РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Учреждение Российской академии наук
ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ им. В.А.КОТЕЛЬНИКОВА РАН Саратовский филиал
(СФИРЭ им. В.А.Котельникова РАН)
Отчет
«Создание баз данных в области наноэлектроники как элементов информационной составляющей инфраструктуры наноиндустрии»
Саратов 2008
РЕФЕРАТ
Отчет содержит 140 стр., в том числе 3 табл., 17 рис., 1 приложение.
НАНОЭЛЕКТРОНИКА, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ, ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ, СТРУКТУРИРОВАНИЕ
Работа посвящена 1-му этапу разработки баз данных по направлению «Наноэлектроника» в рамках создания системы сбора, хранения, обработки и управления потоками научных и технологических данных для наноиндустрии. Результаты работы предназначены для использования в национальной информационной нанотехнологической сети (ННС).
Задачей этапа являлось формирование и первичное структурирование предметной области поиска и извлечения знаний по заданному тематическому направлению деятельности ННС. На основе имеющихся литературных данных и поисковых действий в Интернет проведены описание и анализ современного состояния исследований в области наноматериалов и нанотехнологий в наноэлектрнике. Осуществлено структурирование и описание взаимосвязей элементов полученной информации в виде понятий предметной области.
Предложена инфологическая модель предметной области, которая включает в себя пять основных типов наноматериалов. Среди них: различные виды низкоразмерных полупроводниковых наноструктур (нуль, - одно и двумерных), магнитные наноструктуры, двумерные многослойные структуры из пленок нанометровой толщины и слоев квантовых точек (сверхрешеточные структуры), молекулярные наноструктуры, фуллереноподобные материалы, а также методы их диагностики. Предложены содержания информационного наполнения баз данных по наноматериалам, нанотехнологиям и наноустройствам, на основании которых на следующем этапе будет сформиро-вана логическая модель хранилища данных - прототипа будущей базы данных.
Разработаны оптимальный перечень источников информации по направлению и методика поисковой работы. В результате проведенного поиска информации по установленным источникам разработаны предварительные реестры наноматериалов и нанотехнологий по направлению наноэлектроника.
СОДЕРЖАНИЕ
Основные рабочие термины……………………………………………………….6
Введение…………………………………………………………………………….7
1.Формирование предметных областей поиска и извлечения знаний по тематическому направлению деятельности ННС наноэлектроника……………11
1.1. Задачи наноэлектроники………………………………………………………11
1.2. Анализ современного состояния исследований в области наноматериалов и нанотехнологий в наноэлектрнике............…………………………..……………16
1.2.1. Полупроводниковые наноструктуры……………………………………….17
1.2.1.1. Современные технологии формирования спонтанно упорядоченных наноструктур……………………………………………………………………….19
1.2.1.2. Концентрационные упругие домены в твердых растворах полупроводников…………………………………………………………………..26
1.2.1.3. Периодически фасетированные поверхности……………………………28
1.2.1.3.1. Гетероэпитаксиалыные структуры на периодически фасетированных подложках…………………………………………………………………………..28
1.2.1.4. Упорядоченные массивы трехмерных когерентно напряженных островков……………………………………………………………………………31
1.2.1.4.1. Равновесное состояние в системе когерентно напряженных трехмерных островков……………………………………………………………..33
1.2.1.4.2. Эффекты упорядочения ………………………………………………….37
1.2.1.4.3. Размеры и плотность островков: возможности управления ………….39
1.2.1.5. Формирование массивов вертикально связанных квантовых точек…….41
1.2.2. Полупроводниковые сверхрешеточные структуры……………………….42
1.2.2.1. Композиционные сверхрешетки……………………………………….. ..47
1.2.2.1.1. Композиционные сверхрешетки типа I………………………………..48
1.2.2.1.2. Композиционные сверхрешетки типа II……………………………….52
1.2.2.1.3. Политипные сверхрешетки……………………………………………..54
1.2.2. 2. Легированные сверхрешетки…………………………………………….55
1.2.2.3. Легированные композиционные сверхрешетки…………………………57
1.2.2.4. Классификация полупроводниковых сверхрешеток…………………….60
1.2.3. Магнитные наноструктуры………………………………………………….62
1.2.4. Двумерные многослойные структуры из пленок нанометровой толщины…………………………………………………………………………….65
1.2.5. Фотонные нанокристаллы и пористый кремний…………………………..67
