СВЕРХПРОВОДНИКИ

Сверхпроводники снова и снова нарушают традиции
Классификация фазовых превращений в твердых телах хорошо известна из университетского курса физики. Имеются фазовые переходы первого рода, сопровождающиеся выделением или поглощением тепла, и переходы второго рода, при которых термодинамические функции состояния тела остаются непрерывными при прохождении через точку перехода, а скачок испытывают их производные, например, удельная теплоемкость. Примером фазового перехода второго рода может служить возникновение сверхпроводимости в образце в отсутствие магнитного поля. До сих пор предполагалось, что другого типа фазовых превращений в природе не существует. Впрочем, имеются еще и так называемые "фазовые переходы 2?-го рода", но это скорее жаргон. Здесь речь идет об изменении под действием внешнего параметра топологии электронного спектра вблизи поверхности Ферми и о сингулярном поведении термодинамических характеристик, которое при нулевой температуре находится посередине между соответствующими зависимостями второго и третьего рода. И вот в последнем выпуске Phys Rev Focus co ссылкой на публикацию P.Kumar, D.Hall, R.G.Goodrich от 31 мая с.г. [Phys. Rev. Lett., 1999, 82, 4532] впервые заявлено о том, что обнаружен ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД ЧЕТВЕРТОГО РОДА

Исследовались магнитные свойства металлоксидного сверхпроводника Ba0.6K0.4BiO3 с критической температурой ~ 32K. В отличие от других высокотемпературных соединений, у него более симметричная кристаллическая структура. Были тщательно промерены зависимости критических магнитных полей от температуры, которые существенно не похожи на подобные кривые для других сверхпроводников. Эти странные результаты были интерпретированы как проявление фазового перехода четвертого рода (соответствующие теоретические соображения имеются в обсуждаемой статье). Если исходить из подобных представлений, то ясно, почему другие исследователи так и не смогли обнаружить скачок теплоемкости в точке сверхпроводящего перехода (как это должно быть в обычном сверхпроводнике), ведь теперь подобная сингулярность должна проявляться не в первой, а в ТРЕТЬЕЙ производной основных термодинамических функций по температуре.

Изотопное замещение превращает титанат стронция в сегнетоэлектрик
Кристаллы SrTiO3, широко используемые как подложки для пленок ВТСП и манганитов, и сами по себе проявляют массу интересных свойств. Они оказываются квантовыми параэлектриками, переходящими в сегнетоэлектрическое состояние под действием электрического поля, одноосного сжатия и замещения Sr на Ca. Кроме того, недавно выяснилось, что SrTiO3 - прекрасный

пьезоэлектрик при температурах ниже гелиевой [1]. Титанат стронция - это один из немногих перовскитов с идеальной кубической структурой: его фактор толерантности t = (rSr + rO)/O 2(rTi + rO) в точности равен единице (здесь ri - соответствующие ионные радиусы). Большие и меньшие значения t приводят соответственно к сегнетоэлектричеству (BaTiO3) и к поведению, характерному для квантового параэлектрика (CaTiO3). SrTiO3 находится как раз на границе между этими двумя режимами, и даже сравнительно небольшие внешние воздействия могут качественно изменить его характеристики. Группе японских исследователей (Tokio Institute of Technology, Meisei Univ., Utsunomiya Univ.) удалось превратить SrTiO3 в сегнетоэлектрик с Tc=23K путем замещения 16O на 18O [2]. Формирование сегнетоэлектрического состояния в образце с 18O обнаруживалось по пику температурной зависимости диэлектрической проницаемости, по диэлектрическому гистерезису, а также подтверждалось измерениями теплоемкости и комбинационного рассеяния. Сегнетоэлектрическая фаза появлялась, начиная только с некоторой пороговой концентрации 18O (около 40%); при дальнейшем повышении концентрации 18O значение Tc росло линейно до 23K (при 93% 18O). Такое поведение свидетельствует о том, что изотоп-эффект имеет здесь скорее кооперативную, чем примесную природу. Замена 16O на 18O в параэлектрике CaTiO3 не приводила к заметному эффекту, а в сегнетоэлектрике BaTiO3 смещала Tc всего на 0.9K. Это еще раз подчеркивает то обстоятельство, что изотоп-эффект в SrTiO3 усиливается именно за счет неустойчивости его идеальной перовскитной структуры с t=1.

1. D.E. Grupp, A.M. Goldman, Science, 276, 392 (1997).

2. M.Itoh et al, Phys Rev Lett., 82, 3540 (1999)

НАНОСТРУКТУРЫ

Простой способ изготовления атомных контактов
Сотрудники Stanford University (California, США) предлагают, по их мнению, самый простой способ изготовления металлических электродов на изоли-рующей подложке с зазором порядка 1нм. Вначале изготавливают по традиционной литографической технологии два электрода с зазором, величина ко-торого не является критической. Затем проводят в электролите процесс осаждения, увеличивая раз-мер электродов, соответственно, уменьшая зазор между ними. In situ контроль осуществляется про-сто измерением сопротивления контакта. Как толь-ко оно достигнет величины кванта сопротивления - вот вам и готов атомный контакт.
Appl.Phys.Lett. 1999, 74, p.2084.

