концентрацией избыточного недоокисленного кремния) обеспечивают низкую плотность дефектов в скрытом слое SiO2 для исходных структур КНИ и их повышенную стойкость при ионизирующем радиационном облучении или электрическом воздействии.
Установлено, что плотность ловушек носителей заряда и их прекурсоров в нитрированных системах Si/SiO2, ионно-имплантированных бором или фосфором, не превышает значения 3x см-2. Экспериментально показано, что изготовленные КНИ МОП-транзисторы с подзатворными нитрированными 5-6 нм слоями SiO2 обладают повышенной радиационной стойкостью (рис.3) сдвиг порогового напряжения транзисторов при дозе 10 Мрад не превышает 50 мВ [A17].
Установлен ряд центров (при использовании температурных зависимостей тока и ТАТ- (trap assistant tunneling) модели туннелирования по ловушкам [27, 28], ответственных за проводимость нитрированных слоев SiO2 после стрессовых воздействий в режиме Фаулера-Нордгейма и жесткого пробоя диэлектрика - (0.53±0.04 эВ, 0.73±0.04 эВ, 0.95±0.5 эВ и 2.67±0.4 эВ относительно зоны Рис.3. Зависимости сдвига порогового напряжения n-канальных и p-канальных КНИ МОП транзисторов от дозы - облучения. Облучение проводилось при различных напряжениях на выводах транзисторов [A17].
проводимости SiO2).
Обнаружено, что центры Ec-0.53 эВ генерируются как при напряженностях электрических полей, характерных для режима Фаулера-Нордгейма, так и после пробоя диэлектрика. Эти центры могут определять перенос носителей заряда 1) по механизму ТАТ и 2) по механизму ПулаФренкеля (после пробоя диэлектрика) [A18].
Глава 3 Свойства систем Si/SiO2 со свободной поверхностью. КНИ-нанопроволочные транзисторы.
В данной главе приводится анализ различных видов загрязнений поверхности пластин кремния после их хранения и механизмов химической очистки поверхности. Приводятся оригинальные экспериментальные результаты по определению зарядового состояния свободной (покрытой естественным окислом) поверхности наноразмерных структур Si/SiO2 после длительного хранения и различных видов химических обработок, стабилизирующих состояние поверхности.
Одной из основных проблем при определении электрических свойств 2D и 1D структур является стабилизация зарядового состояния поверхности. Анализ литературных данных показывает, что даже после хранения в условиях чистых комнат и в пластиковых коробках на поверхности Si пластин адсорбируется целый ряд металлических и органических загрязнений (одной из основных причин адсорбции органических загрязнений на поверхность Si считается формирование водородных связей между полярными группами органичеcких молекул и группами на поверхности естественного окисла на Si). Для удаления различных загрязнений химическим способом в технологии современной микроэлектроники используется стандартная обработка RCA [29], включающая в себя обработки в перекисно-аммиачных (SC-1) и перекисно-кислотных (SC-2) растворах. С целью формирования неполярных групп на поверхности Si используются такие способы химической пассивации поверхности, как обработка в HF, метаноле [30], йодистом метаноле [31] и хингидроном в метаноле [32, 33]. Поскольку RCA обработка включает ряд операций, применение которых к приборным структурам, содержащим слои Si, SiO2, металла становится проблематичным, то требуется новый стандарт обработок (с измененным составом растворов, длительностью и температурным режимом). С другой стороны, для определения параметров наноразмерных структур Si/SiO2 необходимо уметь управлять зарядовым состоянием поверхности – создавать контролируемые стабильные состояния обогащения, обеднения, инверсии вблизи поверхности слоя кремния. Поэтому работа была направлена на поиск условий химической очистки после хранения и стабилизации открытой поверхности структур Si/SiO2 (КНИтранзисторов), позволяющих создавать одно из трех необходимых состояний (обогащения, обеднения и инверсии) со стороны поверхности Si.
КНИ-транзисторы на нанометровых слоях n-Si с омическими контактами на концах и открытой поверхностью использовались как объект и как инструмент исследований в качестве высокочувствительных сенсорных элементов. Для сравнения использовались транзисторы с верхним (фронтальным) затвором, позволяющим контролируемо управлять слоя Si со стороны поверхности.
Показано, что со временем после изготовления на поверхности КНИ-транзисторов накапливается отрицательный заряд. Плотность адсорбируемого заряда в насыщении составляет Qeff/q=(2-4)х1012 см-2 и достигается в течение 1-2 месяцев после изготовления структур, в то время как перестройка поверхностных состояний является более медленным процессом и достигается в течение 10-14 месяцев [A19].
