Физико-технологические принципы создания тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 537.533.2; 53.08:621.59; 539.23; 53.072; 53:004

ТАТАРЕНКО Николай Иванович

ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ НАНОСТРУКТУРНЫХ АВТОЭЛЕКТРОННЫХ МИКРОПРИБОРОВ

Специальность 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 2006

Работа выполнена в ФГУП «Научно-исследовательский институт точных приборов»

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор Кравченко В.Ф.

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Доктор физико-математических наук, профессор Доктор физико-математических наук

Мериакри В.В. Шепелев А.В. Сазонов Ю.И.

Ведущая организация: Московский физико-технический институт

(Государственный университет)

Защита диссертации состоится 12 апреля 2006 г. в 14 час. 00 мин. на заседании Диссертационного Совета Д 002.135.01 Научно-технологического цетра уникального приборостроения РАН, по адресу: 117342, Москва, ул. Бутлерова,15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НТЦ Уникального приборостроения РАН.

Автореферат разослан «&» февраля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 00 кандидат физико-математических наук

Отлива»

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Одним из важных направлений современной электроники является вакуумная микро- и накоэлектрокика. Главным . преимуществом вакуумных автоэлектронных микроприборов (АЭМП) перед полупроводниковыми приборами является их высокая стойкость к воздействию температуры и радиации. Эта устойчивость обусловлена самой природой автоэлектронной эмиссии, лежащей в основе работы данных приборов. Кроме этого, для АЭМП ожидается сверхвысокое быстродействие, поскольку баллистический перенос электронов от катода к аноду обеспечивается за очень короткое время пролета - менее одной пикосекунды. Общей тенденцией развития вакуумной микроэлектроники, ставшей особенно заметной в последние годы, является постоянная разработка новейших конструкций и технологий изготовления все более низковольтных и миниатюрных автоэлектронных приборов. В традиционно изготавливаемых вакуумных автоэлектронных микроприборах, независимо от того, состоят ли их катоды из металлических или кремниевых острий, это -обеспечивается за счет дальнейшего уменьшения радиусов эмитирующих острий и диаметров отверстий в управляющем электроде. Оба эти фактора способствуют снижению значений минимально необходимого напряжения на управляющем электроде для обеспечения автоэлектронной эмиссии. Анализ современного состояния вакуумных автоэлектронных микроприборов показал, что физико-технологические принципы их создания, использующие методы субмикронной литографии для изготовления конструктивно , входящих в них автоэмиссионных матриц, достигли своего физического предела. Достигнутый минимальный уровень рабочих напряжений для этих приборов составляет ~ 40 - 50 В. Одним из наиболее перспективных путей создания автоэлектронных микроприборов с точки зрения повышения их надежности, снижения рабочих напряжений вплоть до значений, сравнимых с полупроводниковыми приборами, а также снижения их себестоимости . является разработка нелитографических технологий формирования, автоэмиссионных конструкций, базирующихся на физических процессах самоорганизации структур на наноуровне. В качестве физического процесса, который естественным образом за счет самоорганизации структуры создает диэлектрический слой с регулярной матрицей цилиндрических наноканалов, плотность упаковки которых может варьироваться от 108 до 10п см"2, является процесс пористого анодирования алюминия.

Известные к настоящему времени работы по разработке методов создания матриц наноэмитгеров на основе нанопористого анодного оксида алюминия (АОА) носят экспериментальный характер и продемонстрировали лишь возможность получения из них автоэмиссионных токов при пороговых напряжениях от 20 до 80 В. Полученные электрические и эмиссионные , характеристики этих матриц показали, что существующие методы пока еще не позволяют создавать в едином технологическом цикле наноструктурную эмиттерную матрицу, жестко связанную" с экстрактором с требуемой

междуэлектродной изоляцией и воспроизводимой микрогеометрией. Таким образом, достигнутые к настоящему времени результаты указывают на отсутствие концепции создания в едином технологическом цикле на основе нанопористого анодного оксида алюминия надежных и с воспроизводимыми геометрическими, электрическими и эмиссионными характеристиками наноструктурных автоэмиссионных матриц (АЭМ), катодно-сеточных и триодных микроструктур, что не позволяет приблизиться к прогнозируемому для наноструктурных автоэлектронных микроприборов уровню рабочих напряжений в единицы вольт. Решению этой проблемы и посвящена данная диссертация.

Цель работы. Разработка физико-технологических принципов создания тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов на основе нанопористого анодного оксида алюминия. Достижение этой цели требовало решения следующих задач:

1. Разработка принципиально новых физико-технологических принципов создания на основе тонкопленочных структур вентильных металлов автоэмиссионных матриц с воспроизводимыми геометрическими, электрофизическими и вольт-амперными характеристиками.

2. Исследование геометрических параметров, элементного состава и эмиссионных свойств создаваемого нового класса матриц наноэмиттеров.

3. Разработка физико-технологических принципов создания на основе нанопористого анодного оксида алюминия принципиально нового класса микроприборов — тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов.

4. Разработка технологии изготовления системы межсоединений тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов для обеспечения возможности создания на их основе в едином технологическом цикле цифровых логических элементов и микросистем.

5. Теоретический анализ физики процессов, происходящих в наноструктурных автоэлекгронных микроприборах, и разработка физических принципов моделирования и расчета их характеристик.

6. Моделирование и расчет характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов, включая "диодные, катодно-сеточные и триодные структуры.

Методы исследования. В процессе изучения проблем, сформулированных в диссертационной работе, и решении поставленных задач использовались современные методы экспериментальной физики для исследования микро- и наноструктур, а именно: сканирующая электронная и атомно-силовая микроскопия, оже-электронная и инфракрасная спектроскопия, современные измерительные приборы и аппаратура. В работе также были использованы методы математического моделирования, математической физики, граничных элементов и вычислительных экспериментов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается:

- результатами экспериментальных исследований с применением современных методов экспериментальной физики и оборудования для изучения микро- и наноструктур;

- корректностью математической постановки и решения рассматриваемых задач с учетом использования для математического описания физических процессов, . происходящих в наноструктурных автоэлектронных микроприборах, исходных фундаментальных уравнений Фаулера-Нордгейма, Максвелла и системы уравнений гидродинамики;

- экспериментальным подтверждением определяющих расчетных характеристик, полученных в результате разработанной процедуры моделирования и расчета параметров наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

Научная новизна результатов диссертации заключается в том, что в работе созданы, последовательно развиты и апробированы принципиально новые физико-технологические основы изготовления тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов. При этом:

1. Впервые предложен нелитографический метод создания наноструктурных автоэмиссионных матриц, использующий принцип самоорганизации системы на наноуровне в процессе многостадийного сквозного пористого анодирования слоя алюминия, расположенного на подслое вентильного тугоплавкого металла, с обоснованием критериев выбора этого металла.

2. Впервые экспериментально исследованы геометрические параметры, элементный состав и эмиссионные характеристики полученного нового класса матриц наноэмитгеров, формируемых из встроенных в основания окисных ячеек пористого АОА наноразмерных столбиковых выступов из анодного оксида титана, и показано, что им присущ полевой характер эмиссии, описываемый уравнением Фаулера-Нордгейма.

3. Впервые разработаны физико-технологические принципы создания на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов нового класса микроприборов - тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов и систем их межсоединений, а также исследованы электрофизические характеристики их изоляционных и проводниковых компонентов.

4. Впервые разработаны физические принципы моделирования и расчета характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

5. Впервые осуществлен расчет характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов (диодов, катодно-сеточных элементов, триодов), создаваемых на основе нанопористого анодного оксида алюминия с установлением взаимосвязи с их микро- и наногеометрией.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что они составляют научную основу и дают практические рекомендации по

созданию принципиально нового класса приборов - тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов. В частности:

1. Разработанный метод создания наноструктурных автоэмиссионных матриц позволил без использования процессов субмикронной литографии создать автоэмиссионные структуры с плотностью упаковки 3,74-Ю10 см 'г и диаметром наноканала в вентиле порядка 20 нм. Для таких автоэмиссионных структур напряжение включения составляло порядка 2,5 В, (что весьма близко к рабочим напряжениям полупроводниковых приборов), а соответствующая этому напряжению плотность эмиссионного тока составляла порядка 0,5 мА/мм3. Таким образом, была впервые продемонстрирована возможность получения автоэлектронной эмиссии при рабочих напряжения в единицы вольт.

2. Разработанные физико-технологические принципы позволяют на основе формируемых матриц наноэмиттеров, встроенных в нанопористый анодный оксид алюминия, создавать в едином технологическом цикле надежные, с воспроизводимыми геометрическими, электрическими и эмиссионными характеристиками наноструктурные автоэлектронные микроприборы (диоды, катодно-сеточные элементы, триоды) с рабочими напряжениями на уровне единиц вольт. Для таких микроприборов рабочее напряжение на аноде составляет 4+5 В, что значительно меньше, чем значение первого ионизационного потенциала и;1 для молекул, присутствующих в атмосфере остаточного газа микроприбора, в результате этого ионная бомбардировка и катодное распыление эмиттерных нановыступов становятся в принципе невозможными, что тем самым устраняет одну из главных причин нестабильности автоэлектронной эмиссии и устраняет необходимость обеспечения и поддержания в них высокого вакуума.