Металлический нанотранзистор
Ученые из Japan Advanced Institute of Science and Technology (Япония) предложили и реализовали фотолитографическим способом металлический туннельный транзистор (MITT) с длиной канала 16нм. MITT состоит из двух металлических элек-тродов, между которыми латерально расположен изолирующий слой, выступающий в роли канала транзистора. Величина туннельного тока управля-ется электродом затвора, помещенного над изоли-рующим слоем (см. рис.). Было продемонстриро-вано, что этот транзистор может работать подобно полупроводниковому собрату.
J. Appl. Phys., 1999, 85, p.6912.

wpe164.jpg (8354 bytes)

Важный результат получен в студенческой работе
Интересные результаты по математическому моде-лированию инжектирующих контактов в полупро-водниковых микроэлектронных приборах получе-ны в дипломной работе А.Сидорова, выполненной на кафедре МФТИ в Физико-технологическом ин-ституте РАН. При моделировании приборов часто возникает следующая ситуация. В расчетной об-ласти функция распределения носителей слабо от-личается от равновесной, и здесь вполне хорошо работают упрощенные модели гидродинамическо-го типа (т.е. основанные на моментах функции распределения). Однако вблизи границы на рас-стояниях порядка длины свободного пробега функция распределения резко отклоняется от рав-новесной и упрощенное описание недопустимо. Из этой ситуации обычно выпутываются введени-ем неких правдоподобных граничных условий, со-держащих неопределенные параметры, которые в итоге становятся подгоночными под эксперимент.
Разработанная Сидоровым программа моделирова-ния, основанная на методе частиц с процедурой Монте-Карло для описания рассеяния, позволяет "сшивать" указанные выше области, т.е. получать необходимые граничные условия. Кроме этого, программа определяет функцию распределения частиц, инжектируемых над потенциальным барь-ером. Интуитивно ясно, что, чем выше потенци-альный барьер, тем меньше отклонение этой функ-ции от "полу-максвелла". Однако интуиция ухва-тывает только качественную картину, а программа Сидорова дает и конкретные числа. Решением Гос-комиссии результаты дипломной работы Сидорова рекомендованы к опубликованию.
Кстати заметим, что, как и большинство студентов в наше время, Сидоров умудряется сочетать свою успешную научную работу с заработками. Он, на-чиная с первого курса института, сотрудничал с информационной службой ПерсТ, выбирая и уста-навливая для них компьютерную технику, создавая и модифицируя компьютерные программы для ве-дения базы данных "Сверхпроводники и мангани-ты", помогая в издательских делах (в частности, в издании экспресс-бюллетеня ПерсТ). При его ак-тивном участии была разработана концепция и технически реализован интернетовский сайт "Сверхпроводимость".

ФУЛЛЕРЕНЫ

Фуллерен C36 – кандидат в ковалентные кристаллы
Согласно традиционной теории [1] "маленькие" фуллерены Cn с n<60 обладают низкой устойчивостью и повышенной реакционной способностью, и поэтому в течение довольно длительного времени их выделение в чистом виде (“изоляция”) считалось маловероятным. Однако успешный синтез твердой фазы C36 [2] требует пересмотреть эту точку зрения. Не исключено, конечно, что фуллерен C36 является всего-навсего исключением из общего правила. Однако может статься, что C36 – лишь первый пример из нового класса фуллеренов, способных образовывать твердые тела, свойства которых качественно отличаются от свойств молекулярных кристаллов C60 и C70.

В работе [3] представлены результаты численных расчетов устойчивости кластеров C36. Показано, что энергия их стабилизации Es превышает 1эВ, то есть достаточно высока (для сравнения, в C20 Es<0.2эВ). Авторы [3] полагают, что между "молекулами" C36 могут образовываться ковалентные связи – в отличие от молекулярных связей между "большими" кластерами C60 и C70.

1. P.W.Fowler and D.E.Manolopoulos, An atlas of fullerenes, Oxford University Press: New York, 1995.

2. C.Piskoti et al., Nature 393 (1998) 771.

3. P.W.Fowler et al., J. Am. Chem. Soc. 121 (1999) 3218.

Наблюдение осцилляций Ааронова-Бома в нанотрубках
Эффект Ааронова-Бома является одним из примеров квантовомеханического поведения электрона, наблюдаемых экспериментально. Он проявляется, в частности, в том, что при протекании электрического тока в поперечном направлении через цилиндрический проводник, ориентированный вдоль силовых линий магнитного поля, проводимость цилиндра становится периодической функцией магнитного потока. Этот эффект, представляющий собой один из видов квантовой интерференции токов, неоднократно наблюдался в условиях макроскопической геометрии в экспериментах с электронными пучками. Недавно группа швейцарских исследователей из Базельского университета и Политехнической школы в Лозанне наблюдали эффект Ааронова-Бома на молекулярном уровне, при использовании в качестве проводящего цилиндра углеродной нанотрубки. В эксперименте использовалась отдельная многослойная нанотрубка, полученная методом электродугового распыления графитового электрода. Нанотрубку наносили на подложку из окиси кремния и формировали к ней электрический контакт (4 золотых электрода с размерами 70х100х2000нм3 и расстоянием между электродами 350нм). Затем нанотрубку помещали в магнитное поле, ориентированное вдоль ее оси. Наблюдалась возрастающая зависимость электросопротивления от напряженности магнитного поля, промодулированная осциллирующей функцией с глубиной модуляции ~ 30%. Амплитуда модуляции соизмерима с величиной квантового сопротивления h/2e2. Расстояние между пиками составляло 8.8Тл, что соответствует расчетному диаметру нанотрубки 8.6нм. Это значение хорошо согласуется с результатом измерения 8± 0.8нм, выполненного с помощью атомного силового микроскопа. Такое совпадение указывает на тот факт, что определяющий вклад в проводимость многослойной нанотрубки вносит лишь один, внешний цилиндр. На некоторых образцах параллельно с основными осцилляциями наблюдаются и более “коротковол-новые”, имеющие период 1.8Тл. Природа этих осцилляций до конца не понята и возможно связана с искажением идеальной структуры нанотрубки, вызванным воздействием подложки.

