350 руб
Журнал «Успехи современной радиоэлектроники» №6 за 2010 г.
Статья в номере:
Кремниевая наноэлектроника: проблемы и перспективы
Ключевые слова: микроэлектроника наноэлектроника транзистор квантовые эффекты квантовый компьютер
Авторы:
К. А. Валиев - академик РАН, Советник РАН, зав. кафедрой физических и технологических проблем микроэлектроники, Физико-технологический институт РАН E-mail: valiev@ftian.ru В. В. Вьюрков - к.ф.-м.н., доц. кафедры физических и технологических проблем микроэлектроники, Физико-технологический институт РАН, вед. научн. сотрудник ФТИАН E-mail: vyurkov@ftian.ru А. А. Орликовский - академик РАН, зам. зав. кафедрой физических и технологических проблем микроэлектроники МФТИ, директор, ФТИАН E-mail: orlikovsky@ftian.ru
Аннотация:
Рассмотрены проблемы и перспективы развития кремниевой наноэлектроники. Показано, что использование подложки «кремний на изоляторе» (КНИ) со сверхтонким нелегтрованным слоем кремния в сочетании с металлическими затворами и подзатворными диэлектриками с высокой диэлектрической проницаемостью обеспечивает дальнейший прогресс кремниевой электроники, заключающийся в уменьшении размеров элементов, снижении энергопотребления и увеличении быстродействия. Приведены результаты моделирования подобных транзисторов с использованием уравнений квантовой механики, позволяющие выявить степень влияния реалистических неоднородностей канала (заряженные центры и шероховатые стенки) на характеристики транзисторов в схеме. Проведено сравнение КНИ-транзисторов с конкурирующими приборами. Рассмотрены твердотельные конструкции квантовых компьютеров, которые могут быть реализованы средствами микро- и наноэлектроники.
Страницы: 7-22
Список источников
  1. Vasileska D., Khan H.R., Ahmed. S.S. // Int. J. of Nanoscience. 2005. V. 4. P. 305.
  2. Валиев К.А. Физика субмикронной литографии. М.: Наука. 1990.
  3. Валиев К.А., Ивин В.В., Кудря В.П., Махвиладзе Т.М. // В кн.: Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника. Труды ФТИАН / под ред. А.А. Орликовского. М.: Наука. 2005. Т. 18. С. 219.
  4. Peng Sh., French R.H., Qiu W., Wheland R.C., Yang M., Lemon M.F., Crauford M.K.// Proc. SPIE. 2005. V. 5754 (SPIE, Bellingham, WA.).
  5. Лебединский Ю.Ю., Пушкин М.А., Баранцев Н.С.,  Неволин В.Н.Вопросы термической стабильности сверхтонких слоев оксидов металлов с высоким ε (high-κ dielectrics) в контакте с Si // Всероссийский семинар «Перспективные технологии и устойства микро- и наноэлектроники». ФТИАН. 2006.
  6. Лебединский Ю.Ю., Зенкевич А.В., Баранцев Н.С., Неволин В.Н.Поиск материалов для металлических затворов в перспективных КМОП-приборах // Всероссийский семинар «Перспективные технологии и устойства микро- и наноэлектроники». ФТИАН. 2006.
  7. Takahashi K., et al. // Jap. J. Appl. Phys. 2003. V. 44. P. 2210.
  8. Handbook of plasma immersion ion implantation / Ed. A. Andersen. N.Y.: Wiley. 2000.
  9. Аверкин С.Н. и др. // В кн.: Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника / под ред. А.А. Орликовского. Труды ФТИАН. М.: Наука. 2005. Т. 18. С. 121.
  10. Орликовский А.А. Плазма в субмикронной технологии микроэлектроники // В кн.: Энциклопедия низкотемпературной плазмы / под ред. В.Е. Фортова. М.: Наука. 2000. Т. IV. С. 370.
  11. Wong H.-S.Ph. // Solid-State Electronics. 2005. V. 49. P. 755.
  12. Celler G.K., Cristoloveanu S. // J. Appl. Phys. 2003. V. 93.
    P. 4955.
  13. Вьюрков В.В., Орликовский А.А., Сидоров А.А. Микроэлектроника. 2003. Т. 32. С. 283.
  14. Gilbert M.J., Ferry D.K. Resonant behavior and discrete dopant effects in narrow ultrashort ballistic silicon-on insulator metal-oxide-semiconductor field effect transistor // J. Vac. Sci. Technol. 2004. V. 22. P. 2039-2044.
  15. Gilbert M.J., Ferry D.K. Efficient quantum three-dimensional modeling of fully depleted ballistic silicon-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors// J. Appl. Phys. 2004. V. 95. P. 7954-7960.
  16. Сидоров А.А., Вьюрков В.В., Орликовский А.А. Моделирование кремниевых полевых нанотранзисторов с учетом квантовых эффектов // В кн.: Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника / под ред. А.А. Орликовского. ТрудыФТИАН. М.: Наука. 2005. Т. 18. С. 327.
  17. Ananiev S.D., V'yurkov S.D., Lukichev V.F. Surface scattering in SOI field-effect transistor // Proc. SPIE. 2006. V. 6260.
  18. Orlikovsky A., Vyurkov V., Lukichev V., Semenikhin I., Khomyakov A. All quantum simulation of ultrathin SOI MOSFET // Nanoscaled Semiconductor-on-Insulator Structures and Devices. Springer. 2007. P. 323-340.