1.2.6. Молекулярные наноструктуры……………………………………………..70
1.2.7. Фуллереноподобные материалы……………………………………………72
1.2.7.1. Углеродные нанотрубки…………………………………………………..75
1.2.7.2. Характеристики углеродных нанотрубок и требования для их применения в полупроводниковых приборах……………………………………79
1.2.8. Диагностика наноструктур…………………………………………………81
2.1. Разработка предметного структурного классификатора по нанотехноло-гиям и наноматериалам…………………………………………………………….85
2.2. Поиск источников получения информации для разработки баз данных… .88
2.3. Организация поиска информации (на примере работы с реферативными БД)……………………………………………………………………………...……91
2.4. Разработка структуры информационного наполнения баз данных………...93
2.5. Формирование реестров баз данных 1-ой очереди………………………….95
3. Список использованных источников информации……………………………99
4. Приложение 1. Список источников информации по тематике ННС наноэлектроника ………………………………………………………………….111
Основные рабочие термины Концепции развития в России работ в области нанотехнологий на период до 2010 года
«Нанотехнология» - совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба; в более широком смысле - этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов;
«Наноматериал» - материал, содержащий структурные элементы, геометрические размеры которых, хотя бы в одном измерении, не превышают 100 нм, и, благодаря этому, обладающий качественно новыми свойствами, в том числе заданными функциональными и эксплуатационными характеристиками;
«Наносистемная техника» - созданные полностью или частично на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.
Введение
Развитие современной полупроводниковой электроники включает применение нанотехнологий, которые определяются как наука и техника создания, изготовления, характеризации и реализации материалов и функциональных структур и устройств на атомном, молекулярном и нанометровом уровнях. Нанотехнологии должны обладать атомной точностью при получении полупроводниковых наносистем с необходимым химическим составом и конфигурацией и включают методы комплексной диагностики наноструктур, в том числе контроль в процессе изготовления и управление на этой основе технологическими процессами.
Развитие нанотехнологий было стимулировано разработкой полупроводниковых наноструктур, выращенных методами молекулярно-пучковой и металлоорганической эпитаксии, и созданием на их основе принципиально новых приборов и устройств электроники и оптоэлектроники, широко используемых сейчас в системах хранения, пердачи и обработки информации (лазеры на квантовых ямах и свехрешетках, СВЧ – транзисторы с двумерным электронным газом и др.).
Мощным толчком развития нанотехнологий послужило открытие в 80-х годах ХХ века туннельной микроскопии, идеи которой легли в основу разработки широкого спектра современных зондовых методов диагностики материалов на наноуровне, а также ряда технологических приемов (нанолитография, молекулярная сборка, саморганизация). Существенно усовершенствованы известные технологии (электронная и рентгеновская литография, техника сфокусированных ионных пучков) и диагностические методы (электронная микроскопия свервысокого разрешения, сканирующая зондовая микроскопия, рентгеновские методы, в том числе с использованием синхротронного излучения, фемтосекундная спектроскопия), что позволяет контролируемым образом создавать наноструктуры, наноматериалы и устройства различного назначения на их основе.
Современный опыт разработки приборов и устройств на основе квантовых гетероструктур (лазеры на квантовых точках, сверхбыстродействующие транзисторы, запоминающие устройства с гигантским магнитосопртивлением) показывает, что результаты фундаментальных исследований в этой области находят практическое применение за весьма короткое время. Эти достижения уже в ближайшие годы способны привести к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности – в электронике, информатике, энергетике, медицине и др. По оценкам зарубежных экспертов объем мировго рынка нанотехнологий к 2010 году составит более 1 трлн. долларов США.
Развитие в стране нанотехнологий и связанных с ними направлений науки, техники и производства направлено на повышение конкурентоспособности и расширение присутствия России на мирвом рынке, повышение степени безопасности страны путем широкого внедрения специальной наносистемной техники, совершенствования вооружений, военной и специальной техники.