КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 21-12-00299

НазваниеОборванные связи кремния на галогенированной поверхности Si(100) в качестве одноатомных квантовых точек

Руководитель Павлова Татьяна Витальевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки

Ключевые слова оборванные связи кремния, полупроводники, поверхность, галогены, кремний, одноатомные квантовые точки, сканирующий туннельный микроскоп

Код ГРНТИ29.19.22

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Продолжающаяся миниатюризация электронных устройств требует уменьшения размеров их активной области. Электрические, магнитные и оптические свойства квантовых точек открывают привлекательную возможность как для разработки новых электронных устройств, так и для фундаментальных исследований физики конденсированных сред. Данный проект направлен на решение проблемы уменьшения размеров квантовых точек за счет развития твердотельных квантовых структур размером с атом. Актуальность решения проблемы определяется необходимостью создания более компактных, более производительных и энергоэффективных электронных устройств. Оборванные связи кремния (DBs, dangling bonds) представляют собой квантовые точки, поскольку имеют три различных зарядовых состояния (положительное, нейтральное и отрицательное) в зависимости от заполнения уровней электронами (ноль, один или два электрона, соответственно). Энергетические уровни DB лежат в запрещенной зоне кремния и практически изолированы от объемных состояний. Оборванные связи на атомах Si приближаются к предельно малому размеру квантовой точки, следовательно, имеют преимущества перед квантовыми точками обычного размера. Во-первых, все DB идентичны, и неоднородности обусловлены только локальным окружением, которое в принципе можно эффективно минимизировать. Во-вторых, расстояние между энергетическими уровнями у них больше, что снижает требования к рабочей температуре. Оборванные связи кремния изучаются в контексте приложений наноэлектроники [Nat. Electron. 1, 636 (2018)], в качестве сенсора для исследования неизвестных заряженных дефектов вблизи поверхности [ACS Nano 13,10566 (2019)]. Более того, зарядовые и спиновые состояния DB рассматриваются в качестве кубитов для квантовых вычислений [New J. Phys. 12, 083018 (2010)]. DB также используются для внедрения фосфора в кремний с почти атомной точностью, для создания кубитов на электронных спинах примеси [Nature 571, 371 (2019)]. В мире в основном проводятся исследования оборванных связей Si в вакансиях H на поверхности Si(100)-2x1-H. Разработаны методы создания вакансий Н с атомной точностью в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ) [Nanotechnology, 28, 075302 (2017)], залечивания ошибочно созданных вакансий [Nat. Comm. 9, 2778 (2018)], измерения и изменения зарядовых состояний DB в СТМ [Phys. Rev. B 88, 241406(R) (2013)] и nc-AFM [Phys. Rev. Lett. 121, 166801 (2018)]. Целью проекта является развитие направления одноатомных квантовых точек, для чего предлагается изучить новый вид – оборванные связи Si на галогенированной поверхности кремния. Для достижения поставленной цели в проекте предлагается решить следующие задачи: 1) Создание одноатомных квантовых точек из оборванных связей кремния методом СТМ-литографии по резисту из хемосорбированного монослоя галогенов на поверхности Si(100)-2x1. 2) Изучение зарядовых состояний оборванных связей кремния и манипулирования ими. 3) Реализация туннелирования между парой одноатомных квантовых точек для последующего моделирования молекулярных структур («искусственных молекул») из систем взаимодействующих точек. 4) Исследование взаимодействия газов с легирующей примесью (на примере PX3, где X=Br, Cl, I) с нейтральными и заряженными оборванными связями кремния на галогенированной поверхности Si(100)-2x1 с целью создания одноатомных квантовых точек другого типа – из примесных атомов, которые можно эффективно изолировать от внешних воздействий, закрыв слоем эпитаксиального кремния. Научная новизна настоящего проекта определяется созданием одноатомных квантовых точек на галогенированной поверхности Si(100)-2x1. Использование галогенов позволит расширить применение DB на галогенированную поверхность Si(100), используемую в технологии производства микросхем. Более того, внедрение примесей в кремний с использованием DB на Si(100)-2x1-H ограничено существованием гидридов только P и As (при комнатной температуре), но не других важных примесей, таких как Er, Al, B и др. Однако существуют галогениды указанных примесей, поэтому применение резиста из галогенов откроет возможность встраивания новых примесей в кремний. Благодаря большему радиусу атомов галогенов по сравнению с H, электронная плотность DB на галогенированной поверхности Si(100)-2x1 будет меньше «выступать» над поверхностью и можно в деталях изучить зарядовые состояния DB в СТМ. Таким образом, одноатомные квантовые точки в виде DB на галогенированной поверхности Si(100)-2x1 являются интересными объектами для изучения физических явлений и перспективны для создания на поверхности кремния электронных схем атомного масштаба.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---