3. Разработанные физические основы моделирования характеристик наноструктурных автоэлектронных микроприборов позволяют еще на этапе проектирования прогнозировать влияние их конструкционно-геометрических параметров на ожидаемые характеристики.

4. Разработанные физико-технологические принципы создания тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов и систем их межсоединений являются первоосновой для создания нового поколения цифровых и аналоговых микросистем сверхвысокой степени интеграции и быстродействия, совместимых по напряжению питания с полупроводниковыми интегральными схемами и отличающихся повышенной надёжностью, радиационной и тепловой стойкостью. Это обеспечит качественно новый уровень тактико-технических характеристик создаваемой микроэлектронной аппаратуры.

5. Практическая значимость данной работы также подтверждается включением её тематики в «Межведомственный перечень приоритетных направлений развития науки и техники, критических технологий, реализуемых в ракетно-космической промышленности в интересах создания перспективных космических средств различного целевого назначения на 2001-2005 годы» в части п. 1.5.4 «Технологии создания тонкопленочных

приборов вакуумной электроники терагерцового диапазона (1012 Гц) на основе наноструктурных автоэлектронных матриц». В рамках этой программы был выполнен ряд НИР, научным руководителем и основным исполнителем которых являлся автор, в частности: - НИР ГАЛС «Исследование и разработка конструкционно-технологических решений создания тонкопленочных вакуумных интегральных схем для радиопередающих средств бортовых комплексов перспективных КА с длительным сроком активного существования 10.... 15 и более лет», 20012003 г. г.;

- НИР КВАНТ «Разработка и экспериментальная отработка комплекса базовых конструкггорско-технологических и схемотехнических решений по созданию температурно- и радиационностойких узлов бортовой аппаратуры на основе устройств вакуумной микроэлектроники для космических аппаратов нового поколения», 2004-2005 г. г. (Гос. per. № - У86378).

Положении, выносимые на защиту.

1. Физико-технологические принципы создания наноструктурных автоэмиссионных матриц на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов.

2. Результаты экспериментального исследования геометрических параметров, элементного состава и вольт-амперных характеристик полученного нового класса оксидно-титановых матриц наноэмиттеров.

3. Физико-технологические принципы создания на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов нового класса микроприборов -тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов и систем их межсоединений.

4. Выбранные оптимальные режимы процессов формирования изоляционных компонентов автоэлектронных микроприборов и систем их межсоединений а также результаты исследования их электрофизических характеристик.

5. Разработанные основы процедуры моделирования и расчета характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

6. Расчетные и экспериментальные характеристики тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов (диодов, катодно-сеточных элементов, триодов) с установленной взаимосвязью с их микро- и наногеометрией.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований были представлены на следующих научных конференциях:

1. 3-я Международная научно-техническая конференция «Современная технология гибридных интегральных микросхем, включая элементы сверхпроводниковой электроники» (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Нарочь, сентябрь 1994).

2. International Conference "Nanomeeung-95" (Minsk, Belarus, 1995, May 15-19).

3. 11* International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC'98), (The Grove Park Inn, Asheville, NC, USA, 1998, July 19-24).

4. 2nd International Symposium on Electrochemical Microsystem Technologies, Tokyo, Japan,

1998, September 24-28.

5. 1241 International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC'99), (Darmstadt, Germany,

1999, July 6-9).

6. 13* International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC 2000), (Guangzhou, China,

2000, August 14-17).

7. 2nd European Field Emission Workshop (Segovia, Spain, 2000, September 25-29).

8. 14* International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC 2001), (University of California, Davis, California, USA, 2001, August 12-16).

9. IS*1 International Vacuum Microelectronics Conference & 48"' International Field Emission Symposium (IVMC 2002), (Lyon, France, 2002, July 7-11).

10. Fourth IEEE International Vacuum Electron Sources Conference (IVESC'02), (Saratov, Russia, 2002, July 15-19).

11. 2nd VDE World Microtechnologies Congress (MICRO.tec 2003), (Munich, Germany, 2003, October 13-15).

12. The 4-th International Conference "Porous Semiconductors - Science and Technology", (Culiera-Valencia, Spain, 2004, March 14-19).

13. 17л International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC 2004), (Cambridge, Massachusetts, USA, 2004, July 11-16).

14. The 8th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics (SCI 2004), (Orlando, Florida, USA, 2004, July 18-21).

Личное участие автора в выполнении работы. Автором диссертации проведен анализ проблемы, определён круг вопросов и цель исследований, сформулирована постановка соответствующих задач, выбраны методы их решения, предложены физические модели для их аналитического решения, проведены экспериментальные и теоретические исследования, сделан анализ полученных результатов, установлены новые закономерности' и ранее неизвестные явления, сформулированы выводы. В целом автору принадлежит определяющая роль в проведении всех исследований, представленных в диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 232 страницы текста, в том числе 64 рисунка, 10 таблиц; список цитируемой литературы насчитывает 229 наименований.

Содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, определена научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ современного состояния и тенденций развития вакуумных автоэлектронных микроприборов. Проведенный анализ показал, что тенденции развития современной вакуумной микроэлектроники, направленные на уменьшение размеров как конструкционных элементов автоэлектронных микроприборов, так и дальнейшей миниатюризации самих автоэлектронных приборов, приводят ко все более возрастающей роли

нанотехнологий в этом процессе. Постепенный переход от традиционных литографических методов формирования упорядоченных наноструктур к нелитографическим, основанным на физических процессах самоорганизации систем, обусловлен их более высокой: технологичностью и разрешающей способностью (которая недоступна на сегодняшний день литографическим методам) и значительно меньшими: трудоемкостью и себестоимостью. Благодаря достижениям в области технологий создания самоорганизующихся упорядоченных наноструктур (нанопористого анодного оксида алюминия, нанопроводов и углеродных нанотрубок,) в последние годы появилось большое количество исследований, посвященных их применению в автоэмиссионной микро- и наноэлектронике. Вместе с тем, проведенный анализ показал, что, несмотря на большое количество публикаций по созданию на основе упорядоченных структур нанопористого анодного оксида алюминия автоэмиссионных матриц (АЭМ) как с металлическими нанопроводами, так и с углеродными нанотрубками, предлагаемые методы ориентированы на изготовление лишь отдельных (несомненно, важных) компонентов - автоэмиттеров, без проработки вопроса их совместимости с общей концепцией изготовления автоэлекгронных микроприборов. Более того, эти методы имеют исключительно экспериментальный характер и непригодны для промышленного использования. В заключении этой главы сформулированы цели и задачи исследования, направленные на решение выше обозначенных проблем.

Во второй главе на основании анализа механизма образования и роста пористого анодного оксида алюминия и учета требований, предъявляемых к автоэлектронным эмиттерам, разработан метод создания тонкопленочных наноструктурных автоэмиссионных матриц, формируемых в процессе многостадийного сквозного пористого анодирования слоя алюминия, расположенного на подслое вентильного тугоплавкого металла. Выбранные оптимальные режимы этого процесса позволили осуществлять встраивание анодного оксида вентильного тугоплавкого металла в основание окисной ячейки (О.Я) и последующее его вращивание в пору ОЯ. Естественно, диаметр встраиваемого столбика из анодного оксида вентильного металла определяется диаметром поры ОЯ, а его высота напряжением формовки заключительной стадии процесса анодирования. Для того чтобы сформированный наноразмерный столбик из анодного оксида вентильного тугоплавкого металла мог работать как эмиттер, необходимо, чтобы он обладал как минимум полупроводниковыми свойствами, либо мог превращаться в полупроводниковую или проводниковую структуру в процессе последующей термообработки в вакууме. С целью определения вентильных металлов, которые смогут удовлетворять этим условиям, были проведены экспериментальные исследования влияния вакуумного отжига на процесс разрушения анодных окислов следующих вентильных тугоплавких металлов: Та, >)Ь, 7х, Ш, V/, Тк Проведенные эксперименты показали, что в качестве эмитгерных материалов для разрабатываемых конструкций АЭМ

могут быть выбраны те вентильные материалы, теплота диссоциации анодных оксидов которых меньше 13 ккал/моль при температуре 450 °С. К таким материалам относятся вентильные металлы следующего ряда: вольфрам, ниобий и титан. В этом ряду титан занимает самую верхнюю допустимую границу и в то же время имеет наименьшее значение работы выхода ф0 = 3,95 эВ, поэтому было проведено более детальное исследование его возможностей.

