Технология SOI в производстве кремниевых пластин для элементов микро- и наноэлектроники методами квантовой микромеханики

Д.т.н. академик РАЕН. А. Хесин, д.т.н. член-корреспондент. РАЕН В.Ушмодин

Аннотация к статье:

Получение высококачественных кремниевых пластин по технологии “кремний на диэлектрике” (SOI) является ключевой задачей полупроводниковой промышленности. Разработана технология изготовления кремниевых пластин с использованием методов квантовой микромеханики, что создаёт предпосылки для перехода отрасли на производство квантовомеханических устройств и средств связи с нано-и пиколинейными размерностями, позволяющими реализацию искусственного интеллека и разума на одном кристалле.

При использовании технологии квантовой микромеханики отпадает необходимость применения технологических процессов микроэлектроники таких, как литография ( в том числе и рентгеновская), эпитаксия, ионная имплантация, легирование, отмывка пластин в специальных растворах и т.д., характерных для современных производств полупроводниковой промышленности, что значительно снижает стоимость готовых изделий.

Статья написана по материалам открытой печати.

Системный анализ существующих технологий (Франции, США, США -Канады и Японии) производства кремниевых структур по технологии SOI подготовил базу формирования концепции технологии квантовой микромеханики, основанной на принципах физики открытых систем. Создание технологии квантовой микромеханики открывает новые возможности для производства средств связи и нано-компьютеров с уникальными техническими характеристиками. В основе разрабатываемой технологии положены научные труды Д.К. Чернова (1878г.) в которых он указал, что процесс кристаллизации начинается с образования зародышей и продолжается при дальнейшем росте их числа и размеров. Пока образовавшиеся кристаллы растут свободно, они имеют более или менее правильную геометрическую форму. По мере роста кристалла начинается взаимный конфликт между образовавшимися структурами, что приводит к деформациям и образованию дефектов. Согласно И. Пригожину [1] малые возмущения внешней среды приводят к принципиальным изменениям свойств кристалла в процессе его роста, за счет формирования и развития зародышей.

Научно доказано, что образование дефектов в системе любого масштаба является следствием естественного формирования зародышей при стремлении системы придти к состоянию с минимумом внутренней энергии (состоянию равновесия). С этим связаны различные механизмы диссипации (рассеяния) энергии - как потенциальной внутренней, так и вносимой извне [2].

В начале прошлого века научной школой Л.И. Мандельштама было создано новое междисциплинарное направление изучения поведения самоорганизующихся квантово-механических структур, развиваемое в настоящее время как теория нелинейных колебаний. Именно это направление явилось предшествующим теории качественных переходов, описываемых физикой открытых систем, которая органически влилась в современное, более широкое, представление о различных типах организации вещества в природе. [3-4].

На основе научных данных сформировался набор наглядных физических представлений, имеющих фундаментальную математическую основу, адекватную нелинейным процессам, происходящим в веществе. Фазовое пространство, в котором интерпретируется решение системы дифференциальных уравнений, “...в теории колебаний теперь перестало быть только математической абстракцией и приобрело высокую степень физической наглядности” [5]. Примеры применения теории нелинейных колебаний при математическом моделировании диссипативных систем в окрестностях точки бифуркации даны в работах [6,7]. Таким образом, образование зародышей твёрдой фазы в виде фрактальных кластеров оказывается термодинамически наиболее выгодным процессом и может происходить самопроизвольно [1]. Используя указанную закономерность процесса кристаллизации появляется возможность управления изменениями свойств кристалла в процессе его роста целенаправленно, за счет изменения параметров среды формирующей зародыши, методом имплантации.

Процедура имплантации обеспечивает заранее заданную структуру кристалла в процессе его роста. Базисом технологии является принцип двойственности материи[8].

Главным технологическим принципом предлагаемой концептуальной модели управления является эффект так называемой “квантовой телепортации” электромагнитного излучения матриц зародышей в формируемый слой полупроводника, приводящий к образованию новой фазы кристалла с заданными свойствами.

Суть технологического принципа заключается в том, что создаётся некий канал (квантовый), по которому зародыш А передаёт свои свойства зародышу А1. Далее абсолютный двойник А1 продолжает существование в выбранном для переброски месте (в кристалле), определяя дальнейшее формирование плёнки полупроводника на диэлектрической подложке.

Опыты, проведённые учёными Орхусского Университета (Дания), доказали практическую возможность реализации данного метода [9].

Научные результаты, полученные в итоге выполнения данной работы, дают принципиальную возможность разработки технологической линии производства высококачественных пластин кремний на диэлектрике (SOI) со следующими параметрами: диэлектрическая проницаемость для диэлектрического слоя 1 - 1,3, удельная проводимость 5 - 30 Ом*см с неравномерностью 0,5%; теплопроводность подложки сравнима с теплопроводностью алюминия; теплопроводность диэлектрического слоя сравнима с теплопроводностью серебра, высокой радиационной стойкостью.

Технологии квантовой микромеханики позволяют управлять не только параметрами полупроводникового слоя но и организовывать схемотехнические решения на поверхности кремниевой пластины, тем самым обеспечивая более простые методы создания квантово-механических устройств с линейными размерами сопоставимыми с молекулярными кластерами. В соответствии со схемотехническими решениями, заложенными при формировании зародыша фрактального кластера организуется нано-технологическая конструкция квантово-механического электронного устройства, компьютера или средства радиосвязи в одном кристалле. Таким образом отпадает необходимость применения технологических процессов таких как: литография (в том числе и рентгеновская), эпитаксия, ионная имплантация, легирования, отмывка пластин в специальных растворах и т.д..

Стоимость изготовления квантово-механических устройств с использованием технологии квантовой микромеханики позволяет обеспечить полную монополизацию рынка изделий полупроводниковой промышленности.

Литература:

Пригожин И. От существующего к возникающему. М. Наука. 1985 г. 327 с.

Вайнгард У Введение в физику кристаллизации металлов. М. Изд. Мир. 1967 г. 160с.
Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М. Наука, 1987 г. 240 с.
Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Нелинейные волны: самоорганизация. М. Наука. 1987 г.
Арнольд В.И. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М., 1984 г.
Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М. Наука. 1987 г. 240 с.
Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Нелинейные волны: самоорганизация. М. Наука. 1987 г.
Г.С.Ландсберг. Оптика. 4изд. М., 1957г.(Общий курс физики., т.3.)