350 rub
Journal №2 for 2012 г.
Article in number:
Fabrication of field-emission and tunneling NANO-microdevices cathodes, SOME features of technology
Keywords: field emission tunnel current cathode tunnel transducer platinum silicide thermal processing
Authors:
N.N. Balan, E.N. Ivashov, P.A. Luchnikov, A.V. Nevsky
Abstract:
This paper describes the advanced cathode structure for field-emission and tunnel microdevices and its basic properties. The main technological approaches currently used in vacuum microelectronics and tunneling transducers fabrication are presented. The platinum silicide is proposed as electrode material for nanoelectromechanical sensors based on quantum electron tunneling. The process flow of device fabrication is presented and reasons to use platinum silicide as metallisation material are described. The fabrication process has the general features of a conventional surface micromachining CMOS process flow exept for some special operations. In this paper we also demonstrate the use of conductive atomic force micoscopy (AFM) in spreading resistance imaging mode for inspection of topography and electrical properties of platinum silicide surface. The goal of these studies is to define the platinum silicide films structural and electrical properties variation after thermal processing (820-850°С) and to correct the process flow parameters as may be required. Both AFM-inspection operations of pre- and post-thermal processed test structures are performed. The experimental results are presented.
Pages: 35-43
References
  1. Zhu W. Vacuum Microelectronics. Nеw York: Wiley-Interscience. 2001.
  2. Дюжев Н.А., Махиборода М.А., Скворцов В.Э. Электронно-лучевой микродисплей высокого разрешения на базе кремниевого автоэмиссионного нанокатода // Первый международный форум по нанотехнологиям. Москва. 2008.
  3. Трубецков Д.И., Храмов А.Е.  Лекции по сверхвысоко­частотной электронике для физиков. М.: Физматлит. 2003.
  4. Srivastava V.THz Vacuum microelectronic devices // Proceedings of the International Symposium on «Vacuum Science and Technology» (IVS 2007) // Journal of Physics: Conference Series. 2008. Р. 114.
  5. Zhiyu Wen, Ying Wu, Zhcngyuan Zhang, Shilu Xu, Shanglian Huang, Youli Li Development of an integrated vacuum microelectronic tactile sensor array // Sensors and Actuators A. 2003. V. 103. Р. 301-306.
  6. Cruz S., Lee K., Ponnavolu D.Tunneling accelerometers. 2004.
  7. http://clifton.mech.northwestern.edu/~me381/project/done/Accelerometer.pdf
  8. Kenny T.W., Kaiser W.J., Waltman S.B., Reynolds J.K. Novel Infrared Detector Based on a Tunneling Displacement Transducer // Applied Physics Letters. 1991. V. 59(15). P. 7.
  9. DiLella D., Whitman L.J., Colton R.J., Kenny T.W., Kaiser W.J., Vote E.C., Podosek J.A., Miller L.M. A Micro-machined Magnetic-Field Sensor Based on an Electron Tunneling Displacement Transducer // Sensors and Actua-tors. 2000. V. 86. Р. 8-20.
  10. Liu C.H. and Kenny T.A.High-Precision, Wide-Bandwidth Micromachined Tunneling Accelerometer // Journal of microelectromechanical systems. 2001. V. 10. № 3.
  11. Шашкин В.И., Востоков Н.В., Вопилкин Н.А., Климов А.Ю., Волгунов Д.Г., Рогов В.В., Лазарев С.Г. О возможных конструкциях датчиков туннельно-эмиссионных акселеро-метров // Микросистемная техника. 2003. № 5.
  12. Alexenko A.G.,. Ananyan M.A, Dshkhunyan V.L., Kolomeit-
    zev V.F., Luskinovich P.N., Nevsky A.B., Orlov O.A.     Tunnel effect nanodetector of mechanical vibrations and method for preparation thereof. United States Patent. US 6,829,941 B2. Dec. 14. 2004.
  13. Балан Н.Н.Разработка и оптимизация конструктивных и технологических решений туннельных нанопреобразо-вателей // Автореферат на соиск. уч. степени к.т.н. М.: МИЭМ. 2010.
  14. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электро­ника. М.: Наука. 1966.