В частности, с помощью методов сканирующей электронной микроскопии исследовано влияние режимов пористого анодирования на геометрические параметры образующейся регулярной матрицы встроенных в пористый АОА наноразмерных столбиковых выступов из анодного оксида титана. Проведенные электронно-микроскопические исследования показали, что количество образованных столбиковых выступов на слое титана соответствует числу пор в пористом анодном оксиде алюминия. Установлено, что плотность упаковки столбиковых выступов в такой матрице зависит от плотности анодного тока в гальваностатическом режиме и соответствующему этой плотности тока напряжению формовки на первой стадии стабилизации формирующего напряжения при сквозном пористом анодированнии слоя алюминия, расположенном на подслое титана. Например, для образцов, в процессе изготовления которых использовались следующие характерные режимы: плотность анодного тока в гальваностатическом режиме 3, = 2.22 мА/см2 и напряжение формовки на первой стадии стабилизации напряжения = 20 В - плотность упаковки столбиковых выступов составила порядка X = 3.74-1010 выст/смг со средним периодом их расположения Ь = 55 нм и среднем диаметре столбикового выступа О, = 37.5 нм. Для образцов, которые изготавливались в следующих режимах: = 3.33 мА/смг и и^ = 30 В, были характерны следующие параметры: X = 2.17-1010 выст/см2,1. = 75 нм, Э» = 57.5нм.

а) б)

Рпс.1. СЭМ изображения поперечных сколов матриц столбиковых выступов: а) образец 2Т с 1)1. = 30 В, б) образец 4Тс ии = 30 В и и^ = 50 В

На рис.1 представлены микрофотографии поперечных сколов образное 2Т и 4Т после удаления слоя пористого анодного оксида алюминия. Из анализа всех полученных микрофотографий поперечных сколов вышеуказанных образцов было достоверно установлено, что высота столбиковых выступов постоянна на всей поверхности каждого исследуемого образца. Детальные исследования поперечных сколов матрицы столбиковых выступов показали, что каждый отдельно взятый столбик из анодного оксида титана можно условно разделить на две части: «внешнюю», расположенную над поверхностью исходной пленки титана, и «внутреннюю», находящуюся ниже поверхности напыленной пленки титана. Высота «внешней» части столбикового выступа была определена с абсолютной погрешностью в + 5 им и оказалась равной 70 нм. Глубина окисления пленки титана («внутренняя» часть) оказалась примерно равной высоте «внешней» части столбика. При этом столбиковые выступы для образцов 2Т (рис.1,а) имеют форму перевернутой капли, то есть вертикальные проекции сужаются у основания. У образцов 4Т, которые были подвергнуты второй стадии процесса анодирования, наблюдается изменение формы столбикового выступа, а именно, основание его внешней части становится более широким (рис. 1,6), а сужение наблюдается только в области его «внутренней» части. То есть каждый отдельно взятый оксидный столбик, состоящий из «внешней» и «внутренней» частей, приобретает «боченкообразную» форму. Исследование элементного состава матрицы из столбиковых выступов проводили методом оже-электронной спектроскопии на образцах 2Т, 2ТО, 4Т и 4ТО в силу более различимых (больших) и, естественно, более удобных для исследования размеров. На рис. 2. представлены оже-спектры поверхности столбиковых структур неотожженных 2Т, 4Т (рис. 2, а, б) и отожженных 2ТО, 4ТО (рис. 2, в, г) образцов. На рис. 3 приведены оже-электронные профили распределения концентраций основных химических элементов в составе исследованных матриц столбиковых выступов. Представленные кривые иллюстрируют изменения процентного содержания атомов А1, О, "П, С и Р пропорционально времени ионного травления поверхности образцов. Полученные данные показывают, что наноразмерные периодические столбиковые выступы, сформированные анодированием тонкопленочной композиции ТьА1 в растворе щавелевой кислоты, состоят преимущественно из оксида титана с включением оксида алюминия и углеродосодержащих примесей из электролита анодирования. Повышение анодного напряжения от и,а до и2, = 50 В на завершающей стадии анодирования приводило к насыщению кислородных связей в системе "П - О, увеличению содержания оксида алюминия в составе столбикового выступа и изменению формы столбикового выступа, а именно, основание его внешней части становилось более широким, и каждый отдельно взятый оксидный столбик, состоящий из «внешней» и «внутренней» частей, приобретал форму «бочки». Вакуумный отжиг образцов при температуре 430 С приводил к миграции кислорода из «внешней» части оксидных столбиков не только в их «внутреннюю» часть, но и в остаточную пленку титана.

воо «1К» }1ММ>

Энергия электронов ^ эВ

а)

(.он мхи им»

Энергия электронов эВ

ч/а?

Щ

б)

»89

Энергия электроне» эВ

В)

Энергия электронов £ эВ

Рис-2. Оже-спекгры матрицы поверхности столбиковых выстушв: а) образец 2Т, б) образец 4Т, в) образец 2ТО, г) образец 4ТО

Таким образом, после вакуумного отжига в основном объеме столбиковых выступов становилась превалирующей металлическая фаза, а кислород оказывался примерно равномерно распределенным по всему объему и составлял и 15 — 18%. При этом поверхность столбиковых выступов оказывалась покрытой тонким слоем окисла титана.

Время распыления г, мин

а)

Время распыления ^ мин б)

«.I :.) :.! и г.:

Время распыления ^ мин В)

Время распыления 1, мин

г)

Рис.3. Оже-элеетронные профили распределения концентраций основных химических элементов в составе матриц столбиковых выступов: а) образец 2Т, б) образец 4Т, в) образец 2ТО, г) образец 4ТО

Исследование эмиссионных свойств матрицы наноразмерных столбиковых выступов (НСВ) проводили на образцах, подвергнутых термообработке в вакууме и после удаления слоя пористого анодного оксида

алюминия. Изучение вольт-амперных характеристик матрицы НСВ проводили в традиционной вакуумной системе с простой диодной конфигурацией при давлении остаточных газов в вакуумной камере ~ 2-Ю"3 Па. В качестве анода использовались либо стеклянные пластины, покрытые люминофором, либо полированные металлические шайбы. Стеклянные пластины, покрытые люминофором, применялись для регистрации пространственного распределения центров эмиссии по поверхности образца. Металлические шайбы — для снятия зависимости эмиссионного тока от приложенного напряжения. Катодом всегда был исследуемый образец. Зазор между анодом и катодом составлял порядка 300+30 мкм. На катодную матрицу подавалось отрицательное относительно анода управляющее напряжение прямоугольных импульсов длительностью 20 мкс и частотой в 50 Гц.

Рис.4. Вольт-амперные характеристики матрицы титановых столбиковых выступов (площадь исследуемых образцов - 2 см2): а) вольт-амперная характеристика; б) график Фаулера-Нордгейма

На рис.4,а представлена вольт-амперная характеристика исследуемой матрицы, а на рис.4,б - график Фаулера-Нордгейма, построенный по данным этой вольт-амперной характеристики. Как это видно из приведенных данных, заметная автоэлектронная эмиссия из таких структур начинается при напряжённостях электрического поля в вакуумном зазоре порядка 8 В/мкм, при этом полученный график Фаулера-Нордгейма (рис.4, б) подтверждает полевой характер эмиссии для исследуемых матриц НСВ.

Автоэмиссионные матрицы, предназначенные для испытания на воздухе при атмосферном давлении, подвергали электрохимической полировке с целью расширения пор путем вытравливания рыхлой части окисного слоя, окружающего поры в окисных ячейках. В результате проведения этой операции толщину диэлектрического слоя пористого оксида уменьшали до 150 нм. Затем после проведения вакуумного отжига на полученную

поверхность осаждали двухслойную тонкопленочную структуру, состоящую из подслоя тантала толщиной (10 20) нм и слоя алюминия толщиной 1мкм. Следует отметить, что в процессе осаждения вышеупомянутой двухслойной тонкопленочной структуры на поверхность пористого анодного оксида из- за запыления пор образуются острийные эмиттеры с вершинами острий, направленными в глубь пористого АОА. Экспериментальные оценки глубины запыления пор показали, что осаждаемый материал проникает в поры на расстояния, сопоставимые с их диаметром. Далее методами фотолитографии и травления из двухслойной тонкопленочной структуры Та-А1 формировали верхний электрод площадью в 1 мм2. Изготовленные таким образом наноструктурные АЭМ испытывались фактически в составе наноструктурного двухэлектродного прибора на воздухе при атмосферном давлении с помощью измерителя характеристик полупроводниковых приборов типа Ь2-56. На рис.5,а представлена вольт-амперная характеристика испытуемого наноструктурного двухэлектродного прибора с активной площадью в 1 мм2.

а) б)

Рис.5. Водьт-ампериые характеристики тестового наноструктурного двухэлектродного прибора с активной областью в 1 мм2: а) след вольт-амперной характеристики на экране осциллографа, б) график Фаулера-Нордгейма

Как видно на рис.5,а, при междуэлектродной толщине пористого АОА в 150 нм эффективный ток полевой эмиссии начинается при рабочих напряжениях ~ 2,5 В. На рис.5,6 приведен график Фаулера-Нордгейма, построенный для ВАХ при прямом смещении. График Фаулера-Нордгейма, построенный для ВАХ при обратном смещении, практически полностью идентичен графику, показанному на рис.5,б. Таким образом, полученные графики Фаулера-Нордгейма подтверждают полевой характер эмиссии наноразмерных острий, образованных на нижнем и верхнем электродах в испытуемом наноструктурном приборе.

