Sərbəst iş №1 Nanotexnologiya və onun inkişaf prespektivləri

“Yuxarıdan-aşağı” prinsipi. “Yuxarıdan-aşağı” texnologiyası fiziki cisimlərin ölçülərinin ultramikroskopik, nanometr miqyasında qiymət alana qədər mexaniki, kimyəvi və digər üsullar ilə emal edilməsinə əsaslanır. Bunun üçün mikroelektronikanın məlum metodlarından istifadə edilir. Sadə misal olaraq fottolitoqrafiya üsulları ilə yaradılan bir sıra yarımkeçirici qurğuları göstərmək olar. Fottolitoqrafiya zamanı ilkin yarımkeçirici kristal lazer şüası ilə emal edilir. Belə emal lövhə üzərində əvvəlcədən verilmiş quruluşu almağa imkan verir. Bu zaman ayırdetmə qabiliyyəti, yəni, hazırlanan sxemin elementlərinin minimal ölçüsü, lazer şüasının dalğa uzunluğu ilə təyin edilir. Hazırda bu parametr 10 nm-ə qədər çatıb. Hazırda ən qısa lazer şüaları 100 nm-ə qədər dəqiqliklə mikroemal aparmağa imkan verir. Lakin bu texnologiya mürəkkəbdir və istifadə edilən avadanlıq bahadır. Odur ki, bu texnologiya irimiqyaslı kütləvi istehsalda tətbiq edilmir.
“Aşağıdan yuxarı” texnologiyasında mikroquruluş elementar “kərpiclərdən” – atom, molekul, klaster, nanoborular, nanokristallardan yığılır. Yığılma və ya öz-özünə yığılma prosesində bu elementlər tələb olunan ardıcıllıqla yerləşdirilməlidir. Misal olaraq atomların kristallik səth üzərində skanedici tunel mikroskopunun zondu ilə bir-bir yığılmasını göstərmək olar. Lakin, kütləvi istehsal şəraitində tunel mikroskopu və hətta nanorobotların köməyilə atomların bir-bir yığılması yolu ilə makroskopik obyektin hazırlanması real deyil. Çünki, bu həddindən artıq vaxt tələb edir. Odur ki, makroobyektlərin “aşağidan yuxarı” prinsipi ilə yaradılması üçün əsas üsul öz-özünə yığılma və özünü təşkil olmalıdır. Bu üsulda atom və molekullar özləri verilmiş qaydada düzülürlər. Belə proses təbiətdə də, məsələn, bioloji sistemlərdə baş verir.
Aşağıdan-yuxarı prinsipi həmçinin atom və molekulların selektiv çökdürülməsindən istifadə etməklə altlığın verilmiş hissəsində tələb olunan quruluşu yaratmağa imkan verir. Məsələn, evin ayrı-ayrı hissələrdən quraşdırılması. Lakin bu tip quruluşların yaradılması üçün, nanoquruluşların bir-birilə necə birləşməsi qanunauyğunluqlarını bilmək lazımdır. Belə nanoquruluşların bir-birilə qarşılıqlı təsirlərinin və birləşmələrinin mexanizmı məlum olmadığına görə yeni funksional xarakteristikaların alınma strategiyasını yaratmağa imkan vermir. Son illərdə alınan texnoloji nəticələrin təhlili nanoquruluş və nanoqurğuların konstruksiya edilməsini və onların istehsalını həyata keçirməyə imkan verir. Yalnız istifadə olunan materialların fiziki-kimyəvi xassələrinin əsas prinsipləri məlum olduqdan sonra, alınan obyektlərin xassələrini modelləşdirmək və konstruksiya etmək mümkün olacaqdır.
Nanotexnologiyada funksional elementlərin və onların müxtəlif kombinasiyalarının yaradılması üsulları mikroelektron texnologiyalardan fərqlənir. Çünki, bu halda texnoloji tsikldə atom və molekulların atomar ölçülərdə quruluş yaratmağa meylli olmasından istifadə edilir.
