Наука и технологии - Нанотехнологии

Физики из Мэрилендского университета (США) наблюдали в эксперименте движение и изменение размера «островков» атомов на поверхности серебряных наноразмерных проводов при пропускании тока по ним.

Заинтересовавшее учёных явление электромиграции — переноса вещества под действием движущихся электронов — становится всё более значимым при уменьшении размеров схем. Сформированные ими «островки» на серебряной поверхности состояли всего из 100–100 000 атомов, а для наблюдения за изменением их состояния в случае протекания тока пришлось использовать сканирующий туннельный микроскоп.

Как выяснилось, структуры такого типа смещаются в направлении, противоположном направлению протекания тока, и постепенно уменьшаются в размерах. При этом сила воздействия электронов оказалась значительно — практически в 20 раз — выше ожидаемой, что, по мнению исследователей, позволяет использовать её для направленного перемещения атомов в наноэлектронных компонентах.

Схема эксперимента: игла сканирующего туннельного микроскопа контролирует смещение наноструктуры на серебряной поверхности (иллюстрация из журнала Science).

 

Авторам также удалось выяснить, что воздействие электронов снижается при размещении дефектов (фуллерена C₆₀) вдоль границ «островков». «Основная причина этого заключается в том, что дефекты вызывают рассеяние электронов», — поясняет руководитель группы Эллен Уильямс (Ellen Williams).

В настоящее время учёные проводят аналогичные эксперименты с наноразмерными структурами на поверхности графена.

Перемещение «островка» и уменьшение его размеров при протекании тока (длина и ширина кадра равняются 500 нм, а одной секунде видео соответствуют 480 секунд реального времени):

Electromigration from Dmitriy Safin on Vimeo.

[span class=note]

Электромиграция (EM) — это явление переноса вещества за счет постепенного дрейфа ионов в проводнике, возникающее благодаря обмену количеством движения при столкновениях между проводящими носителями и атомной решеткой. Этот эффект играет существенную роль в тех прикладных областях, где используются прямые токи большой плотности, например в микроэлектронике. Чем меньше становятся интегральные схемы, тем более заметную практическую роль играет этот эффект.

При достаточно высокой температуре и плотности тока, в металлах движущиеся под воздействием электрического поля электроны сталкиваются с атомами решетки и толкают их в сторону положительно заряженного электрода. Таким образом, в проводнике появляются обедненные веществом зоны, вследствие чего сопротивление, а как следствие, плотность тока в этой зоне существенно возрастает, что приводит к еще большему нагреву этого участка проводника. В результате, эффект электромиграции может привести к частичному или полному разрушению проводника под воздействием температуры (плавление металла) или из-за полного размытия металла по воздействием электромиграции (void). С другой стороны, скопившиеся вещество может сформировать новое непреднамеренное соединение (hillock), что может привести как деградации производительности схемы (увеличение паразитных емкостей и crosstalk эффектов), так и к короткому замыканию.

[/span]

Элтайм.ру, по материалам Компьюленты