Посредством модифицированной компьютерной программы, основанной на методе сеток и алгоритма «лупы», были рассчитаны: коэффициент усиления электрического поля, напряженность электрического

поля на острие, распределение эквипотенциалей электрического поля и емкости исследуемых автоэмиссионных структур. Проведенный расчет структуры электрического поля в автоэмиссионных ячейках рассматриваемого здесь типа (рис.6 и 7) показал, что наибольшая плотность эквипотенциальных линий электрического поля и ее относительное изменение наблюдаются в непосредственной близости от вершины эмиттерного нановыступа буквально на расстояниях до 30 + 40 нм, а для остальной части междуэлектродного пространства катод-анод характерна значительно меньшая, но однородная плотность эквипотенциальных линий электрического поля.

иниии У

зяиняин

V

ЯМ 1 N. к

Рнс.6. Схематическое изображение единичной автоэмиссионной ячейки: 1 -острийный эмиттер, 2-стенка ячейки, 3-цилиндричсский наяоканал

Рис.7. Структура электростатического поля в эмиссионной зоне единичной ячейки и относительное изменение напряженности электрического поля в зависимости от расстояния от вершины острия

Структура автоэмиссионной ячейки, изображенная на рис.6, имеет следующие основные размеры: диаметр острий Б = 37,5 нм, период Ь = 55 нм, высота острийного эмиттера Ь = 70 нм, (1 = 80 нм. Приведенные выше результаты получены для автоэмиссионных структур с плоским анодом. Между тем, как отмечалось выше, при используемой технологии изготовления АЭМ на верхнем электроде также образуются выступы (острия), приводящие к образованию симметричной ВАХ, показанной на рис. 5. Однако, и в этом случае приведенная на рис.7 картина распределения электрических полей около нижнего острийного эмиттера сохранится, поскольку высота острий верхнего электрода значительно меньше

междуэлектродного расстояния, где имеется область однородного электрического поля.

В третьей главе подробно описана разработанная интегральная технология создания на основе нанопористого анодного оксида алюминия тонкопленочных автоэлектронных микротриодов.

Рнс.8. Изометрическое изображение тонкопленочного наноструктурного автоэлектронного микрсприода

На рис.8 представлено изометрическое изображение тонкопленочного наноструктурного автоэлектронного микротриода, создаваемого посредством этой технологии. Тонкопленочный наноструктурный автоэлектронный микротриод (АЭМТ) может быть сформирован на любой диэлектрической или полупроводниковой подложке-1 и должен включать: катодный электрод-9, состоящий из проводниковой структуры-10 (включающей в себя адгезионный подслой вентильного металла-2, проводниковый металлический слой-3 и защитный слой вентильного металла-4) и эмиттерной области-11, содержащей расположенные на части поверхности проводниковой структуры-10 буферный резистивный слой-12 и эмиттерный слой-13 с расположенными на его поверхности регулярными единообразными эмиттерными нановыступами-48, которые встроены в основания сквозных наноотверстий-40 первого междуэлектродного диэлектрического слоя-20, расположенного на поверхности катодного электрода над эмиттерной областью; изоляционные карманы-16, состоящие из локального анодного оксида вентильного металла-18 и локального анодного оксида алюминия-17; межкомпонентный диэлектрик-44 катодного слоя с аноднооксидными

нановыступами-43; межкомпонентный диэлектрический слой пористого анодного оксида алюминия-37; управляющий электрод-23, расположенный на поверхности первого междуэлектродного диэлектрического слоя-20 и содержащий апертуры-39, которые самосовмещены со сквозными наноотверстиями-40 первого междуэлектродного диэлектрического слоя-20 и сквозными нанопорами-36 второго междуэлектродного диэлектрического слоя-38 (расположенного на поверхности управляющего электрода-23), образуя в результате упорядоченную матрицу сквозных наноканалов-41; анодный электрод-53, расположенный на поверхности второго междуэлектродного диэлектрического слоя-38 и состоящий из анодного подслоя вентильного металла- 49 и анодного проводникового слоя- 50; межкомпонентный диэлектрик-52 анодного слоя; контактную область — 46 к катодному электроду, состоящую из локальных участков первого-14 и второго -24 слоев алюминия; контактную область - 47 к управляющему электроду, состоящую из локального участка адгезионного ■ подслоя вентильного металла-2, локального участка первого слоя алюминия-14, части управляющего электрода-23 и локального участка второго слоя алюминия-24; контактные площадки (состоящие из локальных участков металлических слоев 49 и 50) к электродам прибора, а именно: контактные площадки-54 к катодному электроду, контактные площадки-55 к управляющему электроду и контактные площадки-56 к анодному электроду; слой герметизирующего материала-58 с контактными окнами-60 к электродам прибора. На рис. 8 также показана схема подключения электропитания к электродам микротриода. В цепь управляющего электрода-23 включен источник постоянного напряжения Ее, минус которого заземлен. Помимо постоянного положительного напряжения Ес, приложенного между управляющим и катодным электродами, которое называется напряжением смещения, в цепь управляющего электрода включают также источник (генератор) управляющего сигнала ис. В анодной цепи автоэлектронного микротриода имеется источник постоянного анодного напряжения Е, и включенный последовательно с ним резистор нагрузки Я,.

Принцип работы автоэлектронного микротриода заключается в следующем. На управляющий электрод-23 подается положительный потенциал относительно катодного электрода-9. При достижении на управляющем электроде достаточной величины напряжения из эмитгерных нановыступов-48 под воздействием приложенного внешнего электрического поля испускаются электроны, то есть возникает автоэлектронная эмиссия электронов. Для данной конструкции автоэлектронного микротриода это происходит при напряжениях на управляющем электроде порядка единиц вольт. Эмиттированные электроны, попадая в наноканалы-41, ускоряются в электрическом поле промежутка: эмиттерные нановыступы - управляющий электрод, проходят сквозь апертуры-39 управляющего электрода и оказываются в ускоряющем электрическом поле промежутка: управляющий электрод - анодный электрод, так как на анодный электрод-53 подается более высокий (на 3-^-5 В) положительный потенциал относительно управляющего

электрода-23. Получив дополнительное ускорение в этом поле, электроны собираются анодным электродом-53.

Автоэлектронный микротриод может функционировать как усилитель и как переключатель. На рис.8 приведена схема включения автоэлектронного микротриода с заземленным общим катодом. Автоэлектронный микротриод можно включать и иным образом, приняв в качестве общего электрода управляющий электрод (схема с общей сеткой) или анод (схема с общим анодом). При любой схеме включения для работы автоэмиссионного микротриода необходимо, чтобы потенциал на управляющем электроде был положительным относительно катодного электрода.

В третьей главе также приведены результаты исследования и выбора оптимальных режимов для новых базовых технологических операций, используемых при создании тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов (АЭМП). Проведенные

экспериментальные исследования основных электрофизических параметров изоляционных компонентов (межкомпонентной изоляции катодного слоя, изоляционных карманов, межкомпонентной изоляции анодного слоя, междуэлектродных диэлектрических слоев катод-сетка и сетка-анод) автоэлектронных микроприборов показали, что они обладают высокой электрической добротностью и полностью удовлетворяют всем современным требованиям вакуумной микро- и наноэлектропики к аналогичным параметрам.

С целью прогнозирования работоспособности АЭМП в условиях воздействия ионизирующих излучений космического пространства были проведены исследования влияния ионизирующего гамма-излучения на электрофизические характеристики изоляционных компонентов АЭМП. Полученные результаты экспериментальных исследований дозовой деградации электрофизических характеристик изоляционных компонентов АЭМП при воздействии стационарного излучения показали, что при достижении дозой излучения значений 107 рад электрофизические параметры изменяются в пределах 3 — 5 % от своих начальных значений.

Для обеспечения возможности создания цифровых логических элементов и микросистем на основе наноструктурных АЭМП была разработана технология изготовления двухуровневой системы межсоединений на основе вентильных металлов и их анодных оксидов. Эта технология позволяет осуществлять планаризацию рельефа межсоединений, обеспечивая при этом получение как низкоомных, стабильных и воспроизводимых межуровневых контактов, так и высоких изоляционных свойств межкомпонентного и межуровневого диэлектриков. Диапазон размеров топологических элементов, получаемых с помощью данной технологии, определяется разрешающей способностью применяемой литографии. При этом благодаря пассивации алюминиевых проводников анодными оксидными пленками значительно (более чем на порядок) увеличивается их устойчивость к электромиграции и коррозии.. Эта технология полностью совместима с технологией изготовления

наноструктурных автоэмиссионных триодов, что позволяет создавать на их основе в едином технологическом цикле высоко интегрированные, функционально завершенные цифровые логические микросистемы. Наряду с этим данная технология легко адаптируется к существующим технологиям изготовления гибридных и полупроводниковых интегральных схем.