Nature, 1999, 397, p.673

КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ

Квантовые компьютеры еще не сделаны, но уже совершенствуются
Квантовые компьютеры пока не изготовлены, но их конструкция продолжает совершенствоваться. Сейчас наступил, по-видимому, период гибридизации идей, когда предлагаемые новые конструкции собираются из первоначальных базовых. Так, D.DiVincenzo (IBM T.J.Watson Research Center, США), выдвинувший недавно идею создания квантового компьютера на основе спинов электронов в квантовых точках, совместно с коллегами из University of California (Los Angeles, США) пытается усовершенствовать компьютер, предложенный B.E.Kane’ом (University of New South Wales, Sydney, Австралия), на основе атомов изотопа 31P, внедренных в кремний.

Хотя обе конструкции квантового компьютера уже были рассмотрены ранее в ПерсТ’е, уместно коротко напомнить читателям, что в конструкции Кейна в качестве кубита выступает ядерный спин атома 31P. Однокубитные операции, т.е. управление ориентацией ядерного спина отдельного атома фосфора, осуществляются путем подачи электромагнитного импульса на частоте ядерного магнитного резонанса. Соответствующая частота для отдельного атома может изменяться под воздействием напряжения на затворном электроде, которое управляет формой электронного облака внешнего электрона, а, следовательно, и величиной контактного сверхтонкого взаимодействия этого электрона с ядерным спином. Фактически это и есть конструкция спинового резонансного транзистора (SRT). Двухкубитные операции, т.е. организация взаимодействия ядерных спинов соседних атомов фосфора, осуществляются путем управления перекрытием электронных облаков при подаче напряжения на затворные электроды, расположенные между атомами фосфора.

Похоже, что предложенная Кейном конструкция выглядит наиболее близкой к практической реализации, раз даже сам(!) ДиВинченцо “перекинулся” на нее. И все-таки необладающий принципиальными недостатками кейновский компьютер в чистом виде трудно изготовить современными технологическими средствами. Поэтому усовершенствования, предлагаемые ДиВинченцо с соавторами, являются очень существенными.

Во-первых, ДиВинченцо, как и в своей оригинальной конструкции, предлагает основываться не на ядерных спинах, а на электронных. При этом он признает чрезвычайную изобретательность Кейна, придумавшего, как можно определять ядерный спин с помощью измерения состояния электронной системы. Загвоздка, конечно, во временах релаксации. Время релаксации ядерного магнитного момента может составлять сотни часов. А вот время релаксации электронного магнитного момента на много порядков меньше. Научная литература на этот счет очень противоречива. Но, проанализировав ее, ДиВинченцо все-таки считает, что это время достаточно для организации квантовых вычислений.

Во-вторых, ДиВинченцо предлагает помещать донорный атом (теперь уже не обязательно 31P) в гетероструктуру на основе слоев Si1-xGex (рис.1).

wpe1.jpg (13321 bytes)

Рис. 1

Ввиду отличия g-факторов электронов в кремнии (1.995) и в германии (1.563), “перетекание” волновой функции электрона из слоя, где помещен донорный атом, в соседний слой с другой концентрацией германия и кремния приводит к изменению частоты электронного парамагнитного резонанса, т.е. обеспечивает возможность управления состоянием отдельного кубита в квантовом компьютере. Такое перетекание можно организовать, приложив напряжение к затворному электроду.

В-третьих, ДиВинченцо устраняет еще один существенный недостаток конструкции Кейна, в которой для хорошего перекрытия соседних электронных облаков, обеспечивающего проведение двухкубитных операций, расстояние между соседними атомами, а значит и размер затворных электродов, должны быть около 10нм. ДиВинченцо предлагает использовать известный факт, заключающийся в том, что в напряженном слое Si1-xGex с определенной ориентацией эффективная масса электрона может быть весьма малой, что обеспечивает хорошее перекрытие соседних электронных облаков на расстояниях порядка 100нм.

Предложенный ранее Кейном, а также ДиВинченцо, способ считывания результата путем измерения конечного состояния компьютера (ориентации спина электрона на доноре) основывался на сочетании спинового и одноэлектронного транзисторов. Из-за обменного взаимодействия для перехода электрона с одного донора на соседний (где он является избыточным) требуется разная зарядовая энергия в зависимости от полного спина электронов. Следовательно, требуется различная разность потенциалов между затворными электродами, обеспечивающая такой переброс. Продетектировать такой переброс ранее предлагалось методами одноэлектроники. А теперь ДиВинченцо предлагает это детектирование осуществлять с помощью измерения проводимости узкого проводящего канала, помещаемого вблизи примесного атома (cм. рис.2). Идея не нова, но вовремя использованная. Подобный прием уже применялся группой Heiblum’а (Weizmann Institute, Израиль) для детектирования наличия или отсутствия электрона в квантовой точке, расположенной в рукаве интерферометра Ааронова-Бома.

Рис. 2

Вообще, не без некоторого тщеславия следует отметить, что все идеи, использованные ДиВинченцо, уже мелькали в ПерсТ’е, так что нашим читателям тоже предоставлена возможность совершенствовать будущий квантовый компьютер. В.Вьюрков
http://xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/9905096

ВЕСТИ С КОНФЕРЕНЦИЙ

Александр Орликовский комментирует результаты МНЭ’98
В конце апреля с.г. состоялась-таки перенесенная с прошлого года в связи с финансовыми трудностями конференция “Микро- и наноэлектроника’98” (МНЭ’98). В связи с этим ПерсТ обратился c просьбой прокомментировать результаты конференции к одному из ее активных организаторов и участников д.ф.м.н. проф. А.А.Орликовскому.

