Некоторые этапы по созданию образцов для наноэлектроники обычно проходят в вакуумной установке, использующей принцип импульсного лазерного осаждения для создания полупроводниковых структур. Стандартные модели нагревателей работают только в чистом вакууме, а в атмосфере кислорода из-за особенностей конструкции выходят из строя. При этом для создания структур с интересующими ученых свойствами, такими как кристалличность или стехиометрический состав, нужно нагревать образцы из кремния до более высоких температур в кислородной среде.
Прогрев наноэлектроники: разработано устройство для нагрева образцов до 600 °C
Мощный нагреватель для вакуумной установки осаждения разработал магистр Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики МФТИ. Прибор способен нагревать образцы из кремния до рекордных 600 °C. Установка будет использоваться для создания полупроводниковых структур при производстве наноэлектронных девайсов.
Unsplash
«Новый нагреватель должен был соответствовать строгим требованиям, так как он будет использоваться в вакуумной установке. Прибор необходимо было разработать таким образом, чтобы он выдерживал высокие температуры и при этом не загрязнял рабочую среду. При его создании я опирался на геометрию и некоторые конструктивные элементы старого нагревателя, чтобы сохранить уже привычные сценарии использования. Оба устройства имеют четыре контакта: два для подачи тока и два для термопары. В новом приборе изменен принцип работы: между двумя керамическими пластинами помещена проволока, которая при подаче напряжения нагревается и передает тепло на образец», — отметил автор разработки.
В процессе изготовления нового нагревателя использовались теплоотводящие керамические пластины из оксида алюминия толщиной 1 мм и проволока из сплава «фехраль». Испытания подтвердили полную работоспособность изделия в том числе при создании новых структур из оксидов циркония и рутения.
Новый нагреватель не только достигает температуры 600°C, но и отличается экономической эффективностью — он более устойчив к эксплуатации в атмосфере кислорода и стоит в разы дешевле предшественника.
Работа над нагревателем проводилась в Учебно-производственном центре «Физтех.Фабрика», где студенты МФТИ получают технологическую и инфраструктурную поддержку, а также консультации опытных коллег. Инициатива реализуется в рамках стратегического проекта «Инженерные кадры технологического прорыва» государственной программы «Приоритет 2030». Никита Жидков работал на Фабрике с лазерным гравировщиком Minimarker-2, бормашинкой, а также в CAD-системе CorelDraw.
По словам автора, новое устройство демонстрирует работоспособность и на сегодняшний день не имеет аналогов на рынке. В дальнейшем нагреватель будет использоваться в микроэлектронике, включая создание мемристорных структур для нейроморфных чипов. Последние применяются в машинном обучении, так как способствуют ускорению работы алгоритмов и уменьшению энергопотребления.