  15. Жукова С.А., Обижаев Д.Ю., Гринькин Е.А. Микро­электромеханические компоненты туннельных акселеро­метров // Материалы Междунар. школы-конф. «МО-ЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ-2008». 10-13 ноября 2008 г. Москва. М.: Энергоатомиздат. 2008. Ч. 1. С. 173-176.
  16. Spindt C.A., et al.Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones // Journal of Applied Physics. 1976. V. 47. № 12. Р. 5248-5263.
  17. Agache V., Ringot R., Bigotte P., Senez V., Legrand B., Buchailot L., Collard D. Modeling and experimental validation of sharpening mechanism based on thermal oxidation for fabrication of ultra-sharp silicon nanotips // IEEE Trans. on Nanotechnology. 2005. V. 4. № 5. Р 548-554.
  18. Djuzhev N.A., Beliaev S.N., Vlasenko V.A., Gogin A.A., Gontar V.M., Deniskin V.V., Mazaev A.A., Nevsky A.B., Tishin Y.I., Shokin A.N. A Silicon Gated Field Edge Cathode // The 16th International Vacuum Microelectronics Conference. 2003. Senri Life Science Center. Osaka. Japan. 2003. Р. 177-178.
  19. Дюжев Н.А., Махиборода М.А., Федирко В.Л. Иссле­дование различных режимов автоэлектронной эмиссии кремниевого кантилевера // Материалы 14-й научн.-технич. конф. «Вакуумная наука и техника» (под ред.
    В. А. Быкова). М.: МИЭМ. 2007. С. 248-251.
  20. Раков Э.Г.Химия и применение углеродных нанотрубок // Успехи химии. 2001. Т. 70. С. 934.
  21. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // Успехи физических наук. 2002. Т. 172. С. 401.
  22. Bonard J.M., Kind H., Stockli T., Nilsson L.O. Field emission from carbon nanotubes: the first five years // Solid- State Electronics. 2001. V. 45. Р. 893.
  23. Образцов А.Н., Павловский И. Ю., Волков А.П. Авто-электронная эмиссия в графитоподобных пленках // ЖТФ. 2001. Т. 71. № В 11. С. 89-95.
  24. Покровский Я.Е.Влияние поверхностных уровней на электрические свойства мелкозернистых пленок. ЖТФ. 1954. Т. 24. № В.7. С. 1229.
  25. Takashi Ikuno, Yuichi Kawano, Yang-Gyu Baek, Jeong-Tak Ryu, Mitsuhiro Katayama, Kenjiro Oura 炭素系薄膜の電界電子放出における界面金属の影響(Influence of Interface Metal on Field Emission from Carbon Film) //表面科学. 2000. V. 21. Р. 502-506.
  26. Мьюрарка Ш.  Силициды для СБИС. М.: Мир. 1986.
  27. Досталко Л.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС. Минск. 1989.
  28. Балан Н.Н., Груздев А.О., Невский А.Б., Гаврин С.С. Контроль структурных и электрофизических свойств пленок SiPt-металлизации электродов туннельного датчика методами сканирующей зондовой микроскопии // Научная сессия МИФИ-2006: Сб. науч. тр. Москва. 23-27 янв. 2006 г. М.: МИФИ. 2006. Т. 1. С. 70-71.
  29. Балан Н.Н., Лучников П.А., Ивашов Е.Н., Технологические принципы формирования пленочных элементов туннельного НЭМС преобразователя// Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения / под ред. чл.-корр. РАН А.С. Сигова. М.: МИРЭА-РАН. 2011. Т. 4. С. 260-267.
  30. Huang S., Li B., Zhang X. Elimination of stress-induced curvature in microcantilever infared focal plane arrays // Sensors and actuators A. 2006. V. 130-131. Р. 331-339.
  31. Жукова С.А., Обижаев Д.Ю., Жуков А.А., Бабаевский П.Г. Закономерности плазмохимического травления полиимидных «жертвенных» слоев в нано- и микроразмерных зазорах // Нано- и микросистемная техника. 2007. № 9. С. 20-25.
  32. Balan N.N., Ivashov E.N., Nevsky A.B.  Platinum silicide as electrode material of microfabricated quantum electron tunneling transducers // 11th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices EDM-2010: Book of abstracts, 30jun.-4jul. 2010. Novosibirsk, Russia: IEEE. 2010. P. 159-164.