ПерсТ. Александр Александрович! Идея прошедшей конференции очень интересна: в ней заложен сегодняшний день электроники (микроэлектроника) и ее будущее (наноэлектроника). Можно ли по результатам конференции опровергнуть расхожую фразу, приписываемую визитеру из Японии, и утверждающую, что Россия в области вычислительной техники отстала навсегда?

А.А.О. Для опровержения возьмем хотя бы опубликованные расширенные тезисы докладов, представленных на конференцию. Это - два увесистых тома, содержащих 350 докладов более 700 авторов от большого числа российских групп, делающих прекрасные работы, как в области микроэлектронных исследований, так и по проблемам наноэлектроники. Самое главное, что все это поддерживается производством. Зеленоград не только сохранил, но и усовершенствовал свое производство. Завод "Микрон" создал линию на 0.8мкм и в его планах через год запустить линию на 0.5мкм. Производство развивается также на другом известном зеленоградском заводе – “Ангстрем”.

ПерсТ. Но ведь это же и есть 10-летнее отставание. Ведь за рубежом уже освоено в производстве 0.2мкм.

А.А.О. Да, так. Самые передовые фирмы действительно освоили 0.18мкм. Но пока большая часть рынка работает на 1мкм: 90% мирового микроэлектронного рынка - это изделия с правилом проектирования 1мкм. Именно за счет этого широкого рынка можно накапливать средства для вложения в дальнейшие исследования и разработки. Я лично оптимистично смотрю на судьбу микроэлектроники в России. Микроэлектронный бизнес во всем мире - самый прибыльный. В прошлом году он принес в бюджет США 45млрд. долл., обойдя автомобильный и авиационный бизнес. Хорош пример "Микрона", который делал ИС с 1.5мкм разрешением для Востока и в течение нескольких лет за счет чистых дивидендов от этого бизнеса смог скопить средства для приобретения технологической линейки полного цикла для производства микросхем с правилом проектирования 0.8мкм, что является очень хорошим современным уровнем. Конечно, есть способ сначала разбогатеть, крупно воруя, а затем вкладывая средства в доходный легальный бизнес. Зеленоград же пошел по пути поставки (возможно, не престижной!) микросхем для восточной бытовой техники (калькуляторы, часы и др.), и, накопив средства, вкладывает их в более прогрессивные разработки. Заработав на восточных поставках, директор “Микрона” Г.Я.Крас-ников сделал заказ на изготовление 80% оборудования 0.8мкм линейки зеленоградскому заводу “Элион”, с чем тот успешно справился. Единственное слабое место России в области оборудования – это установки оптической литографии. Приличные линии по оптической литографии делает белорусское предприятие “Планар” и, возможно, кооперация с ним окажется хорошим делом.

ПерсТ. В качестве российского примера Вы все время называете завод “Микрон”. Вы считаете его ведущим в России промышленным предприятием в области микроэлектроники?

А.А.О. С одной стороны, я сам сотрудничаю с этим предприятием и довольно близко знаком с тамошней ситуацией, а, с другой стороны, я действительно считаю, что “Микрон” – одно из ведущих микроэлектронных предприятий России. Несправедливо не упомянуть и другой знаменитый российский завод – “Ангстрем”. Там – та же политика: сохранить уровень разработок, торгуя с Востоком (они нашли прекрасный рынок в Китае), вложив доходы в новые разработки. Сейчас “Ангстрем” модернизировал свою 1.5мкм линейку до 1мкм и уже строит планы освоения 0.5мкм уровня.

ПерсТ. На конференции сегодняшний уровень микроэлектроники, наверное, был хорошо отражен в докладах акад. К.А.Валиева и Г.Я.Красникова, работы которых как раз и определили самый высокий российский уровень?

А.А.О. Да, это так. Валиев сделал даже два доклада: первый был более-менее традиционный об общих законах развития мировой и отечественной микроэлектроники, а во втором, внеплановом, докладе он оседлал свою теперь самую любимую тему – квантовый компьютер. Очевидно, что он очень увлечен квантовым компьютером и успел увлечь этим делом всех своих ближайших сподвижников.

Красников сделал, я бы сказал, очень реалистичный, честный доклад. Согласно его анализам, развитие микроэлектроники в России все же пойдет опережающими мировое развитие темпами (хотя бы потому, что иначе нам просто нельзя!). И, конечно, не завтра (ведь доклад был абсолютно честным!), но к 2010 году мы вплотную приблизимся к передовому мировому уровню. Скажем, передовые фирмы к этому времени освоят 0.07мкм, а мы – 0.12! В докладе Красникова прозвучала и другая оптимистичная нотка – в 1998 году завод “Микрон” увеличил объем производства по РОССИЙСКИМ ЗАКАЗАМ на 100%.

ПерсТ. Освоение 0.12 и 0.07мкм – это рентгеновская или ионная литография?

А.А.О. Ничего подобного! Теперь стало уже совершенно ясно, что эти барьеры преодолеет оптическая литография на источниках с длиной волны 193нм. Для этой длины волны разработаны резисты с очень высоким разрешением. При использовании шаблонов с фазовым сдвигом и этих резистов уже получены отпечатки линий шириной 60нм.

ПерсТ. А развивается ли частный микроэлектронный бизнес в России?

А.А.О. Да, но только в области сборки устройств на базе приобретенных чипов. Примеров частного производства микрочипов я не знаю. Здесь нужны слишком большие вложения. Пока российский частный бизнес их не потянет.