В четвертой главе проведен детальный анализ физики явлений, происходящих в наноструктурных автоэлектронных микротриодах (имеющих по сравнению с диодами наиболее сложную конструкцию и вместе с тем представляющих наибольший научный и практический интерес), в котором для математического описания физических процессов использовались фундаментальные уравнения Фаулера-Нордгейма, Максвелла и уравнения гидродинамики, описывающие поведение электронного газа. В результате этого исследования было установлено, что задача анализа и расчета характеристик наноструктурных автоэлектронных микроприборов сводится к решению уравнения Лапласа для потенциала и, которое выполняется как внутри области эмиссии, так и вне ее. Для рассматриваемых конструкций АЭМТ поставленную задачу наиболее целесообразно решать в цилиндрических координатах. Решение уравнения Лапласа предполагается осесимметричным: и=и(г,г). На границах проводников, диэлектриков, а также на границе автоэмиссионной ячейки должны выполняться следующие граничные условия: на границе проводника и = и, = сопл*; (I)

на границе ячейки Е„, =0 или = 0; (2)

дп

на границе диэлектриков (включая область эмиссии)

е,Нп1 = е2Еп2 или с,- = , если у(м/) = 0, (3)

<7П ОТ1

Е„, =0 или ^- = 0, если у(ч/)>0; (4)

дп

где п — нормаль к поверхности границы, £/, - потенциал ¡-го проводника, а с, и С; - диэлектрические проницаемости, Е„, и Еп1 - нормальные составляющие напряженности электрического поля, и, и II, — потенциалы, соответственно, по разные стороны границы.

В граничных условиях (3,4) введены переменная у и функция у(ч>), которые требуют дополнительных пояснений. Переменная ц/ является альтернативной характеристикой электрического поля наряду с потенциалом и. В гидродинамике эту переменную называют функцией тока. Физический смысл переменной V состоит в том, что она постоянна вдоль силовых линий электрического поля, а поток вектора напряженности электрического поля между двумя силовыми линиями равен разности соответствующих значений Ч>. Для дальнейших расчетов будет представлять интерес распределение величины вдоль границы области эмиссии, которое можно представить в

виде набора функций ^/¡(т): (./,(г)=^0|+2л-|/-(г)Е(г)п^г, (5)

где г - локальная переменная на i-ой границе, а щ — начальное значение переменной ц/.

Если полагать, что траектории электронов совпадают с силовыми линиями электрического поля, то существует функциональная зависимость 1(щI, где / - электронный ток, протекающий внутри поверхности у = const. Производная от указанной функции равна y(vy) = dl(vy)/d\y. Таким образом, функция y(i|/) характеризует плотность электронного тока на силовой линии, соответствующей переменной V)/. Функция у(у) определяется на эмитгирующих проводниках или на их отдельных участках, то есть там, где

выполняется условие: Е = 1 ^ > о. (б)

2 яг dr

Так как силовые линии начинаются и заканчиваются на проводниках, то для любого значения i|/ такой проводник или участок существуют. Если указанный проводник граничит с областью эмиссии, то функция у(чО

определяется по формуле: y(iy) = 27ir'JHj (7)

dy/at

где J[E] определяется уравнением Фаулера-Нордгейма, в противном случае функция у(ц1) полагается равной нулю.

Одним из способов решения поставленной задачи является метод граничных элементов. В рамках данного метода формально предполагается, что решение удовлетворяет уравнению Лапласа не только внутри ячейки, но и вне ее. В дальнейшем решение вне ячейки может быть отброшено, как не имеющее физического смысла. Введем нумерацию всех границ i = I ... N (границы проводников, границы диэлектриков, граница ячейки). Каждую i-io границу разобьем на отдельные достаточно малые отрезки (граничные элементы) к = 1 ... К;, которые ввиду малых размеров можно считать линейными. Далее на каждом граничном элементе введем фиктивные источники с неизвестной интенсивностью. Каждый такой источник представляет собой приведенный к центру элемента электрический заряд Qik. Термин «фиктивные источники» означает, что в реальности заряды на границах могут иметь совсем другое значение или вовсе отсутствовать. Например, заряды на границах диэлектриков или границе ячейки отсутствуют. Реальные заряды на границах проводников Q*k совпадают с фиктивными зарядами Qlk только в случае, когда диэлектрические проницаемости по разные стороны проводника совпадают (е, = е2). В обратном случае они определяются по формуле:

Qik =2itritlit[e2E„2(rik,ziv)-E,Elll(rfl.,zlt)], (8)

где гц и zik — координаты центров граничных элементов, а 1ц — длины граничных элементов.

Подобное представление структуры позволяет записать выражения для электрического потенциала U в следующем виде:

иМ»—¿¿сО-,*,!-.,^, (9)

€о ¿-I кИ

где С(г, 2, То, Яо) — функция Грина, которая в данном случае имеет вид

Gfrzr г Ь 1 КМ

(10)

где К(т) - полный эллиптический интеграл 1-го рода с модулем т, а и Ь -вспомогательные величины, определяемые по формулам:

...2 2Ь

i = r2+r0I+(z-z0)1; b = 2rr0;

a + b

Для вектора напряженности электрического поля Е можно записать соотношение аналогичное (9):

> (П)

е0 1-1

где функция Е (г, г, г0, га) является производной от функции Грина:

F(r,z,r0>Zo)=^T

'[¿Г()я)-Д(/я)]е, t (r-r0)er+(z-z0)e, 2r-Ja + b {a-b)Ja + b

(12)

где E(m) — полный эллиптический интеграл 2-го рода с модулем т, е, и е, -орты в цилиндрических координатах.

Функция Грина G(r, z, r0, z0) (10) и ее производная F(r, z, r0, Zo) (12) имеют особенности при г = г0 и z = Zo. Это связано с предположением о том, что источники Qik: приведены к центрам соответствующих граничных элементов. Чтобы доопределить функции G и F в данной точке, необходимо рассмотреть случай равномерного распределения интенсивности источников внутри граничных элементов. К сожалению, получить точные формулы для функций Грина в данном случае не удается. Поэтому приведем их приближенные аналоги, которые имеют приемлемую точность в широком диапазоне значений г0 и Zo: 1

G* ("».*«) =

4TV„

i+

2яг„

In

16r„

(13)

(14)

где 1,р - длина граничного элемента, Игр - площадь граничного элемента, а агр - угол наклона граничного элемента относительно горизонтали.

Полученные формулы (9-12) позволяют выразить распределения потенциала и и напряженности электрического поля Е внутри автоэмиссионной ячейки через неизвестные интенсивности источников С?^, число которых равно числу граничных элементов. Далее на каждом граничном элементе следует потребовать выполнения граничных условий (25). При этом задача сводится к системе линейных уравнений, число которых

соответствует числу неизвестных. Для решения полученной системы можно использовать стандартные алгоритмы (например, методы Гаусса или Зейделя). Если область эмиссии не имеет общих границ с диэлектрическими областями, то для определения искомых интенсивностей источников достаточно однократно решить сформированную систему. В другом случае процесс решения задачи может включать несколько итераций. В рамках каждой итерации производится решение сформированной системы уравнений, вычисляется распределение величины у по границам области эмиссии, определяется функция у(ц/), после чего производится корректировка граничных условий на границах диэлектриков в соответствии с формулами (3,4). Решение задачи методом граничных элементов позволяет определить искомые интенсивности источников Qik. После этого становится возможным вычисление распределения потенциала U и напряженности электрического поля Е внутри ячейки по формулам (9,11). Заряды отдельных проводников Q; можно получить путем суммирования зарядов Q ik по отдельным граничным элементам. Зная заряды проводников Q; и их потенциалы Ц, нетрудно вычислить собственные С,-, и взаимные Су междуэлектродные емкости. Вычислить распределение переменной по границам области эмиссии можно на основе известных значений напряженности электрического поля Е по формуле (5). Далее с помощью соотношений (6,7), а также с помощью уравнения Фаулера-Нордгейма определяется функция у(\у). Токи отдельных электродов Ij можно вычислить путем интегрирования функции у(у) в соответствующих пределах. Полученные данные далее могут использоваться для построения ВАХ наноструктурных автоэлектронных микроприборов любой заданной конфигурации.

В пятой главе приведены результаты расчета характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов с Помощью специально разработанного на основании вышеописанной процедуры анализа программного комплекса, использующего среду визуального программирования Delphi 5 и язык Object Pascal. Расчет параметров наноструктурных автоэлектронных микроприборов был проведен на примере двух типовых геометрий автоэмиссионных ячеек (АЭЯ), которые ранее были экспериментально получены и детально исследованы. Автоэмиссионные ячейки 1-го и 2-го типов имели, соответственно, следующие характерные значения: диаметр ячейки D,i = 55 нм, D„2 - 75 нм; диаметр цилиндрического наноканала (поры) в ячейке DKi = 17,5 нм, D„2 = 22,5 нм; диаметр эмиттерного цилиндрического выступа Dtl = 37,5 нм, D,2 = 57,5 нм; высота эмиттерного выступа h„,= ha2 =70нм; плотность упаковки эмиттерных выступов Хв| =3,74'Ю10выст/см2, Х»2 = 2,17'Ю10 выст/см2. При проведении расчетов учитывалось, что поверхность эмитгирующих электродов имеет высокую степень шероховатости Кш = 40, которая приводит к дополнительному усилению электрического поля.