Обнаружена частотная зависимости диэлектрической проницаемости для нм нитрированных слоев SiO2 в системах SiO2/Si-объемный, хранящихся с открытой поверхностью и отсутствие () зависимости на структурах, защищенных слоем поли-кремния или с относительно толстым (45 нм) открытым слоем SiO2. Результаты позволяют заключить, что деградация поверхностных состояний в нанометровых системах с открытой поверхностью обусловлена изменением химического состава слоя SiO2 и ограничена диффузией с поверхности (наиболее вероятно, молекул воды, гидроксильных групп).
Установлено, что обработки SC-1 при комнатной температуре с последующей пассивацией поверхности Si в HF и метаноле могут быть использованы для очистки и стабилизации поверхностных состояний КНИ-транзисторов.
Установлено, что обработка в метаноле (дополнительно к HF) не влияет на кинетику роста естественного окисла на поверхности нанослоев КНИ, практически не вносит дополнительный заряд в системы Si/SiO2, однако 1) приводит к увеличению амплитуды полос ИК-поглощения на частотах 1200-1470 см-1 и 3200-3400 см-1, связанных, в частности, с карбоксилатными группами, и 2) стабилизирует (по сравнению с HF-обработкой) зарядовые состояния поверхности Si в течение 2часов после обработок [A2].
Установлено, что используемые для пассивации поверхности пластин Si обработки (после предварительной SС-1 очистки при 300 К), создают отрицательный эффективный заряд на поверхности КНИ-транзисторов. Стабильные зарядовые состояния поверхности дают обработки в HF и метаноле (сразу после обработки) или хингидрон в метаноле (спустя 30 мин после обработки).
Установлено, что эффективный отрицательный заряд на поверхности структур Si/SiO2 после обработок в HF и метаноле достаточен для создания на поверхности нанослоев n-Si состояния обеднения. Обработки хингидрон/метанол создают состояние инверсии (рис.4). Формирование термических нитрированных слоев SiO2 создает вблизи поверхности Si состояние, близкое к Рис. 4. Зависимости напряжения плоских зон от напряжения на фронтальном затворе для КНИтранзистора. Стрелками показаны средние значения Vfb для транзисторов со свободной (без затвора) поверхностью после обработок в хингидрон/метанол, HF или метанол и для транзисторов с нитированными 7 нм слоем SiO2 на поверхности.
обогащению. Данные способы подготовки поверхности могут быть использованы для электрической характеризации и контроля состояния систем Si/SiO2 с нанометровыми слоями кремния и приборов на их основе.
Глава 4. Формирование и свойства нанопроволочных биохимических сенсоров.
В данной главе описывается назначение и принцип действия биохимических сенсоров.
Анализируются методы изготовления НП, их преимущества и недостатки в качестве сенсорных элементов, преимущества разработанного метода изготовления КНИ-НП транзисторов, как универсальной платформы для электронных детекторов. Приводятся оригинальные результаты по основным параметрам НП-сенсоров на основе структур КНИ, разработанных и изготовленных в ИФП СО РАН в качестве прототипа электронных биохимических детекторов. Приводится результаты анализа по оптимизации конструктивно-технологических параметров системы КНИ-НП сенсор/электролит, алгоритм выбора рабочей точки КНИ-НП сенсоров, позволяющий достигать максимальную чувствительность сенсоров.
Методы изготовления и свойства НП сенсоров определяются: 1) типом технологии (“снизу вверх” или “cверху-вниз”), 2) материалом НП, 3) методом формирования структур полупроводник на изоляторе (в случае выбора технологии “cверху-вниз”), 4) методом формирования НП, 5) методом изготовления контактов, 6) типом проводимости (легированием) НП.
Выбор Si (структур кремний на изоляторе) в качестве базового материала для изготовления сенсорного элемента обеспечивает совместимость со стандартной Si технологией (соответственно, возможность широкомасштабного производства). Тип процесса изготовления сенсорного элемента – “cверху-вниз” (наноструктурирование относительную простоту изготовления нанопроволоки, малошумящих контактов к ней, и возможность управляемого выбора режима работы НП-сенсора.
Показаны основные преимущества, вытекающие из конструкции НП-сенсоров на изоляторе.
Принцип работы КНИ-НП сенсора основан на эффекте поля. Наличие скрытого слоя SiO2 структур КНИ превращает КНИ-НП в полевой МОП-транзистор с двойным затвором. Подложка структур КНИ используется в качестве управляющего электрода (затвора BG), напряжением на котором, Vbg, формируется канал проводимости вблизи границы раздела скрытый окисел/Si-НП (рис.5).