ПерсТ. Мы пока обсуждали производство, а перспективные разработки кто-то в России ведет и какие?

А.А.О. Конечно, прежде всего, нужно отметить мощные современные российские разработки в области САПР’а. Это, прежде всего, работы коллектива НИИ “Сапран”, возглавляемые В.Г.Не-мудровым и И.В.Малышевым. Сильнейшая САПРовская группа работает на заводе “Микрон”. Правда, все работы проводятся на покупных зарубежных системах проектирования. Надо сказать, что российские специалисты в области САПР’а работают не только на внутренние заказы, но и на многие ведущие западные фирмы. Много интересных работ, в частности и представленных на конференции, делается в России в области компьютерного моделирования технологических процессов и приборов. Здесь сильны группы из ФТИАН’а (Москва), МИЭТ’а (Зеленоград), ИФПП (Новосибирск).

ПерсТ. А как обстоят дела в России с производством основного материала микроэлектроники – кремния?

А.А.О. Здесь пока дела обстоят довольно пессимистично. Надо сказать, что в связи с резким сокращением госзаказов на микроэлектронные изделия и перегрузкой электронного рынка импортной техникой, потребление кремния в России значительно сократилось. Но производство кремния само по себе является очень выгодным бизнесом. Мировой спрос на этот материал непрерывно растет и не видно в обозримом будущем насыщения. В России – богатые источники исходного сырья и большие традиции в производстве кремния. Почему бы не поднять этот выгодный бизнес? В свое время этот вопрос активно будировал директор ИФПП СО РАН К.К. Свиташев, к сожалению преждевременно умерший. Сейчас рассматривается вопрос о создании на базе предприятий Минатома в Красноярске крупного центра по производству кремния, но это сильно затягивается из-за отсутствия средств. Надо отдать должное энергии и энтузиазму сибирских ИФПП (И.Г. Неизвестный) и ИНХ (Ф.А.Кузнецов), которые много делают для решения этой проблемы.

ПерсТ. Известно, что на Западе уже освоено производство кремниевых слитков диаметром 300мм и стоит вопрос о 400 и более миллиметровых слитках? А как в России?

А.А.О. В России сейчас в производстве идут 150мм пластины, хотя есть в лабораториях и 200мм. Как раз здесь у нас может быть более сильное отставание, чем по минимально разрешаемой ширине линии. Красников в своем упомянутом выше прогнозе дает сохранение отставания России от передового мирового уровня по диаметру пластин и к 2010 году. В конце концов, можно пойти по пути увеличения числа обрабатываемых пластин.

ПерсТ. Как обстоят дела в области подготовки новых кадров?

А.А.О. Здесь как раз дела обстоят очень хорошо. Сохранились все вузы - МИЭТ, МФТИ, МИЭМ, новосибирские вузы. Жаль, конечно, что многие выпускники мигрируют на Запад. Это в будущем скажется. Но, честно говоря, в России сейчас для них и не так уж много рабочих мест. Если ситуация изменится в лучшую сторону, отсос студентов прекратится.

ПерсТ. Вы подробно остановились на микроэлектронных проблемах. Но сейчас мировое производство приближается к пределу - 0.1-0.07мкм. А дальше пойдет наноэлектроника. И в этой области уже развернут значительный фронт работ. Как в России обстоят дела здесь, если судить по материалам прошедшей конференции?

А.А.О. Россия всегда была сильна в новых фундаментальных идеях. Не отстала от мира она и здесь. Многие основополагающие идеи в области наноструктур и наноэлектроники принадлежат российским ученым. Начнем с наиболее продвинутых наноструктурных разработок - одноэлектроники. У ее истоков – К.К.Лихарев. Хотя он сам сейчас в Америке, его лаборатория в Московском университете продолжает разработки в постоянном контакте с ним. Тоже можно сказать и о В.Т.Петрашове, основоположнике металлической наноэлектроники, продолжающем из Лондона тесно контактировать с черноголовской группой (ИПТМ). Очень интересное направление в наноэлектронике развивает школа Ю.В.Копаева - функциональные вычислительные устройства на связанных квантовых ямах. Они полный квантовый аналог КМОП схем, научились изготавливать контакты к каждому слою.

В области квантового компьютера тон задают американцы. Они относятся очень серьезно к этой проблеме. Сформирован большой проект, объединивший университеты и фирмы: Stanford-Berkeley-MIT-IBM. Во ФТИАН’e К.А.Валиев создал лабораторию по квантовому компьютингу, уже год проводит еженедельный семинар с обсуждением проблем квантового компьютинга (тел. для справок (095) 332 4915). Активность проявляет также С.Н.Молотков (ИФТТ РАН в Черноголовке), которому принадлежат многие красивые идеи в области квантовой криптографии. Самое интересное здесь - создание твердотельного варианта квантового компьютера, и здесь не обойтись без одноэлектроники, джозефсоники, спиновой электроники, SiGe - всего наработанного за последние 10 лет в области фундаментальной физики конденсированных сред. Очень перспективным элементом для будущего квантового компьютера оказался одноэлектронный транзистор. Сейчас активно обсуждаются идеи полевого транзистора на одном электроне.