Рис. 9. Вольт-амперные характеристики наноструктурных автоэжктронных диодов (АЭД) с геометрическими параметрами автоэмиссионных ячеек (1 - первого типа, 2 - второго типа) и площадью активной области в 1 мм2: а - расчетная ВАХ для АЭД с плоским анодом; б - расчетная ВАХ для АЭД с анодным выступом; в ~ экспериментальная ВАХ для АЭД с анодным выступом и геометрическими параметрами автоэмиссионных ячеек первого типа; г - расчетная ВАХ для АЭД с анодной впадиной

Первым объектом, на котором была опробована разработанная компьютерная программа, явились диодные структуры. При этом для них была рассмотрена возможность получения анода в зависимости от технологии его формирования с различной конфигурацией внутренней поверхности в области наноканала. В качестве материала анода использовался тантал с работой выхода фа = 4,12 эВ, а материала катода -титан с работой выхода ф„ = 3,95 эВ. Диэлектрическая проницаемость междуэлектродного диэлектрического слоя АОА, состоящего из стенок окисных ячеек, имела значение е = 10,0, а его толщина составляла с1к_а= 120 нм. Сравнение экспериментальной (рис. 9,в) и расчетной (рис. 9,6) ВАХ для наноструктурного диода с анодным выступом иллюстрирует их очень хорошее совпадение и вместе с тем объясняет причину наблюдаемой

симметрии прямой и обратной ветвей ВАХ. В то же время, как это видно из рис.9,а и 9,г, использование в наноструктурном автоэлектронном диоде плоского анода или анода с впадиной приводит к резкому увеличению асимметрии наблюдаемых ВАХ. Таким образом, приведенные расчетные и экспериментальные ВАХ демонстрируют: во-первых, их очень хорошее совпадение, что подтверждает правильность выбранной модели и алгоритма расчета ВАХ рассматриваемых нанострукггурных АЭМП, во-вторых, подтверждают, что для таких диодных структур характерное значение рабочего напряжения составляет менее 2 В, и, в-третьих, показывают возможные пути создания наноструктурных АЭД с различной степенью асимметрии прямой и обратной ветвей ВАХ.

Рис.10. Схематическое изображение поперечного сечения тонкоплСночного наноструктурнюго автоэлектронного микротриода с эквипотенциальными линиями (которые расположены с шагом в 0,1 В) в центральной триодной ячейке при ис = 1,35 В, иа - 5 В: 1 - подложка; 2 - катодный слой; 3 - эмиттерный слой; 4 — эмиттерный выступ; 5 — диэлектрический слой между катодом и сеткой; 6 - металлический электрод сетки; 7 - отверстие (апертура) в металлическом электроде сетки; 8 - цилиндрический наноканал триодной ячейки; 9 - диэлектрический слой из пористого анодного оксида алюминия между сеткой и анодом; 10 - металлический анод; О, — диаметр одиночной триодной ячейки; Г)„ - диаметр наноканала триодной ячейки; Б» - диаметр эмиттерного цилиндрического выступа; Ь» - высота эмиттерного выступа;

- толщина диэлектрического слоя (междуэлектродное расстояние) между катодом и сеткой; <3С - толщина металлического сеточного электрода; - толщина

диэлектрического слоя (междуэлектродное расстояние) между сеткой и анодом

Схематическое изображение поперечного сечения активной области тонкоплёночного наноструктурного автоэлектронного микротриода (АЭМТ), создаваемого на основе нанопористого анодного оксида алюминия, представлено на рис.Ю. В центральной триодной ячейке представлены результаты расчета распределения эквипотенциальных линий электрического поля (которые расположены с шагом в 0,1 В) для автоэлектронного микротриода, имеющего следующие вертикальные размеры: 100 нм, сЗс

= 50 нм, с1с.,= 250 нм и состоящего из автоэмиссионных триодных ячеек 1-го типа. На рис. II представлены расчетные ВАХ для автоэлектронного микротриода с активной областью в 1 мкм2, состоящего из плотно упакованных автоэмиссионных ячеек первого типа и имеющего следующие вертикальные размеры: £)к.с = 100 нм, с!с = 50 нм, (Зс.а = 500 им. В качестве материала анода использовался тантал с работой выхода ф0 =4,12 эВ, а материала эмитгерных нановыступов - титан с работой выхода ф0 = 3,95 эВ. Полученные ВАХ показывают, что при нулевом потенциале на аноде АЭМТ ведет себя как диод, в котором сетка играет роль анода в системе катод-сетка. При этом заметные автоэмиссионные токи порядка 1,25нА наблюдаются уже при напряжениях на сетке в 1,34 В. Далее ток эмиссии определяется в основном напряжением на сетке и практически не зависит от анодного напряжения при увеличении последнего от 0 до 2,5 В. При анодном потенциале в I), > 4 В практически весь ток эмиссии поступает на анод, но регулируется потенциалом сетки, то есть в этом случае наноструктурные АЭМТ приобретают типичные триодные свойства. Например, при иа > 4В изменение ис от 1,34 до 1,42 В приводит к изменению анодных токов в рассматриваемых АЭМТ от 1,25 до 4,8 нА. Эти данные показывают, что наноструктурные АЭМТ рассматриваемой здесь конструкции могут управляться напряжением сигнала в сотые доли вольта. При этом рабочее анодное напряжение АЭМТ не превышает 5 В, это значительно меньше, чем значение первого ионизационного потенциала и,, для молекул, присутствующих в атмосфере остаточного газа вакуумного прибора. В результате этого ионная бомбардировка и катодное распыление эмитгерных нановыступов становятся в принципе невозможными, что тем самым устраняет одну из главных причин нестабильности автоэлектронной эмиссии. Как видно из рис. 11, для данного типа АЭМТ оптимальными рабочими напряжениями являются: Ц, = (4-^-5) В , ис = (1,34 2) В, то есть эффективная работа прибора происходит, когда напряженность электрического поля в междуэлектродных диэлектрических слоях составляет порядка Е= (15-5-20) В/мкм, что значительно меньше их электрической прочности Е = (360 530) В/мкм, в результате чего и обеспечивается высокая надежность наноструктурных автоэлектронных микротриодов.

В целях выбора оптимальной конструкции АЭМТ было исследовано влияние междуэлектродных расстояний триода: катод-сетка <1к.с и сетка-анод на его вольт-амперные характеристики и дифференциальные параметры. Вначале была исследована зависимость дифференциальных статических параметров автоэлектронного триода от расстояния сетка-анод, которое

5.0 4,0 3,0

< г

2Г 2,0 1.0 0,0

11а =5 В

иа=4 В

иа=3 В 11

иа=0 „2 В

0,0 0.5 1.0 1,5 2,0 1)с(В)

0.0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 иа(В)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 ис (В)

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 11а (В)

В

Рис 11. Расчетные вольт-амперные характеристики наноструктурного автоэлектронного микротрнада с геометрическими параметрами автоэмиссионных ячеек 1-го типа и активной областью в 1 мкм2: а - анодно-сеточная; 6 - анодная; в - сеточная; г - сеточно-анодная

варьировалось в диапазоне от 0,25 до 2 мкм, а расстояние катод-сетка оставалось неизменным и равным 0,1 мкм. При этом выбор рабочих точек на вольт-амперных характеристиках триода и расчет основных дифференциальных статических параметров АЭМТ для всего указанного диапазона изменения его геометрических размеров проводился при следующем номинальном режиме: ис = 1,4 В, иа = 11,4 В.

а б в

Рнс.12. Зависимости дифференциальных параметров ианоструктурпого автоэлеюронного микротриэда (состоящего из плотной упаковки автоэмиссионных ячеек 1-го типа) с активной областью в 1 мкм2 от междуэлектродаюго расстояния сетка - анод: а - крутизны анодно-сеточной характеристики S; б - выходного дифференциального сопротивления Rj и выходного сопротивления постоянному току R„; в — статического коэффициента усиления ц и проницаемости D

Результаты проведенного моделирования и расчета основных дифференциальных статических параметров рассматриваемого наноструктурного автоэлектронного микротриода представлены на рис.12.

Была исследована также зависимость дифференциальных параметров автоэлектронного микротриода от междуэлектродного расстояния катод-сетка d,^, которое варьировалось в пределах от 0,1 до 0,25 мкм, а междуэлектродное расстояние сетка-анод dc.s оставалось неизменным и равным 0,5 мкм. Поскольку в автоэлектронных триодах в силу экспоненциальной зависимости эмиссионного тока от напряженности электрического поля и существования пороговых значений напряженности электрического поля, при которых эта эмиссия возможна, невозможно выполнить условие поддержания неизменности выбранного номинального режима: Uc = const и U»=const для всего указанного диапазона изменения dM, то поэтому выбор рабочих точек на вольт-амперных характеристиках триода и расчет основных дифференциальных параметров АЭМТ для всего указанного диапазона изменения его геометрических размеров были проведены при выбранном определенным образом ряде значений номинальных режимов. А именно, напряжение между катодом и сеткой с изменением междуэлектродного расстояния катод-сетка выбирали таким

образом, чтобы напряженность электрического поля на поверхности эмитгерного нановыступа оставалась неизменной, в результате чего неизменным поддерживался и эмиссионный ток катода. В частности, расстояниям катод-сетка, равным <3,^ = (0,1; 0,15; 0,20; 0,25)мкм, соответствовали следующие сеточные напряжения: ик_с = (1,36; 3,06; 4,78; 6,5) В. При этом напряжение между сеткой и анодом поддерживали постоянным и равным ис_, = 7 В. Результаты проведенного моделирования и расчета основных дифференциальных параметров рассматриваемого АЭМТ представлены на рис.13.

