Использование атомно-силового микроскопа для создания одномерной структуры на основе гетероструктуры GaAs/AlGaAs

При исследовании транспорта электронов в низкоразмерных структурах часто применяются полупроводниковые гетероструктуры с двумерным электронным газом, в которых тем или иным способом сформированы изолирующие области, отделяющие проводящий канал от затворов. Особенностями таких структур является высокое качество исходных пластин и необходимость изменения топологии в процессе исследования, что делает применение фотолитографии неэффективным.

В настоящей работе рассматривается технология формирования изолирующих канавок при помощи атомно-силового микроскопа – метод импульсной силовой нанолитографии, позволяющий как работать с отдельными образцами, так и формировать на поверхности полупроводника узкие и глубокие канавки, обеспечивающие хорошие изоляционные характеристики. Измеренные транспортные  характеристики созданных таким методом наноструктур подтверждают наличие квантования проводимости канала и отсутствие заметного количества вносимых дефектов.

1. Wagner R. S., Ellis W. C. Vapor-liquid-solid mechanism of single crystal growth // Appl. Phys. Lett. 1964. V. 4, Iss. 5. P. 89—90. DOI: 10.1063/1.1753975

2. Yu D. P., Bai Z. G., Ding Y., Hang Q. L., Zhang H. Z., Wang J. J., Zou Y. H., Qian W., Xiong G. C., Zhou H. T., Feng S. Q. Nanoscale silicon wires synthesized using simple physical evaporation // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72, Iss. 26. P. 3458—3460. DOI: 10.1063/1.121665

3. Beenakker C. W. J., van Houten H. Quantum transport in semiconductor nanostructures // Solid State Phys. 1991. V. 44. P. 1—228. DOI: 10.1016/S0081-1947(08)60091-0

4. Berggern K.-F., Pepper M. Electrons in one dimension // Phil. Trans. R. Soc. A. 2010. V. 368, Iss. 1914. P. 1141—1162. DOI: 10.1098/rsta.2009.0226

5. Davies J. H., Larkin I. A., Sukhorukov E. V. Modeling the patterned two-dimensional electron gas: Electrostatics // J. Appl. Phys. 1995. V. 77, Iss. 9. P. 4504—4512. DOI: 10.1063/1.359446

6. Борисов В. И., Лапин В. Г., Темирязев А. Г., Торопов А. И., Чмиль А. И. Особенности квантования кондактанса одномерных каналов, полученных методом травления // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54, № 4. С. 488—492.

7. Pepper M., Smith C. G., Brown R. J., Wharam D. A., Kelly M. J., Newbury R., Ahmed H., Hasko D. G., Peacock D. C., Frost J. E. F., Ritchie D. A., Jones G. A. C. One-dimensional ballistic transport of electrons // Semicond. Sci. Technol. 1990. V. 5, N 12. P. 1185. DOI: 10.1088/0268-1242/5/12/007

8. Nieder J., Wieck A. D., Grambow P., Lage H., Heitmann D., von Klitzing K., Ploog K. One-dimensional lateral-field-effect transistor with trench gate-channel insulation // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 57, Iss. 25. P. 2695—2697. DOI: 10.1063/1.103803

9. Wieck A. D., Ploog K. In-plane-gated quantum wire transistor fabricated with directly written focused ion beams // Appl. Phys. Lett. 1990. V. 56, Iss. 10. P. 928—930. DOI: 10.1063/1.102628

10. Tip-Based Nanofabrication. Fundamentals and Applications / Ed. A. A. Tseng. New York: Springer-Verlag, 2011. 466 p. DOI: 10.1007/978-1-4419-9899-6

11. Ghandhi S. K. VLSI Fabrication Principles: Silicon and Gallium Arsenide. New York: Wiley, 1994. 864 p.

12. Held R., Vancura T., Heinzel T., Ensslin K., Holland M., Wegscheider W. In-plane gates and nanostructures fabricated by direct oxidation of semiconductor heterostructures with an atomic force microscope // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73, Iss. 2. P. 262—264. DOI: 10.1063/1.121774

13. Matsumoto K. Application of scanning tunneling/atomic force microscope nanooxidation process to room temperature operated single electron transistor and other devices // Scanning Microscopy. 1998. V. 12, N 1. P. 61—69.

14. Борисов В. И., Лапин В. Г., Сизов В. Е., Темирязев А. Г. Транзисторные структуры с управляемым потенциальным рельефом одномерного квантового канала // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37, № 3. C. 85—92. URL: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/12472

15. Мельников М. Ю., Храпай В. С., Schuh D. Создание наноструктур в гетеропереходе с глубоким залеганием двумерного электронного газа методом высоковольтной анодно-окислительной литографии с использованием атомно-силового микроскопа // Приборы и техника эксперимента. 2008. № 4. C. 137—144.

16. Baer S., Ensslin K. Transport spectroscopy of confined fractional quantum hall systems // Springer Series in Solid-State

17. Sciences. V. 183. Springer, 2015. 308 p. DOI 10.1007/978-3-319-21051-3

18. Temiryazev A. Pulse force nanolithography on hard surfaces using atomic force microscopy with a sharp single-crystal diamond tip // Diamond and Related Materials. 2014. V. 48. P. 60—64. DOI: 10.1016/j.diamond.2014.07.001

19. Темирязева М. П., Данилов Ю. А., Здоровейщев А. В., Кудрин А. В., Темирязев А. Г. Структурирование магнитных пленок CoPt с помощью АСМ // Материалы XX Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника». Н. Новгород, 2016. Т. 1. C. 328—329.

20. Jin Y. Ohmic contact to n-type bulk and δ doped Al0.3Ga0.7As/GaAs MODFET type heterostructures and its applications // Solid-State Electron. 1991. V. 34, Iss. 2. P. 117—121. DOI: 10.1016/0038-1101(91)90076-B

21. Göktaş O., Weber J., Weis J., von Klitzing K. Alloyed ohmic contacts to two-dimensional electron system in AlGaAs/GaAs heterostructures down to submicron length scale // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2008. V. 40, Iss. 5. P. 1579—1581. DOI: 10.1016/j.physe.2007.09.115

22. Курочка С. П., Степушкин М. В., Борисов В. И. Особенности создания омических контактов к гетероструктурам AlGaAs/GaAs с двумерным электронным газом // Известия вузов. Материалы электрон. техники. 2016. Т. 19, № 4. C. 271—278. DOI: 10.17073/1609-3577-2016-4-271-278

23. Борисов В. И., Кувшинова Н. А., Курочка С. П., Сизов В. Е., Степушкин М. В., Темирязев А. Г. Полупроводниковые структуры с одномерным квантовым каналом и планарными боковыми затворами, созданные методом импульсной силовой нанолитографии // ФТП. 2017. Т. 51, Вып. 11. С. 1534—1537. DOI: 10.21883/FTP.2017.11.45106.20