Оригинальные интересные идеи по квантовым точкам развиваются в ИФПП СО РАН в Новосибирске, в частности, работы О.П.Пчелякова по SiGe. SiGe позволяет продвинуться в более высокочастотную область (до 60ГГц) в сравнении с Si схемами (предел - 20ГГц). Преимущество SiGe еще и в том, что можно использовать весь арсенал Si технологии. SiGe слои выращиваются на Si подложке и дальше - все то же оборудование и те же процессы, что и на Si. Кстати, SiGe оказался очень перспективен и для квантового компьютера. SiGe активно исследуется также у Н.Н.Сибельдина в ФИАН'е и у А.Ф.Вяткина в ИПТМ РАН в Черноголовке. Работы по SiGe я сейчас готовлю и в своей лаборатории, имея неплохую технологическую базу на основе установки МЛЭ, в которую мы монтируем газовые источники. Значительно продвинуты разработки по устройствам на квантовых ямах в ФИАН’е и квантовых точках в ФТИ им. Иоффе РАН в Санкт-Петербурге, последние особенно успешные в области лазерных устройств. Классические работы в области наноструктур делаются в Нижнем Новгороде в институте С.В.Гапонова. Наверное, я что-то упустил. Но, мне кажется, что и перечисленного достаточно, чтобы утверждать, что Россия держится в наноэлектронике прочно.

Конечно, что касается SiGe, то за рубежом продвинулись к производству значительно ближе. В отличие от России, где работы по эпитаксии SiGe делаются пока на старых установках МЛЭ, за рубежом перешли на более производительные CVD процессы. Шикарную CVD установку сделала ф. Leibold под технологию, разработанную ею совместно с IBM. Приобрести такую установку - мечта любого технолога. Проблема - небольшая: изыскать 3.5млн. долл. на покупку. А установка того стоит! Она дает возможность делать процесс одновременно на большом числе подложек. Одна такая установка может обеспечить поставки подложек на целый завод. Если такую установку приобретет наш институт (ФТИАН) мы можем обеспечить завод того же Красникова, и уже при достигнутом сегодня разрешении 1мкм на SiGe он сможет делать транзисторные схемы 50ГГц диапазона, которые так ждут авиационная и оборонная промышленность.

ПерсТ. А если сравнить SiGe с GaAs, кто выиграет?

А.А.О. Трудно сравнивать. Они выполняют разные задачи. У GaAs более широкий рабочий температурный диапазон и более высокий частотный. Но, с другой стороны, хуже развит сам материал (пока пластины диаметром не более 100мм), трудно достичь высокой плотности упаковки (мешает рекомбинационное излучение).

ПерсТ. Сохраняется ли в России GaAs технология и чьими усилиями?

А.А.О. Разработки поддерживаются в основном, конечно, усилиями ФТИ им. Иоффе. Материал производят в Гиредмете и на “Элме”, производство микросхем - на “Микроне”. Еще в конце 60-х годов по инициативе Валиева была создана в НИИМЭ группа, в которую вошел Л.Кравченко, тогда еще аспирант, а теперь - ведущий разработчик и производитель GaAs схем в России. Большой задел по GaAs и в Сибири (ИФПП СО РАН). По СВЧ транзисторам на GaAs, InP не надо забывать В.Мокерова (ИРЭ РАН). У него есть целая линейка, где он делает непосредственно схемы на территории ИРЭ, установив в полуподвале оборудование, делает эпитаксию (МЛЭ), литографию, имеет своих заказчиков В Зеленограде в центре “МИЭТ-ФТИАН” усилиями Ю.В.Копаева и его сотрудников также создана небольшая пилотная линия по изготовлению гетеропереходных транзисторов и схем.

ПерсТ. А если вспомнить Ярославль? Что там?

А.А.О. В Ярославле - Институт микроэлектроники РАН выступил на конференции с очень неплохими работами. Между прочим, они прекрасно оснащены технологическим оборудованием и измерительной аппаратурой. Можно к теме нашей беседы вспомнить прекрасные работы по наноэлементам В.М.Мордвинцева. Кроме того, там есть целая серия работ по кремнию на изоляторе. Они владеют очень хорошим ускорителем, в частности для перспективной SIMOX-технологией.

ПерсТ. С приближением к разрешению 0.5мкм и ниже, очевидно, возникают проблемы размещения электрических контактов. Есть ли здесь какие-либо новые идеи?

А.А.О. Проблема электрических контактов для сверхплотных ИС (например, уже при 150 тысячах вентилей на кристалле), возможно, одна из самых трудноразрешимых. Я делал на конференции по этому поводу заказной доклад. Мы сейчас создали некую, можно сказать, виртуальную корпорацию, объединившую группу А.С.Сигова (МИРЭА), занимающуюся диэлектриками, в частности пористым SiO2 с минимальным e (они умеет делать e =2), мою группу (ФТИАН), освоившую плазменные технологии осаждения силицидов и барьерных слоев, а также процессы травления, и группу А.С.Валеева (“Микрон”). Недавно к нам присоединился еще и Ярославль, где сильная группа А.Е.Бердникова занимается медью. И теперь у нас в рамках одного проекта сосредоточен весь технологических комплекс, который мы надеемся, сможет одолеть 3-4-х уровневую разводку для сверхплотных ИС. Главная задача – внедрить новую технологию на “Микроне” и других предприятиях.

ПерсТ. Вы говорите о медной металлизации в кремнии. Но ведь медь – очень плохая примесь для кремния. Как решается проблема ее “непопадания” в кремний? За счет очень низкотемпературных процессов формирования диэлектриков и медных слоев?

А.А.О. Да, раньше меди в кремнии очень боялась. Она имеет чрезвычайно высокий коэффициент диффузии в кремнии даже при низких температурах, а, попадая в кремний, образует три уровня, которые портят электрофизику. А защитились от нее с помощью барьерных слоев, например нитрида титана, а еще лучше некоторых аморфных слоев. При замене традиционного в ИС алюминия на медь – очень существенный выигрыш по сопротивлению (2мкОм/см у меди против 3мкОм/см у алюминия). Отсюда – возможность уменьшения ширины линии металлической разводки и дальнейшее увеличение плотности упаковки.