Частица, адсорбируемая на поверхность КНИ-НП транзистора, действует как локальный затвор (TG), вызывая, из-за взаимосвязи потенциалов границ раздела слоя КНИ изменение проводимости в индуцированном напряжением Vbg канале - сдвиг затворных Ids-Vbg характеристик транзистора по оси напряжений (вправо или влево, при адсорбции отрицательно или положительно заряженных частиц, соответственно). Из схематичного представления затворных характеристик Рис.5. Схематичные изображения Ids-Vbg зависимостей КНИ-НП сенсора (транзистора), до и после адсорбции положительного или отрицательного заряда на поверхности, иллюстрирующие изменение проводимости сенсора при различных значениях рабочего напряжения Vbg (в точках 1 и 2) [A2].
КНИ-транзистора (рис.5) видно, что в подпороговой области (режиме обеднения НП): 1) имеет место экспоненциальная зависимость тока от поверхностного потенциала, благодаря чему достигается максимальный отклик сенсора к адсорбируемой частице (ср. изменение тока в точке 1 и точке 2, рис.5), 2) величина отклика может быть настраиваема выбором напряжения на подложке Vbg, и 3) НП сенсор может быть использован для детектирования как положительно, так и отрицательно заряженных частиц [А2, 34]. Выбор рабочей точки КНИ-НПТ также обеспечивает возможность многоразового использования его в качестве сенсорного элемента (при условии свободных мест связи на поверхности и до режима экранирования поверхности).
Приводятся результаты исследований электрических свойств КНИ-нанопроволочных транзисторов, изготовленных на основе разработанного метода наноструктурирования слоев КНИ.
Работы по наноструктурированию слоев КНИ, проводимые в ИФП СО РАН в 2002-2003 гг.
показали, что использование реактивно-ионного травления является наиболее простым методом переноса нанометрового изображения на нанометровые слои КНИ при формировании многозатворных, многоканальных конструкций транзисторов [A1, A9, A20]. Однако, были выявлены также флуктуации проводимости в КНИ-НП транзисторах, связанные с остаточными дефектами, несмотря на высокотемпературные отжиги.
Так как основной тенденцией современной микро- и наноэлектроники является развитие низкотемпературных процессов, то одним из основных требований к методу наноструктурирования слоев КНИ при изготовлении прототипа НП - сенсоров на основе КНИ-НП транзисторов являлось требование формирования нанопроволок без использования высокотемпературных операций. Особо важным поэтому был вопрос о параметрах систем Si/SiO2 после операций наноструктурирования слоев КНИ. Наноструктурирование слоев кремния на изоляторе (центральной части КНИ транзисторов) проводилось сочетанием методов электронной литографии (в электронном литографе Raith-150) и сухого травления - газового в XeF2 [A7] или плазмохимического травления в SF6:CFCl смеси [A2, A8, A21]. Учитывая результаты исследований свойств систем Si/SiO2 структур КНИDeleCut (гл.1 и гл.2), транзисторы изготавливались на нанослоях кремния на изоляторе, не подвергавшихся ионному легированию.
Установлено, что наноструктурирование слоев КНИ используемыми в работе методами не приводит к деградации свойств систем отсеченный слой Si/ скрытый слой SiO2. Значения подвижности электронов в обогащении не зависят от ширины проволок и составляют 400- см2В-1с-1 при плотности избыточных носителей 1012-1013 см-2 и условии обеднения со стороны поверхности.
Показано, что при стрессовых воздействиях электрического поля в скрытом слое SiO структур КНИ напряженностью до 6x106 В/см ток нанопроволочного транзистора Ids не изменяется во времени. При пассивации состояний на поверхности отношение среднего значения к стандартному отклонению тока составляет ds/ больше 10 при значениях проводимости транзисторов больше 30 нС.
В Приложении 2 получено соотношение для модельной системы КНИ-транзистор/ электролит, позволяющее рассчитывать заряд, адсорбируемый на поверхность сенсорного элемента по сдвигу напряжения на затворе транзистора (подложке структур КНИ).
Показано, что Rmax (Vbg) зависимость (где Rmax – максимальный отклик к адсорбируемому заряду, и Vbg – сдвиг затворных характеристик сенсора, выраженный в единицах подпорогового наклона S) представляет универсальную кривую, которая подходит для анализа сенсора с любыми конструктивными параметрами. При заданных значениях отклика эта зависимость позволяет рассчитать минимальный заряд, детектируемый сенсором с известными конструктивными параметрами и условиями измерений.
Приведены оценки минимального (вызывающего 10% модуляцию проводимости), заряда, детектируемого сенсором.
