НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Центр исследований квантовых электронных структур

E.Xf

Центр исследований квантовых электронных структур был организован ННФ в 1989 г. при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Его основная цель — проведение исследований, связанных с важной проблемой нанонауки и технологии: получением и изучением «квантовых структур». Характерные размеры таких структур очень малы, что обусловливает наличие у них особых электрических, оптических и магнитных свойств и, соответственно, создает основу для разработки совершенно новых устройств и технологических про­цессов. Центр объединяет междисциплинарные научные исследования не­скольких факультетов (химического, химико-технологического, электротех­ники и вычислительной техники, физического и материаловедческого), как показано на рис. 11.6.

Химия Новые материалы

Химическая технология тг ,

Электротехника Новые физические

Материаловедение-------- ► --------- ^ принципы

Физика Новые технологии

0,5 мкм

АСМ-изображение квантовых точек на вытравленных бороздках Рис. 11.6. Объединение науки и технологии на атомном уровне.

В Центре особое внимание всегда обращалось на исследования малоизу­ченных физических и химических свойств низкоразмерных структур (т. е. структур, в которых одно или больше измерений характеризуется критиче­ским размером 100 нм и меньше). Именно на таких расстояниях (когда харак­терные размеры структуры становятся равны или меньше важных физических параметров, в частности средней длины свободного пробега электронов) начинает проявляться квантовомеханическая природа исследуемых материа­лов. Регулируя критические размеры таких структур, исследователи стремят­ся повысить эффективность различных процессов (перенос электронов, оп­тические процессы), чтобы получить новые материалы для новых устройств. Ранее работы Центра были связаны главным образом с квантовыми структу­рами в сложных полупроводниках, однако сейчас область исследований зна­чительно расширилась и включает оксиды, сверхпроводники и магнитные материалы.

Программа Центра содержит основные научные и технологические этапы создания и обработки квантовых структур:

Лазеры на квантовых точках Запоминающие устройства на квантовых точках Квантовые вычислительные устройства

Рис. 11.7. Непрерывный цикл взаимосвязанных работ, осуществляемых Центром ис­следований квантовых электронных структур.

• Исследование процессов роста и изготовления квантовых структур.

• Изучение физических (электрических, магнитных, оптических) и химиче­ских свойств получаемых структур.

• Поиск возможных технологических применений квантовых структур после того, как их свойства хорошо изучены и поддаются полному контролю.

Исследовательская стратегия Центра представлена на рис. 11.7. Схема отра­жает непрерывную и тесную взаимосвязь исследований, относящихся к полу­чению, аттестации и моделированию квантовых структур. Лаборатории Цент­ра оснащены первоклассным научным оборудованием для выращивания и синтеза кристаллических материалов, включая «чистую комнату» площадью около 300 м2 (с литографическим оборудованием высшего класса) и новейшую аппаратуру для изготовления квантовых структур (в частности, установки электронно-лучевой литографии, различных методик осаждения, сухого трав­ления). Кроме того, лаборатории оснащены аппаратурой для проведения низ­котемпературных, оптических, высокоскоростных и магнитных измерений. Центр имеет установки для изучения сложных явлений на поверхности и поль­зуется лазером на свободных электронах, установленным в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.

Финансирование Центра осуществляется ННФ США (около 3 млн. долл. в год), а также университетом и промышленными компаниями при проведении заказных работ.