ПерсТ. Есть уже в производстве схемы с медной разводкой?

А.А.О. У нас – нет, на Западе – да! Здесь опять всех опередила IBM. В совместном проекте упомянутой раньше нашей виртуальной корпорации – создание ИС с многоуровневой системой контактов прямо на заводе “Микрон”. Силициды и барьеры непосредственно осаждаются на установках ФТИ РАН, а остальные процессы на технологическом оборудовании завода “Микрон” под наблюдением Валеева. Сейчас нужно сделать 3-4 уровня металлических контактов, а в России освоена только 2-х уровневая технология (алюминий и поликремний – реально только два уровня). Переход к 0.8мкм технологии позволяет разместить на кристалле 150 тысяч вентилей. При этом размещение разводки к такому числу транзисторов возможно только в 4-х уровневой системе контактов.

ПерсТ. Кроме Программы Миннауки, есть ли другая поддержка микро- и наноэлектронных исследований?

А.А.О. Немного поддерживает РФФИ. Господдержка очень слабая и в основном в виде госзаказов. Есть департамент электронной промышленности при Минэкономики, который пытается организовать свои программы. Например, пытались организовать программу по разработке кластерного оборудования. Но пока попытка не удалась.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Новый конкурс CRDF 1999-2000гг.
Introduction

The U.S. Civilian Research and Development Foundation (CRDF) is pleased to announce a set of competitive grants programs for 1999-2000. These programs will provide support for a variety of civilian R&D collaborations between scientists and engineers in the United States and in the former Soviet Union (FSU). There are three programs in this announcement:

Each program is described in further detail below. Funds for these programs were provided by the U.S. Department of State (DOS), the National Institutes of Health (NIH), and the National Science Foundation (NSF). Application guidelines and forms for these programs are available from CRDF's web site (http://www.crdf.inter.net)

or from the contact points listed below.

Cooperative Grants Program

The Cooperative Grants Program (CGP) provides twelve-to-eighteen month support to joint US-FSU research teams in all areas of basic and applied R&D. At least 80% of the funds for each grant will be directed to the expenses of the FSU team, while no more than 20% of the funds will be applied to the US team expenses. As in 1996, when the competition for awards was so intense that only some 10% of proposals resulted in awards, the CRDF anticipates that competition will be very strong in the present program. The average award size will be approximately $50000 for the entire award period (12-18 months).

Proposals are due no later than October 1, 1999.

Next steps to the market program

This program provides up to two years' support to joint US-FSU teams to conduct further R&D-related activities designed to facilitate and expedite the commercial utilization of research results. A US for-profit company must be the primary partner on the US team and must agree to cover all US team costs and to provide a significant contribution to the expenses of the FSU team. The average award size will be approximately $75000 for the entire award period.

Proposals will be received by CRDF on a rolling basis, while program funds last.

Travel grants program

This program provides travel support to US or FSU researchers who wish to meet with prospective collaborators to develop a new technology for the marketplace or develop an applied R&D project involving a US for-profit company. Successful grantees will be encouraged to apply to the Next Steps to the Market program (see above). The maximum award size will be $3600 per traveler.

Proposals will be received by CRDF on a rolling basis, while program funds last.

Further information

In addition to the programs listed above, CRDF operates a number of other programs supporting US-FSU scientific cooperation, including the Basic Research in Higher Education (BRHE) Program. The Grant Assistance Program makes available CRDF's financial and administrative infrastructure to other non-profit and government organizations that wish to direct their own resources to the FSU.

For further information about all CRDF programs, please contact:

U.S. Civilian Research and Development Foundation

1800 North Kent Street, Suite 1106

Arlington, Virginia 22209 USA

Phone: 703-526-9720

Fax: 703-526-9721

E-mail: information@crdf.org

Web site: http://www.crdf.inter.net

НОВОСТИ ФИЗИКИ В БАНКЕ ПРЕПРИНТОВ

СВЕРХПРОВОДНИКИ

Щель и псевдощель в ВТСП
Спектр низкоэнергетических электронных возбуждений и щелевые особенности в монокристаллах Y1-xCaxBa2Cu3O7-d с различными значениями x исследован методом фемтосекундной оптической спектроскопии. Установлено, что во всех "передопированных" образцах присутствуют две различные щели: 1) не зависящая от температуры псевдощель и 2) обычная сверхпроводящая щель с БКШ-овской температурной зависимостью. Флуктуации, связанные с БКШ-щелью, имеют место лишь в диапазоне несколько Кельвин около Tc, тогда как псевдощель для всех x четко выражена при температурах намного выше Tc.

J.Demsar et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9905026
Contact: Jure Demsar jure.demsar@ijs.si

Третье критическое поле тонкой сверхпроводящей пленки с ферромагнитной точкой
Решено линеаризованное уравнение Гинзбурга-Ландау для тонкой сверхпроводящей пленки с ферромагнитной точкой. Рассчитана величина третьего критического поля Hc3. Показано, что величина Hc3 очень чувствительна к составу и геометрии точки и может существенно превышать Hc2. Максимальные значения Hc3 достигаются при выполнении следующих условий: 1) в насыщенном состоянии намагниченность точки должна иметь большую величину; 2) толщина точки должна быть велика и примерно равна ее диаметру.