О

<

ю

0,10

0,15 0,20

Йк-о (МКМ)

0,25

б

Рис.13. Зависимости дифференциальных параметров наноструктурного автоэлектронного микротршда (состоящего из плотной упаковки автоэмжхионных ячеек 1-го типа) с активной областью в 1 мкм 2 от между электродного расстояния катод-сетка: а-крутизны анодно-сеточной характерютики Б; б - выходного дифференциального сопротивления Я* и выходного сопротивления постоянному току Я,,; в - статического коэффициента усиления ц и проницаемости О

Как можно видеть из данных, приведенных на рис. 12 и 13, рассматриваемые АЭМТ с активной областью в 1 мкм2 обладают очень высокими значениями: коэффициента усиления ц, дифференциального сопротивления к; и сопротивления постоянному току Ко, которые в исследованном диапазоне междуэлектродных расстояний АЭТ могут иметь следующие значения: ц = 103- 105; ^ = (1,2-?- 9)10" Ом; = (3 + 8) Ю'Ом, сохраняя приемлемые значения крутизны Б = (6 ■+■ 58) нА/В. В диссертации приведены результаты исследования вольт-амперных характеристик и дифференциальных параметров триодных структур, состоящих из АЭЯ второго типа, а также катодно-сеточных элементов. При этом было показано, что для эффективной работы наноструктурных АЭМТ не требуется высокой степени вакуума. Это, в свою очередь, снимает весьма серьезные технологические проблемы, а, следовательно, и затраты, связанные с вакуумированием и поддержанием необходимой степени вакуума в автоэлектронных микроприборах.

Быстродействие, или частотный диапазон тонкоплёночных наноструктурных автоэлектронных микротриодов, ограничивается временем пролета электронов от катода к аноду и значениями междуэлектродных

емкостей. В работе рассмотрено влияние обоих указанных ограничений. Проведенные исследования показали, что для рассматриваемых наноструктурных автоэлектронных микротриодов основным фактором, ограничивающим их верхнюю границу диапазона рабочих частот, является время пролета электронами междуэлектродного промежутка катод-анод.

0,8

0,6

о

В 0,4 0,2

0,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

ис(В)

Рис.14. Время пролета электронами т междуэлектродных расстояний наноструктурного АЭМТ как функция потенциала сетки ис: 1 — катод-сетка; 2 - сетка-анод при потенциале анода и» = 10 В; 3 - сетка-анод при потенциале анода иа ~ 4 В; 4 - катод-анод при потенциале анода и»= 10 В; 5 - катод-аиод при потенциале анода иа= 4 В

Расчетные зависимости величин т т х от потенциала сетки ис при различных значениях анодного потенциала (и, = 4 В и 10 В) представлены на рис.14. Расчеты проводились для триодной структуры, состоящей из плотной упаковки автоэмиссионных ячеек 1-го типа со следующими значениями междуэлектродных расстояний 100 нм, ¿^¡г 250 нм. Из рис. 14 видно, что разрабатываемые АЭМТ в принципе могут обеспечивать переключение сигнала за десятые доли пикосекунды.

Предельные минимальные размеры создаваемых наноструктурных АЭМТ в конечном итоге определяются разрешающей способностью применяемой литографии. В работе приведены оценки удельной рассеиваемой мощности Руа = ■ Рт матриц микротриодов с предельной плотностью упаковки Хг для соответствующих топологических размеров с учетом мощности, рассеиваемой одним триодом Рт в оптимальном рабочем режиме. Эти расчеты показали, что достигнутый на сегодняшний день уровень технологии литографии, обеспечивающий возможность создания микроэлектронных приборов с геометрическими размерами в 0,18 мкм, позволяет сформировать на площади подложки (ситалловой, стеклянной или кремниевой) в 1 см2 активную матрицу, содержащую 7,72-108 АЭМТ, и при

л : | 1 - ;...... * ) • ! ; , \ ! ! 1 ! \ > : 1 ! ! N \ ■ ( < _______].......]_______^.....—,

\ V . 11 \ 1ч 5 1 ! иа=10В ! иа«4 В

\ | 4 -Г ! | А —

этом их суммарная рассеиваемая мощность не будет превышать 0,5 Вт. Ясно, что при такой удельной рассеиваемой мощности не потребуется какого-либо дополнительного охлаждения матрицы.

Приведенные оценки основных параметров разрабатываемых тонкопленочных наноструктурных АЭМТ показывают, что наиболее предпочтительными областями их применения являются интегральные схемы малой рассеиваемой мощности (цифровые и аналоговые) сверхвысокой степени интеграции и сверхвысокого быстродействия, а также маломощные СВЧ интегральные схемы и устройства, способные работать в условиях воздействия экстремальных дестабилизирующих факторов температуры и радиации.

Основные научные результаты

1. Впервые разработаны физико-технологические принципы создания наноструктурных автоэмиссионных матриц на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов.

2. Впервые определены критерии выбора вентильных металлов для использования их в качестве исходного материала для автоэмиттеров в тонкопленочных наноструктурных автоэмиссионных матрицах на основе нанопористого анодного оксида алюминия и показано, что в качестве таких материалов могут быть использованы вентильные тугоплавкие металлы следующего ряда: вольфрам, ниобий и титан.

3. Впервые экспериментально исследованы геометрические параметры, элементный состав и эмиссионные характеристики полученного нового класса матриц наноэмитгеров, формируемых из встроенных в основания окисных ячеек пористого АОА наноразмерных столбиковых выступов из анодного оксида титана (типового представителя вентильных тугоплавких металлов, отнесенных к классу эмиттерных материалов), и показано, что им присущ полевой характер эмиссии, описываемый уравнением Фаулера-Нордгейма.

4. Впервые экспериментально получена автоэлектронная эмиссия из матриц наноэмитгеров в составе двухэлектродного наноструктурного прибора, сформированного на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов, при рабочих напряжениях в единицы вольт.

5. Впервые разработана интегральная технология создания тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов и систем межсоединений на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов, а также исследованы и выбраны оптимальные режимы новых базовых технологических операций, используемых при их создании.

6. Впервые экспериментально исследованы основные электрофизические параметры изоляционных компонентов (межкомпонентной изоляции катодного слоя, изоляционных карманов, межкомпонентной изоляции анодного слоя, междуэлектродных диэлектрических слоев катод-сетка и сетка-анод) тонкопленочных автоэлектронных микротриодов, а также

систем их межсоединений и показано, что они обладают высокой электрической добротностью и полностью удовлетворяют всем современным требованиям вакуумной микро- и наноэлектроники к аналогичным параметрам.

7. Проведена экспериментальная оценка влияния ионизирующего гамма-излучения на электрофизические характеристики изоляционных компонентов АЭМП, которая показала, что при достижении дозой излучения значений 107 рад электрофизические параметры изменяются в пределах 3 — 5 % от своих начальных значений.

8. Разработаны физические основы принципов моделирования и расчета характеристик тонкопленочных нэноструктурных автоэлектронных микроприборов.

9. Впервые осуществлено моделирование и расчет характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов, проведена экспериментальная проверка адекватности этих расчетов, а также дана оценка их быстродействия и достигаемой степени интеграции.

В результате исследований, проведенных в диссертации, разработаны физико-технологические принципы создания принципиально нового класса микроприборов - тонкопленочных наноструктурных автоэлектроиных микроприборов.

Основные публикации по теме диссертации

1. Лабунов В.А., Сокол В.А., Татаренко Н.И. Электровакуумный прибор // Авт. свнд. СССР № 713386. МКИН(Ш21Л0от 05.10.1979.

2. Сокол В.А., Татаренко Н.И., Воробьева А.И. Способ создания многоуровневой металлизации // Авт. свид. СССР № 786737. МКИ H01L 23/52; H01L 21/28 от 07.08.1980.

3. Лабунов В.А., Татаренко Н.И., СтешенкоП.П. Расчет толщины конденсата на рельефных поверхностях планетарно вращающихся подложек // Электронная техника: сер. 7 (ТОПО), 1980. Вып. 6 (103). С.43-47.

4. Татаренко Н.И., Андрюшенко Т.Н. Влияние условий анодирования на микроструктуру пористых анодных окисных пленок алюминия // Зашита металлов. 1984. № З.С.499-501.

5. Татаренко Н.И., Панченко Е.Н. Способ создания многоуровневой коммутации// Авт. свид. СССР № 1208974. МКИ HOIL 21/28 от 01.10.1985.