Nanoölçülü quruluşların formalaşdırılması imkanı yarımkeçirici cihazların hazırlanma teönologiyalarının inkişafı nəticəsində mümkün olmuşdur. Burada ilk növbədə qaz fazadan kimyəvi çökdürülmə, molekulyar-şüa və elektron-şüa litoqrafiya üsullarını göstərmək olar. Bundan başqa skanedici nöqtəvi zondları və öz-özünə tənzimlənən prosesləri tətbiq etməklə nanoquruluşlar yaradılması imkanları xeyli genişlənmişdir.
Qeyd edildiyi kimi, mikroelektron qurğuları üçün nazik təbəqələrin əsas alınma üsulları fotolitoqrafiya, qaz fazadan kimyəvi çökdürülmə, molekulyar-şüa və elektron-şüa epitaksiya üsullarıdır.
Fotolitoqrafiya özündə mexanika, optika, fotokimya kimi elm sahələrini birləşdirir. Istənilən çap növündə təsvirin kənarları kifayət qədər aydın olmur. Sxemin ikiölçülü təsvirinin proyeksiya olunması kənarların təhrif olunmasına gətirir. Odur ki, xüsusi rezist tələb olunur ki, belə rezistdə sinusoidal modullaşdırılmış işıq dəstəsinin təsiri ilə düzbucaqlı maska formalaşdırılır; sonra həmin maskanın köməyilə təsvir köçürülür. Köçürülmə aşılandırma və ya partlayıcı litoqrafiya vasitəsilə aparılır. Fotolitoqrafiya zamanı altlığın maskanın altında qalan müəyyən hissələri də qismən işıqlanmış olur. Bunun bir sıra səbəbləri var. Məsələn, obyektivin fokusunun dərinliyinin optimal olmaması, rezist təbəqəsinin aşağı kontrastlı olması, durğun dalğaların yaranması (altlıqdan dalğaların əks olunması), rezistdə işığın sınması v. s. Əsas səbəblərdən biri işığın difraksiyasıdır. Məlumdur ki, fotolitoqrafiya üsulları ilə hazırlanan elementlərin minimal ölçüləri işığın difraksiyası nəticəsində məhdudlaşır. Minimal ölçülər istifadə edilən işığın dalğa uzunluğu ilə təyin edilir. Görünən işığın dalğa uzunluğu (0,35÷0,7) mkm, UB şüaların dalğa uzunluğu (0,1÷0,35) mkm arasında dəyişir.
İS-də kritik ölçülər fotolitoqrafiya üsulları ilə fotorezistdə təkrarlanan minimal ölçülər və MDY tranzistorun kanalının L_K uzunluğudur. Litoqrafiya yarandıqdan sonra onun təkmilləşməsi əsasən şüaların dalğa uzunluğunu azaltmaq istiqamətində getmişdir. Lakin, müasir halda bu mümkün deyil. Odur ki, başqa təkmilləşmə üsulları axtarılır. Elementlərin ölçülərinin azaldılması zamanı bir sıra problemlər yaranır ki, onlar müasir fotolitoqrafiyanın imkanlarını məhdudlaşdırır. Bu problemlər aşağıdakılardır:
1. tranzistorun ayrı-ayrı hissələrinin müqavimətlərinin artması; bu müqavimərləri aşqarlama yolu ilə azaltmaq mümkün deyil;
2. elementlər bir-birinə yaxın yerləşdikdə parazit tutumların və cərəyanlarının yaranması;
3. qurğuların güzgülərində aşkar şəkildə difraksiya hadisəsi; hətta səth 0,5 nm dəqiqliklə emal edildikdə belə;
4. işıq mənbələrinin yaradılması. Hələlik ekzimer lazer əsasında 157 nm uzunluqlu işıq verən mənbə yaratmaq çüçkün olmamışdır. Uzunluğu 13 nm-dən kiçik olan dalğalar verən mənbələr isə perspektivli deyil. Çünki, belə dalğalar demək olar ki, bütün materiallar tərəfindən aktiv olaraq udulur.