S.-L.Cheng and H.A.Fertig, http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9905107
Contact: Sa-Lin Cheng scchen1@pa.uky.edu

Эффект Холла и псевдощель в YBa2Cu3-xZnxO7-d
Измерена температурная зависимость коэффициента Холла в монокристаллах ВТСП YBa2Cu3-xZnxO6.78 с x=0 ? 0.13. Установлено, что отклонение температурной зависимости котангенса холловского угла от квадратичной начинается при температуре Tс=130К независимо от величины x. Это отклонение, как полагают авторы, обусловлено влиянием псевдощели, которое приводит к изменению эффективной массы носителей.

Y.Abe et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9905274
Yoichi Abe ando@criepi.denken.or.jp

Туннельная спектроскопия Tl2Ba2CuO6
Представлены новые результаты исследования туннельных спектров почти оптимально допированных монокристаллов ВТСП Tl2Ba2CuO6. Точечные контакты типа SIN (сверхпроводник – диэлектрик – нормальный металл) формировались с использованием Au иглы. Экспериментальные данные полностью воспроизводимы; лучше всего их удается описать с использованием туннельной плотности состояний для d-волновой сверхпроводимости. Величина сверхпроводящей щели в образце с Tc=86К составляет 19 - 25мэВ.

L.Ozyuzer et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9905370
Luffi Ozyuzer ozyulut@charlie.cns.iit.edu

НАНОСТРУКТУРЫ

Слабая локализация в квантовых ямах AlGaAs/GaAs
Впервые экспериментально исследована слабая локализация в квантовой яме AlGaAs/GaAs p-типа. Особенностью этой системы является сильное спин-орбитальное взаимодействие, которое с теоретической точки зрения нельзя рассматривать как слабое возмущение. Авторы развили новую теорию, описывающую слабую локализацию "на фоне" спин-орбитального взаимодействия. Скорость релаксации фазы, найденная из эксперимента, оказалась больше, чем предсказывает теория.

S.Pedersen et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9905057
Contact: Simon Pedersen simonp@fys.ku.dk

КОНФЕРЕНЦИИ

20-25 September 1999. Kharkov, Ukraine. 3-rd International Symposium on Vacuum Technology and Equipment jointly with 4-th International Symposium on Diamond and Related Films.

Contact: E.V.Savtchenko
Fax: +0572-35-35-29
e-mail: vacuum_org@kipt.kharkov.ua

23 – 25 September 1999. Irkutsk, Russia. The 1st Northeast Asian Conference on SUPERCONDUCTING MATERIALS & CRYOGENICS

Conference co-chairmen

F.A.Kuznetsov (Inst. of Inorg. Chem., Novosibirsk)

T.Yamashita (Tohoku Univ. NICHe, Sendai)

Scope of the conference

List of the invited speakers and the titles

P.Wu (Nanjing Univ., China)

Microwave Response of Intrinsic Josephson Junctions in BSCCO Single Crystal

H.Maeda (Tohoku Univ., Japan)

Texture Growth of Bi Oxide High Tc Bulks and Tapes in High Magnetic Field

Z.G.Khim (Seoul Univ., Korea)

(Will be announced later)

S.G.Ovchinnikov (Inst. Physics, Krasnoyarsk)

Comparison of Superconductivity in Cooper and Ruthenium Oxides

V.F.Gantmakher (Inst. Solid State Phys., Chenogolovka)

Transitions Superconductor-dielectric and Localization of a Cooper Pairs

I.G.Vasileva (Inst. Inorg. Chem., Novosibirsk)

Chemical Non-uniformity of HTSC Single Crystals, Thin Films: Detection and Interpretation

E.B.Amitin (Inst. Inorg. Chem., Novosibirsk)

Peculiarities of Temperature Dependencies of Electro- and Magnetoresistanses in Normal State for 123 Cuprate HTSC Single Crystals in Underdoped Phases.

Deadline of Abstracts July 15, 1999

e-mail: romanenk@casper.che.nsk.su

in form Windows-MS Word 6, 7 or 8.

Manuscript deadline: September 25, 1999

The working language will be English.

Registration Form

(Submit before July 15, 1999)

1. I will attend the “ The 1st Northeast Asian Conference on SUPERCONDUCTING MATERIALS & CRYOGENICS” to be held in Irkutsk on September 23-25, 1999.

NAME:_________________________________

ADDRESS:______________________________

PHONE:_______________FAX:_____________

E-MAIL:________________________________

2. I will submit a paper : (Yes or No)

Paper title:

3. Paper presentation style:

(Oral, Poster, No preference)

4. I will go on a post-conference tour:

(One-day Baikal, Three-day Baikal, Three-day Ulan-Ude)

(Please type and send to A.I.Romanenko by
e-mail romanenk@casper.che.nsk.su)

25 - 30 сентября 1999. г.Галле, Германия. Осенняя школа "Новые методы в электронной микроскопии для материаловедения".

Более подробная информация:

http://www.mpi-halle.mpg.de

Контакт: Александр Леонидович Асеев
e-mail: school@mpi-halle.de
aseev@thermo.isp.nsc.ru

4 - 8 октября 1999г. St. Petersburg, Russia. The 4th Biennial International Workshop in Russia "Fullernes and Atomic Clusters" IWFAC'99

http://www.ioffe.rssi.ru/IWFAC99/index.html

Contact:
Phone: 007 (812) 247 61 51
Fax: 007 (812) 247 58 94
E-mail: fuller@vul.ioffe.rssi.ru
http://www.ioffe.rssi.ru/IWFAC99/index.html


Ответственный редактор С.Т.Корецкая, тел: (095) 930 33 89 stk@htsc.msk.su

В подготовке выпуска принимали участие:
М.Белоголовский, В.Вьюрков, А.Елецкий, К.Кугель, Ю.Метлин, Л.Опенов