Показано, что изменение толщины скрытого окисла tbox в пределах 10-200 нм и отсеченного слоя кремния tsi в пределах 100-10 нм позволяют уменьшить Qad до 3 раз; изменение толщины окисла на поверхности сенсорного элемента tox в пределах 50-2 нм и двойного слоя электролита tdl в пределах 1-10 нм позволяют уменьшить Qad до 2 раз. Для минимизации Qad необходимо стремиться к плотности поверхностных состояний меньше 1012 cм-2, значениям толщины Si-НП нм, толщине скрытого диэлектрика структур КНИ - больше 100 нм и выполнению условий tbox/tsi>3, tsi/tox>10. Значение Qad для КНИ-НП сенсора с такими параметрами, используемого в (1min 100) мM растворах, составляет (2-4)х10-8 Кл/см2.
Предложен алгоритм выбора рабочей точки (напряжения на затворе КНИ-транзистора), обеспечивающий максимальный отклик сенсора при мониторинге модуляции его проводимости в процессе последующей адсорбции частиц на поверхность.
Используемые в работе подходы при расчете соотношения по определению адсорбированного заряда, алгоритма выбора оптимального режима работы действительны для любого типа НП сенсоров на подложках изолятор-полупроводник при условии, что ширина НП больше области обеднения, индуцируемой адсорбированной частицей.
Для экспериментальной проверки КНИ-НП-транзисторов в качестве биохимических сенсоров были использованы водные растворы соляной кислоты [A22], буферные растворы с молекулами бычьего сыворотночного альбумина (Bovine Serum Albumin, BSA) [A2], поверхностного антигена вируса гепатита В (HBsAg) и альфа-фетопротеина (AFP) [A23].
Показано, что изготовленные КНИ-НПТ обеспечивают: 1) стабильность сигнала после установления равновесного состояния при изменении окружающей среды/раствора с аналитом (тестируемыми частицами), 2) время отклика сенсора – 0.2-4 мин. (в зависимости от типа аналита), 3) время установления равновесного состояния - 3-7 мин, 4) фемто-мольный предел обнаружения, 5) отклик сенсора Ids/Ids больше 8% при 6) отношении сигнал/шум - больше 10.
Показано, что используемые в работе пары AFP - анти-AFP, HBsAg - анти-HBsAg обеспечивают селективное обнаружение частиц [A21].
Показана возможность очистки НП элемента от молекул BSA в растворе перекиси водорода с последующей обработкой в HF [A19]. Многократность использования КНИ-НПТ также обеспечивается управляемым выбором рабочей точки КНИ-НПТ (рис. 5).
Разработанный метод изготовления, выбор конструктивно-технологических параметров и режима работы КНИ - НП транзисторов, позволяют получать одни из лучших результатов по пределу обнаружения частиц аналита (рис.6) в режиме реального времени при использовании КНИНПТ в качестве сенсорных элементов. Фактически, это первые полученные в России результаты по НП сенсорам с чувствительностью на уровне 10-14-10-15 М к тестовым молекулам белка и ионов хлора.
Рис.6. – Экспериментальный предел обнаружения кремниевых нанопроволочных сенсоров к различным аналитическим частицам. По оси Х - данные работ: 1 – [35], 2 – [36], 3 [37], 4 – [38], детектируемых / предварительно иммобилизованных на нанопроволоку.
Основные результаты и выводы подвижности носителей заряда в слоях КНИ и эффективного заряда в скрытом диэлектрике от толщины слоя Si. Анализ результатов позволяет заключить, что деградация параметров наноразмерных структур Si/SiO2 связана с перестройкой примесно-дефектной системы в слоях КНИ в процессе термоокислительных операций и определяется свойствами исходного материала Si. Предложен метод, предотвращающий деградацию структурных и электрических параметров слоев КНИ. Метод основан на диффузионной очистке субмикронных слоев КНИ при создании условий для стока дефектов на внешнюю поверхность слоя Si. Использование данного метода для структур КНИ-Чохральского или переход на Si, полученный методом бестигельной зонной плавки, позволяет обеспечить следующие параметры в 10-400 нм структурах Si/SiO2: плотность HF-дефектов меньше 103 см-2, значение эффективного заряда в скрытом слое SiO2 – (3-4)х1011 см-2, значение подвижности электронов –1000-1500 см2В-1с-1.
Установлены закономерности накопления заряда в слоях SiO2 от величин стрессовых радиационных и электрических воздействий для исходных и ионно-легированных (бором или фосфором) структур КНИ. Показано, что зависимости изменения плотности эффективного заряда Qeff/q в слое SiO2 структур КНИ и состояний на границе раздела Dit от дозы облучения в интервале D=(105-107) рад аппроксимируются логарифмическими зависимостями kilnD. Установлены значения коэффициентов ki для неимплантированных и ионноимплантированных (бором или фосфором) структур КНИ.
