Стронций на смену кремнию?

Не позже 2007 г. мир столкнется с проблемой кремниевого лимита, т.е. достижения физического предела дальнейшей миниатюризации чипов, в результате чего нарушится «закон» Гордона Мура, сформулированный им в конце 1960-х гг. и гласящий, что плотность транзисторной микросхемы удваивается каждые полтора-два года.

Если мы хотим дальнейшего наращивания «мощности» наших мобильников и компьютеров, а также других электронных устройств, то необходимо отказаться от использования кремниевых чипов. Выход видится в переходе на кристаллы стронциево-титанового оксида, содержащего в классической структурной единице три атома кислорода. Однако если нарушить стехиометрию, изъяв какое-то количество атомов кислорода, то возникнут вакансии с избыточными электронами (при удалении одного атома кислорода в кристаллической матрице остаются два электрона).

Существенный прогресс в этом направлении достигнут Дэйвидом Муллером из лаборатории научно-исследовательской фирмы «Белл» в г. Марри-Хилл в штате Нью-Джерси (США). Для получения достаточно тонких пленок оксида он его напылял на подложку с помощью лазерного луча в вакуумной камере при 750 °С. Контролируя содержание кислорода в камере, можно получать уменьшенное его содержание в пленке.

При исследованиях пленок стронциево-титанового оксида сканирующий электронный микроскоп показал рассеяние электронного пучка на вакансиях, характеризующихся повышенной электронной плотностью. Нечто подобное наблюдается и на поверхности кремниевого образца, в который для получения желаемых полупроводниковых свойств вводят добавки.

Интересным открытием стало то, что границы вакансий оказались очень четкими. Поведение электронного пучка менялось после прохождения им расстояния всего лишь в 4 ! Ученые полагают, что такое расстояние соответствует размерам одиночной «ячейки» стронциево-титанового оксида. Это совершенно неожиданное открытие, поскольку прежде считалось, что при температуре выше 700 °С кислород диффундирует на глубину в несколько микрометров в течение нескольких минут.

Статья в журнале «Nature» называется «Изображение нанопрофилей кислородных вакансий в масштабе атомов». Автор сконцентрировался на получении произвольных нестехиометрических вакансий кислорода. Возникающее состояние Муллер назвал «варистором», подчеркивая вариабельность распределения кислорода в новых оксидных пленках. Он подчеркивает, что в оксидах переходных металлов, к числу которых принадлежит титан, вакансии представляют собой искомые доноры электронов, что крайне важно для создания новых транзисторов.

Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Nature, 2004, № 7000, р. 620, 657)