  19. Вьюрков В.В., Лукичев В.Ф., Орликовский А.А., Семенихин И.А., Хомяков А.Н. Квантовое моделирование кремниевых полевых нанотранзисторов // Труды ФТИАН. 2008. Т. 19. С. 195-216.
  20. Vyurkov V., Semenikhin I., Lukichev V., Burenkov A., and Orlikovsky A. All-quantum simulation of an ultra-small SOI MOSFET // Proc. SPIE. 2008. V. 7025. P. 70251K.
  21. Vyurkov V. Quantum simulation of field effect transistors // Information and Brokerage Conference on FP7 ICT-THEME. Moscow. 21-23 October 2008.
  22. Orlikovsky A.A., Vyurkov V.V., Lukichev V.F., and Semenikhin I.A. All quantum model of a silicon field effect transistor // Nanotechnology International Forum. 3-5 Dec. 2008. Moscow: Book of Abstracts.
  23. Ernst T., Munteanu D., et al.  Ultimately thin SOI MOSFETs: Special characteristics and mechanism // Proc. IEEE 1999. Int. SOI Conf., Rohnert Park (California, USA). Oct. 1999.
  24. Popov V.P., Antonova I.V., Stas V.F., et al. Properties of extremely thin silicon layer in silicon-on-insulator structure // J. Mater. Sci. Eng. 2000. V. B73. P. 82-86.
  25. Uchida K., Takagi S. Carrier scattering induced by thickness fluctuation of silicon-on-insulator film in ultrathin-body metal-oxide-semiconductor field-effect transistors// Appl. Phys.  Lett. 2003. V. 82. P. 2916-2918.
  26. Lolivier J., et al. // Intern.SOI Conf. Proc. Hawaii. IEEE. 2005. P. 2.6
  27. Landauer R. Transport as a Consequence of the Incident Carrier flux, in Localization, Interaction, and Transport Phenomena / Bergmann G. and  Buynseraede Y., Eds. Springer-Verlag. Heidelberg. 1985. P. 38.
  28. Buttiker M. Symmetry of electrical conduction // IBM J. Res. Dev. 1988. V. 32. P. 317.
  29. Ahn C., Shin M. // IEEE Tr. Nanotechnology. 2006. V. 5. P. 278.
  30. Toh E.-H., et al. // Appl. Pys. Lett. 2007. V. 91. P. 243505.
  31. Averin D.V., Likharev K.K. Mesoscopic Phenomena in Solids / Edited by B.L. Altshuler, P.A. Lee, and R.A. Webb. Elsevier, Amsterdam, 1991.

  33. Durkop T., Kim B.M., and Fuhrer M.S. Properties and applications of high-mobility semiconductor nanotubes (Topical Review) // J. Phys.: Condens. Matter. 2004. V. 16.
    P. R553-R580.
  34. Sander J. Tans; Alwir R. M. Verschueren; Cees Dekker. Room-temperature transistor based on a single carbon nanotubes // Nature. 1998. V. 393. P. 49.
  35. Chen Z., Appenzeller J., Knoch J., Lin Y., and Avouris P. The Role of Metal-Nanotube Contact in the Performance of Carbon Nanotube Field-Effect Transistor // Nanoletters. 2005. V. 5.
    P. 1497-1502.
  36. Novoselov K.S., et al. // Nature. 2005. V. 438. P. 197.
  37. Perkins B.R., Wang D.P., Soltman D., Yin A.J., Xu J.M., and Zaslavsky A. Differential current amplification in three-terminal Y-junction carbon nanotube devices // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. P. 123504.
  38. Bandyopadhyay S., Cahay M. Reexamination of some spintronic field-effect device concepts // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85. P. 1433-1435.
  39. Бычков Ю.А., Рашба Э.И. // Письма в ЖЭТФ. 1984. Т. 39. С. 66.
  40. Kane B.E. A silicon-based nuclear spin quantum computer // Nature. 1998. V. 393. P. 133.
  41. Валиев К.А. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления // УФН. 2005. Т. 175. С. 3.
  42. Vyurkov V., Gorelik L., and Orlikovsky A. Non-demolishing measurement of a spin qubit state via Fano resonance. ArXiv: 0806.4339. V.2. 4 Jul 2008.
  43. Fedichkin L., Yanchenko M., and Valiev K.A. // Nanotechnology. 2000. V. 11. P. 387.
  44. Shinkai G., Hayashi T., Ota T., and Fujisawa T. // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 103. P. 056802.
  45. Filippov S., Vyurkov V., and Gorelik L. Quntum computing based on space states without charge transfer. ArXiv: 0903.1056. V.2 [quant-ph]. 6 March 2009.
  46. Tsukanov A.V. Controlled-phase operation on two remote charge qubits via conditionalelectron dynamics in auxiliary structure // Optics Communications. 2009. V. 282. P. 4175-4181.
  47. Wineland D.J., et al. Quantum control, quantum information processing, and quantum-limited metrology with trapped ions // ArXiv: quant-ph/05.08.025. V. 1. 2 Aug 2005
  48. Home J.P., et al. Complete Methods Set for Scalable Ion Trap Quantum Information Processing // Science. 2009.
    V. 325. P. 1227.
  49.  Politi A., Cryan M.J., Rarity J.G., Siyuan Yu., O-Brien J.L. Silica-on-Silicon Waveguide Quantum Circuits // Science. 2008. V. 320. P. 646.