Анализ результатов позволяет заключить, что:
• стабильность не подвергавшихся ионной имплантации структур КНИ к стрессовым воздействиям обусловлена методом их формирования - слой SiO2 вблизи границы раздела с отсеченным слоем Si (границы бондинга) сохраняет низкую плотность дефектов, характерную для объемного слоя SiO2, • лимитирующей стадией в накоплении дефектов в слоях SiO2 вблизи границы бондинга является генерация дефектов из прекурсоров, в отличие от систем Si/SiO2, полученных термическим окислением Si, где доминирует заполнение уже существующих ловушек в Установлено, что стабильность наноразмерных структур Si/SiO2 с 5-6 нм слоями нитрированного SiO2 к стрессовым радиационным и электрическим воздействиям обусловлена:
• низкой плотностью ловушек носителей заряда (меньше 3x1011 см-2) и • глубоким энергетическим положением центров, ответственных за стресс-индуцированный ток утечки через слои SiO2 (0.53±0.04 эВ, 0.73±0.04 эВ, 0.95±0.5 эВ и 2.67±0.4 эВ относительно зоны проводимости SiO2).
Определены типы подготовки поверхности нанослоев КНИ, которые позволяют получить три основные состояния на поверхности Si – инверсии, обеднения и обогащения:
• пассивация слоев КНИ в HF и метаноле или хингидрон/метаноле позволяют получить стабильные (в течение 2-3 часов после обработок) зарядовые состояния обеднения или инверсии, соответственно, • формирование термических нитрированных слоев SiO2 создает состояние обогащения вблизи поверхности n-Si.
Разработан низкотемпературный метод формирования нанопроволочных структур на основе слоев КНИ с использованием электронной литографии, газового травления в XeF2 или плазмохимического травления в смеси CF6:CFCl3 при смещениях, исключающих генерацию радиационных нарушений. Показано, что предложенный метод не приводит к деградации свойств наноразмерных структур КНИ (нанослоев Si и SiO2).
Показано, что КНИ-нанопроволочные транзисторы при использовании их в качестве биохимических сенсоров обеспечивают:
• предел обнаружения 10-14-10-15 моль/литр при использовании в качестве определяемых ионов поверхностного антигена вируса гепатита В (HBsAg) и альфа-фетопротеина (AFP)), • время отклика сенсора: 20 - 200 c (в зависимости от типа определяемых частиц), • время установления равновесного состояния - 3-7 мин, • отклик сенсора более 8% при отношении сигнал/шум - больше • стабильность сигнала после установления равновесного состояния при изменении окружающей среды/исследуемого раствора.
1. Veloso A., Hoffmann T., Lauwers A., Yu H., Severi S., Augendre E., Kubicek S., Verheyen P., Collaert N., Absil P., Jurczak M., Biesemans S. Advanced CMOS device technologies for 45nm node and below. // Science and Technology of Advanced Materials, 2007, v.8, р. 214–218.
2. Palacios T. Nanowire electronics comes of age. // Nature, 2012, v. 481, p.153-153.
3. Ferain I., Colinge C. A., Colinge J.-P. Multigate transistors as the future of classical metal–oxide– semiconductor field-effect transistors. // Nature, 2011, v. 479, p. 310-316.
4. Celler G.K., Cristoloveanu S. Frontiers of silicon-on-insulator. // Appl. Phys. Rev., 2003. v. 93, p. 4955-4978.
Красников Г. Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов. В-2х частях. Часть 1. - М.: Техносфера, 2002. - 416 c.
6. Park J.-T., Colinge J.-P. Multiple-Gate SOI MOSFETs: Device Design Guideline. // IEEE Trans. Electron.
Dev., 2002, v. 49, p. 2222-2229.
7. Road Map “Russian Human Proteome Project”, 2010 // www.ibmc.msc.ru 8. Archakov A., Lisitsa A. Human Proteome Project: Russian Roadmap for Chromosome //http://www.hupo.org/research/hpp/soc/ 9. Engel Y., Elnathan R., Pevzner A., Davidi G., Flaxer E., Patolsky F. Supersensitive Detection of Explosives by Silicon Nanowire Arrays. // Angew. Chem. Int. Ed. 2010, v. 49, p. 6830 –6835.
10. Lazcka O., Campob F. J. D., Munoz F. X. Pathogen detection: A perspective of traditional methods and biosensors. // Biosensors and Bioelectronics, 2007, v. 22, p. 1205–1217.
11. Kim J., Junkin M., Kim D.-H., Kwon S., Shin Y.S., Wong P.K., Gale B.K. Applications, techniques, and microfludic interacting for nanoscale biosensors. //- Microfluid Nanofluid, 2009, v. 7, N2, p. 149-167.
