| НОВОСТИ НАУКИ |
Алмазы – лучшие друзья электроники
Статья подготовлена при поддержке компании «Premier Steel». Если вам требуется качественная защита вашей квартиры, то оптимальным решением станет установка качественной стальной двери. Перейдя по ссылке: «стальные двери Балашиха», вы сможете, не отходя от экрана монитора, заказать стальную дверь по выгодной цене. Компания «Premier Steel» имеет большой штат профессиональных сотрудников, у которых есть огромный опыт работы в сфере изготовления входных дверей.
Действительно, алмазы – прекрасные рассеиватели тепла, что крайне важно при работе современных “перенаселенных” транзисторными схемами чипов, стремящихся к физическому пределу миниатюризации (размеры, при которых еще сохраняются приемлемые значения электрических параметров). Алмазные покрытия износоустойчивы и позволяют создавать холодные катодные источники, быть сенсорами ультрафиолетового излучения, а также инертными электродами в электрохимии. Но они также и дороги, что всегда (начиная с героя одного из рассказов Г.Уэллса) заставляло ученых мечтать о возможности получения синтетических алмазов. Первого успеха достигли еще перед войной, за что в 1946 г. была присуждена Нобелевская премия по физике.
Но и синтетические алмазы, получаемые при высоких температурах и больших давлениях, тоже дороги. Сейчас мелкие алмазики получают методом химического осаждения из первой фазы (СVD) продуктов взаимодействия паров, а вернее газов – водорода и метана – при температуре около 2000 °С. Для активизации углеродсодержащих молекул в плазму вводят также металлические нити. Тогда уже при температуре 700 °С вероятность образования кристаллов алмаза становится выше, нежели аморфной сажи. При добавлении к газам бора получают даже полупроводники р-типа.
К сожалению, при всех многообещающих свойствах этих относительно дешевых синтетических алмазов их “внедрению” в современное производство электронных чипов многое препятствует. Пока никак не получаются кристаллы большой площади, т.к. метод, описанный выше, приводит к образованию многочисленных мелких кристаллов, между которыми образуется обычный графит, резко снижающий ценность получаемого продукта. К тому же алмазные пленки “растут” очень медленно. Прирост их по толщине составляет всего лишь микроны в час, т.е. для получения слоя толщиной 1мм требуются сотни часов сложного и дорогостоящего процесса.
В идеале процесс осаждения лучше всего было бы вести при температурах выше 2000 °С, однако при такой “жаре” сгорает даже кремниевая подложка, не говоря уже о пластиках, алюминии, стекле и даже железе. Железо, положим, выдерживает, но при такой большой температуре в нем легко растворяется углекислый газ, что резко “портит” свойства металла. При температуре 400 °С образуются всего лишь нанокристаллы диаметром не более 1–10 нм.
Электронщики заинтересованы в получении не только р-полупроводников, из которых можно сделать лишь очень простые устройства, но и ценных полупроводников n-типа. Для этого в кристаллы нужно вносить примесь, которая и придавала бы получаемому полупроводниковому материалу желательные n-свойства (электронную проводимость). Поэтому в данной области необходимы новые открытия.
Например химически инертную поверхность алмазных кристаллов можно сделать функциональной, если химически заместить концевые атомы водорода, замыкающие связи углерода, например аминогруппой NН2. Наличие таких “биогенных” групп позволило бы привязывать к поверхности алмазов молекулы ДНК или протеинов (последние с помощью их кофакторов или коэнзимов в случае ферментов). Это привело бы к созданию сверхминиатюрных флуоресцентных или электрохимических биосенсоров, которые будут не только дешевыми, но и многоразовыми. С их помощью можно было бы проводить скрининг* генов и ген-диагностику заболеваний, слежение за уровнем сахара у диабетиков и т.д.
Но главное – это, конечно же, покрытие равномерным слоем алмазной пленки толщиной около 1020 мкм кремниевых пластин-“вафель”, диаметр которых составляет как минимум 300 мм (сейчас максимальный диаметр синтетического алмазного кристалла не превышает 5 мкм). Такое алмазное покрытие представляло бы собой прекрасный теплопроводящий и рассеивающий слой, использование которого в сочетании с пятимикронным слоем кремния с расположенными на нем электронными схемами не допускало бы их перегревания. Следствием получения подобных кремний-алмазных “сэндвичей” стала бы еще большая миниатюризация электронных схем.
Технологи, однако, предупреждают, что, если даже удастся получить такие гигантские алмазные покрытия, их еще необходимо будет как-то отполировать, устранив даже нанометровые неровности и “шероховатости”. При этом слои кремниевой подложки не должны смещаться. Так что работа предстоит еще огромная. Зато успешное ее завершение сулит электронной отрасли промышленности и смежным с нею областям технологий действительный переход на наноуровень.
* Общее название методов специальных проверок, обследований, применяемых в медицине, биохимии и т.п.