12. Naumova O. V., Popov V. P., Aseev A. L., Ivanov Yu. D., Archakov A. I. Silicon-on insulator nanowire transistors for medical biosensors. // EuroSOI International Conference, Gteborg, Sweden, 19-21 January, 13. Mordkovich V. N., Pazhin D. M. Peculiarities of radiation defects formation in Si layers of SOI structures. // NATO ARW Science and Technology of Semiconductor-On-Insulator Structures and Devices Operating in a Harsh Environment. - Kyiv, 2005, p. 60-61.
Попов В. А., Антонова И. В., Стась В. Ф., Миронова Л. В. Способ изготовления структур кремний-наизоляторе // Патент РФ №2164719, 2001, БИ N9.
15. Bruel M. The Hisrory, Physics, and Applications of the Smart-Cut Process. // MRS Bulletin, 1998, 16. Izumi K. History of SIMOX material. // MRS Bulletin, 1998, v.12, p.20-24.
Г.Я. Красников, Н.А.Зайцев. Система кремний-диоксид кремния субмикронных СБИС. М.:
17.
Техносфера, 2003.- 384 c.
18. Aga H., Nakano M., Mitani K. Study of HF Defects in Thin, Bonded Silicon-on-Insulator Dependent on Original Wafers. // Jpn. J. Appl. Phys. 1999, v. 38, р. 2694-2698.
19. Park J.-G., Kim S.-G., Lee G.-S., Shim T.H. Nature of Surface and Bulk Defect Induced by Low Dose Oxygen Implantation in Separation by Implanted Oxygen Wafers. // Jpn. J. Appl. Phys. 2001, v. 40, р. 2178- 20. Papakonstantinou P., Somasundram K., Cao X., Nevin W.A. Crystal Surface Defects and Oxygen Gettering in Thermally Oxidized Bonded SOI Wafers. // J. Electrochem. Soc., 2001, v. 148, N2, p.
21. Tagaki S., Toriumi A., Iwase M., Tango H. On the Universality of Inversion Layer Mobility in Si MOSFE’s: Part I – Effects of Substrate Impurity Concentration. // IEEE Trans.Electron.Dev. 1994, v.
41, N212, p.2357-2362.
22. Chen K., Wann H. C., Dunster J., Ko Pi. K., Hu C., Yoshida M. MOSFET carrier mobility model based on gate oxide thickness, threshold and gate voltages. // Solid-State Electronics,1996, v. 39, N 10, p.1515-1518.
23. Koga J., Takagi S., Toriumi A. Influences of Buried-Oxide Interface on Inversion-Layer Mobility in Ultra-Thin SOI MOSFETs. // IEEE Trans. Nucl. Electron. Dev., 2002., v. 49, N6, p.1042-1048.
24. Choi J.-H., Park Y.-J., Min H.-S. Electron Mobility Behavior in Extremely Thin SO1 MOSFET’ s. // IEEE Electron Dev. Lett., 1995, v. 16, N11, p. 527-529.
25. L.C. Kimerling. In: Point and Extended Defects in Semiconductors, ed. by G. Benedek, A. Cavallini, and W. Schroter. NATO ASI Series (N.Y., 1988) v. 202.
Tajima M, Ogura A., Karasawa T., Mizoguchi A. Defect analysis in Bonded and H+ split silicon-oninsulator wafers by photoluminescence spectroscopy and transmition electron microscopy. // Jpn. J.
Appl. Phys., 1998, v. 37, p.L1199-1201.
27. Yang B.L., Lai P.T., Wong H. Conduction mechanisms in MOS gate dielectric films. // Microelectronics Reliability, 2004, v.44, p. 709-718.
28. Houng M.P., Wang Y. H., Chang W. J. Current transport mechanism in trapped oxides: A generalized trap-assisted tunneling model. // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, p. 1488-1491.
29. Kern W., Puotinen D.A. Cleaning solutions based on hydorogen peroxide for use in silicon semiconductor technology. // RCA Review, 1970, v. 31, N2, p. 187-206.
30. Mirji S.A., Halligudi S.B., Mathew N., Ravi V., Jacob N. E., Patil K.R. Adsorption of methanol on Si(100)/SiO2 and mesoporous SBA-15. // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2006, v. 287, p. 51–58.
31. M'saad H., Michel J., Lappe J. J., Kimerling L. C. Electronic passivation of silicon surfaces by halogens. // J. of Electronic Materials, 1994, v. 23, N5, p. 487-491.
32. Takato H., Sakata I., Shimokawa R. Quinhydrone/methanol treatment for Measurement of Carrier Lifetime in Silicone Substrates. // Jpn. J. Appl. Phys., 2002, v. 41, p. L870-L872.
33. Chhabra B., Bowden S., Opila R. L., Honsberg C. B. High effective minority carrier lifetime on silicon substrates using quinhydrone-methanol passivation. // Appl. Phys. Lett. 2010, v. 96, 34. Naumova O.V., Popov V.P., Aseev A.L., Ivanov Yu.D., Archakov A.I. Silicon-on insulator nanowire transistors for medical biosensors. // EuroSOI International Conference, Gteborg, Sweden, 2009, p.
35. Wang X., Chen Y., Gibney K. A., Erramilli S., Mohanty P. Silicon-based Nanochannel Glucose Sensor. // Appl. Phys. Lett.: Appl. Biophys. 2008, v.92, p.013903-013905.
36. Chen Y., Wang X., Hong M., Erramilli S., Mohanty P. Surface-modied silicon nano-channel for urea sensing. // Sensors and Actuators B: Chemical, 2008, v. 133, p. 593-598.
37. Yang K., Wang H., Zou K., Zhang X. Gold nanoparticle modied silicon nanowires as biosensors. // Nanotechnology, 2006, v.17, N276, p. S276-S279.
38. Shao M.-W., Yao H., Zhang M.-L., Wong N.-B., Shan Y.-Y., Lee S.-T. Fabrication and application of long strands of silicon nanowires as sensors for bovine serum albumin detection. // Appl. Phys.
Lett., 2005, v. 87, p. 183106(3).
39. Patolsky F., Zheng G., Lieber C. M. Nanowire-based biosensors. // Analytical Chemistry, 2006, v.78, N13, p. 4261-4269.
40. Stern E., Klemic J. F., Routenberg D.A., Wyrembak P.N., Turner-Evans D.B., Hamilton A. D., LaVan D. A., Fahmy T.M., Mark A. Label-free immunodetection with CMOS-compatible semiconducting nanowires. // Nature, 2007, v. 445, p. 519-522.
41. Gao X.P.A., Zheng G., Lieber C.M. Subthreshold Regime has the Optimal Sensitivity for Nanowire FET Biosensors. // NanoLetters, 2010, v. 10, p. 547-552.
Список работ, включенных в диссертацию А1. Наумова О. В., Антонова И. В., Попов В. П., Настаушев Ю. В., Гаврилова Т. А., Литвин Л. В., Асеев А. Л. КНИ нанотранзисторы: перспективы и проблемы реализации. // ФТП, 2003, т. 37, N10, c. 1253-1259.
А2. Naumova O. V., Fomin B. I., Nasimov D. A., Dudchenko N. V., Devyatova S. F., Zhanaev E. D., Popov V. P., Latyshev A. V., Aseev A. L., Ivanov Yu. D., Archakov A. I. SOI nanowires as sensors for charge detection. // Sem. Sci. Technol. 2010, v. 25, p. 055004(7).
А3. Naumova O. V., Vohmina E. V., Gavrilova T. A., Dudchenko N. V., Nikolaev D. V., Spesivtsev E. V., Popov V. P. Properties of silicon nanolayers on insulator. // Materials Science and Engineering В, 2006, v. 135, N3, p. 238-241.
A4. Попов В. П., Антонова И. В., Французов A. А., Сафронов Л. Н., Феофанов Г. Н., Наумова О. В., Киланов Д. В. Свойства структур и приборов на кремний-на-изоляторе. // ФТП, 2001, т.35, в.9, c.1075-1083.
А5. Антонова И. В., Стано Й., Николаев Д. B., Наумова О. В., Попов В. П., Скуратов В. А.
Состояния на границах и центры с глубокими уровнями в структурах Кремний на изоляторе. // ФТП, 2001, т. 35, в.8, с. 948-953.
A6. Nastaushev Y.V., Gavrilova T.A., Kachanova M., Nenasheva L., Kolosanov V.A., Naumova O.V., Popov V.P., Aseev A.L. 20-nm Resolution of electron lithography for the nano-devices on ultrathin SOI film. // Materials Science and Engineering C, 2002, v. 19, p. 189-192.
A7. Настаушев Ю. В. Наумова О. В. Девятова С. Ф. Попов В. П. Способ изготовления наносенсора. // Патент РФ № 2359359, 2009. Приоритет от 15.11.2007, БИ N17.
А8. Наумова О. В., Фомин Б. И., Сафронов Л. Н., Насимов Д. А., Ильницкий М. А., Дудченко Н. В., Девятова С. Ф., Жанаев Э. Д., Попов В. П., Латышев А. В., Асеев А. Л. Кремниевые нанопроволочные транзисторы для электронных биосенсоров. // Автометрия, 2009, т. 45, N4, с.
A9. Naumova O. V., Antonova I. V., Popov V. P., Nastaushev Y. V., Gavrilova T. A., Kachanova M. M., Litvin L. V., Aseev A. L. FET on Ultrathin SOI (Fabrication and Research) // Proceedings of SPIE, Micro- and Nanoelectronics, 2003, K.A.Valiev, A.A.Orlikovsky (eds), v. 5401, p.323-331.
А10. Naumova O. V., Antonova I. V., Popov V. P., Nastaushev Yu. V., Gavrilova T. A., Litvin L. V., Aseev A. L. Modification of silicon-on-insulator structures under nano-scale Device fabrication. // Microelectronic Engineering, 2003, v. 69 (Issues 2-4), p.168-172.
A11. Naumova O. V., Nastaushev Yu. V., Svitasheva S. N., Sokolov L.V., Zakharov N. D., Werner P., Gavrilova T. A., Dultsev F. N., Aseev A. L. MBE-grown Si whisker structures: morphological, optical and electrical properties. // Nanotechnology, 2008, v. 19, p. 225708 (5).
A12. Naumova O. V., Antonova I. V., Popov V. P., Sapognikova N. V., Nastaushev Yu. V., Spesivtsev E.
V., Aseev A. L. Conductance oscillations near bonded interface in the ultra thin silicon-on-insulator layers at the room temperature. // Microelectronic Engineering, 2003, v. 66, p. 457-462.
A13. Наумова О. В., Ильницкий М. А., Сафронов Л. Н., Попов В. П. КНИ-нанотранзисторы с двумя независимо управляемыми затворами. // ФТП, 2007, т.1, с. 104-111.
A14. Naumova O. V., Frantsuzov A. A., Popov V. P. Gamma radiation tolerance of 0.5 µm SOI MOSFETs. // Proceedings of SPIE, Micro- and Nanoelectronics K.A.Valiev, A.A.Orlikovsky (eds), 2003, v. 5401, p. 332-336.
A15. Naumova O. V., Frantzusov A. A., Antonova I. V., Popov V. P. Total Dose Behavior of Partially Depleted DeleCut SOI MOSFETs. // In: Science and Technology of Semiconductor-on-insulator Structures and Devices Operating in a harsh environment, D.Flandre, A.Nazarov (eds), Kluwer Academic Publisher, Netherlands, NATO Science Serias, II Materials, Physics and Chemistry, 2005, v. 185, p. 227-232.
А16. Naumova O. V., Fomin B. I., Ilnitsky M. A., Popov V. P. Charge accumulation in the buried oxide of SOI structures with bonded Si/SiO2 interface under -irradiation: effect of preliminary ion implantation. // Sem. Sci. Technol. 2012, v. 27, p. 065014(6).
A17. Naumova O. V., Frantzusov A. A., Nikolaev D. V., Popov V. P. Charge accumulation on oxides of SOI wafers fabricated by hydrogen slicing. // In: Silicon-on-Insulator Technology and Devices XII, PV-2005-03, Editors: G.K.Celler, S.Cristoloveanu, J.G.Fossum, F.Ganiz, K.Izumi, Y.W.Kim, 2005, p. 255-260.
А18. Naumova O. V., Fomin B. I., Sakharova N. V., Ilnitsky M. A., Popov V. P. Impact of implantation on the properties of N2O-nitrided oxides of p+- and n+-gate MOS devices. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 2009, v. 267, Issues 8-9, p. 1564-1567.
A19. Naumova O. V., Fomin B. I., Malyarenko N. F., Popov V. P. Modification and characterization of the surface of SOI nanowire sensors. // J. NanoRes., 2012, v.18-19, p.139-147.
A20. Настаушев Ю. В., Наумова О. В., Попов В. П. Полевой нанотранзистор. // Патент РФ № RU 2250535, 2005, Приоритет от 14.08.2003. БИ N4.
А21. Popov V. P., Naumova O. V., Ivanov Yu. D. Universal sensing platform of SOI nanowire transistor matrix for femtomole electronic bio and chemical sensors. // In: Semiconductor-On-Insulator Materials for NanoElectonics Applications. Eds. J.-P. Colinge, A.N. Nazarov, F. Balestra and others:
Springer, 2010, p.352-363.
А22. Naumova O. V., Popov V. P., Safronov L. N., Fomin B. I., Nasimov D. A., Latyshev A. V., Aseev A.
L., Ivanov Yu. D., Archakov A. I. Ultra-Thin SOI Layer Nanostructuring and Nanowire Transistor Formation for FemtoMole Electronic Biosensors. // ESC Transactions, 2009, v. 25, N10, p. 83-87.
A23. Ivanov Yu. D., Pleshakova T. O., Kozlov A. F., Malsagova K. A., Krohin N. V., Shumyantseva V.
V., Shumov I. D., Popov V. P., Naumova O. V., Fomin B. I., Nasimov D. А., Aseev A. L., Archakov A. I. Nanowire biosensor for detection of HBsAg and -fetoprotein. // Lab on a Chip, 2012, v. 12, p.
5104-5111.
«