6. Сурганов В.Ф., Аржанков С.И., Татаренко 11.И., Горох Г.Г., Ласточкина В.А. Методика подготовки анодных оксидных пленок алюминия для спектроскопических н структурных исследований //Заводская лаборатория. 1986. Т.52, №8. С.52-53.

7. Татаренко Н.И., Семенов А.И. Способ изготовления интегральной микросхемы // Авт. свид. СССР№ 1635820. МКИ H01L 21/28 от 15.11.1990.

8. Татаренко Н.И. Способ изготовления тонкогшеночного вакуумного микроприбора // Патент СССР №1729243. МКИ Н 01 J 21/10от 22.12.1991.

9. Tatarenko N.I. Development of an integrated technique for fabricating thin-film fieldemission microelectronic devices // 3-я Международная научно-техническая конференция «Современная технология гибридных интегральных микросхем,

включая элементы сверхпроводниковой электроники». - Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Нарочь, 1994. -Материалы конференции,С. 159-160i

10. Коротюш В.В., Сурганов В.Ф., Татаренко Н И. Исследование электрофизических свойств комбинированных диэлектрических пленок на основе пористого анодного оксида алюминия // 3-я Международная научно-техническая конференция «Современная технология гибридных интегральных микросхем, включая элементы сверхпроводниковой электроники». - Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Нарочь, 1994. - Материалы конференции,С. 178180.

11. Гвоздев В.И., Петров А.С., Татареню Н.И. Информационная микроволновая электроника // Микроэлектроника 1997. Т. 26, №4. С. 243-265.

12. Татаренко Н.И., Петров А.С. Вакуумная микроэлектроника: реальность и перспективы //Успехи современной радиоэлектроники. 1998.№7.С, 10-31.

13. Сурганов В.Ф., Мозалев A.M., Татаренко Н.И., Ласточкина В.А. Исследование состава периодических наноразмерных столбиковых структур анодного оксида титана методом ИК спектрометрии // Журнал прикладной спектроскопии. 1998. Т. 65, № 2. С. 200-204.

14. Solntsev V.A., Rodionov A.N., Tatarenko N. I. Calculation of Electric Field of Experimentally Obtained Nanoscale Field Emission Structures // 1 Iй International Vacuum Microelectronics Conference. - The Grove Park Inn, Asheville, NC, USA, 1998. - P. 26-27.

15. Tatarenko N.I., Mozalev A.M. Study and Application of Titanium Oxide Arrays of FieldEmission Nanostructures Formed by Anodizing Technique // 2nd International Symposium on Electrochemical Microsystem Technologies.-Tokyo, Japan, 1998, C-49. - P. 150.

16. Tatarenko N. I., Blyablin A. A., Suetin N. V. Field Emission Nanostructures Formed by Self-Organization in Anodic Porous Alumina// 12th International Vacuum Microelectronics Conference. - Darmstadt, Germany, 1999. -P. 136-137.

17. Tatarenko N. I., Solntsev V. A., Rodionov A. N. Novel Nanoscale Field Emission Structures: Fabrication Technology, Experimental, and Calculated Characteristics // Journal of Vacuum Science &Techno!ogyB, 1999. V. 17(2). P. 647-654.

18. -Tatarenko N. I., Mozalev A. M. Geometric Parameters of a Nanoscale Field Emission Array Formed by Self-Organization in Anodic Porous Alumina // I3'h International Vacuum Microelectronics Conference. - Guangzhou, China, 2000. - P. 71-72.

19. Blyablin A.A.,Suetin N. V., Suyatin D.B., Soldatov E.S., Tatarenko N.I. STM and ATM Study of a Nanoscale Field Emission Array Formed by Self-Organization in Porous Anodic Aluminium Oxide // 2nd European Field Emission Workshop. - Segovia, Spain, 2000. -P. 176-177.

20. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Modeling and calculation of nanostructural field emission diode characteristics // И*1 International Vacuum Microelectronics Conference. - Davis, California, USA, 2001. - P. 81 -82

21. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Modeling and calculation of nanostructural field emission triode characteristics // 14111 International Vacuum Microelectronics Conference. - Davis, California, USA, 2001. - P. 85-86.

22. Tatarenko N.I., Mozalev A.M. Geometry and Element Composition of a Nanoscale Field Emission Array Formed by Self-Organization in Porous Anodic Aluminum Oxide // SolidState Electronics, 2001. Vol. 45. P. 1009 -1016.

23. Борисов Ю.А., Татаренко Н.И. Экспериментальные исследования изменения электрофизических характеристик структур металл-порисгый диэлектрик-металл автоэлекгронных вакуумных интегральных схем при воздействии ионизирующего

гамма-излучения // Вопросы атомной науки и техники: Физика радиационного воздействия на радиоэлгктронную аппаратуру. 2001. Вып. 3. С. 139-140.

24. Борисов Ю. А., Скоробогатов П.К., Татаренко Н И.Перспективы использования вакуумных микроэлекгроиных приборов в радиационностойкой аппаратуре // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость», 2001. Вып. 4. С. 155-156.

25. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. A Study of a Nanostructural Field Emission Triode // 15й1 International Vacuum Microelectronics Conference. - Lyon, France, 2002. - Pm 02.

26. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Modeling and fabrication of micro-cavity gated nanostructural emitter arrays // Fourth IEEE International Vacuum Electron Sources Conference. — Saratov, Russia, 2002. — P. 179-181.

27. Tatarenko N.I,Vorobyev A.Y. Nanostructural Field Emission Triodes as Active Components for a New Generation of Microsystems // 2"d VDE World Microtechnologies Congress MICRO.tec. - Munich, Germany, 2003. - P. 267 -272.

28. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. The Interconnection System for Fabricating Digital Logic Elements Based on Nanostructural Field Emission Triodes // 2nd VDE World Microtechnolo gies Congress MICRO.tec. - Munich, Germany, 2003. - P. 485-490.

29. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Simulation of Characteristics of Nanostructural Field Emission Triodes Formed on the Basis of Porous Anodic Alumina // 4й International Conference Porous Semiconductors-Science and Technology. - Cullera-Valencia, Spain, 2004. -P.328-329.

30. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Design and Theoretical Study of Nanostructural Field Emission Microdevices Formed on the Basis of Porous Anodic Alumina // 4th International Conference Porous Semiconductors-Science and Technology. - Cull era-Valencia, Spain, 2004.-P. 330-331.

31. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. The Interconnection System of 1С on The Basis of Valve Metals and Their Anodic Oxides // 4lh International Conference Porous Semiconductors-Science and Technology. - Cullera-Valencia, Spain, 2004,- P. 332-333.

32. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Nanostructunal Field Emission Triodes for High Operation Speed Microsystems // The 8th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics. - Orlando, Florida, USA, Vol. VII, 2004. - P. 317-321.

33. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Physical Considerations of Operating and Characteristics Modeling of Nanostructural Field Emission Devices // 17th International Vacuum Nanoelectronics Conference. - Cambridge, Massachusetts, USA, 2004. - P. 61-62.

34. Татаренко Н.И., Воробьев А.Ю. Физические основы моделирования характеристик наноструктурных автоэлектронных микроприборов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т.10, № 8. С. 59-68.

35. Татаренко Н.И., Воробьев А.Ю. Вольт-амперные характеристики и дифференциальные параметры наноструктурных автоэлектроиных микроприборов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т. 10, № 9. С. 68-74.

36. Татаренко Н.И. . Степень интеграции и быстродействие наноструктурных автоэлектронных микрсприодов // Успехи современной радиоэлектроники. 2005. № 9. С. 3-10. .--.-■•:- • . ■ о-. . ..' '

37. Татаренко Н.И., Кравченко В.Ф.'Автоэмиссионные наноструктуры и приборы на их основе. —М.: ФизматлиТ, 2006. (Монография).

ЛР № 020418 от 08 октября 1997 г.

Подписа^^с печати 09.02.2006 г. Формат 60x84.1/16. Объем 2,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 23

Московская государственная академия приборостроения и информатики

107996, Москва, ул Стромынка, 20

Введение.

Глава 1. Анализ современного состояния и тенденций развития вакуумных автоэлектронных микроприборов.

1.1. Существующие конструктивно-технологические принципы создания автоэмиссионных катодов.

1.2. Вакуумные автоэлектронные микроприборы.

1.3. Автоэмиссионные наноструктуры.

1.3.1. Автоэмиссионные матрицы из нанопроводов.

1.3.2. Углеродно-нанотрубчатые автоэмиссионные матрицы.

Цели и задачи исследования.

Глава 2. Физико-технологические принципы создания наноструктурных автоэмиссионных матриц на основе тонких пленок вентильных металлов.

2.1. Физико-химические основы создания автоэмиссионных матриц.

2.2. Микрогеометрия и стехиометрия оксидно-титановых матриц наноэмиттеров.

2.2.1. Методика проведения эксперимента.

2.2.2. Результаты электронной микроскопии.

2.2.3. Результаты оже-электронной спектроскопии.

2.3. Вольт-амперные характеристики наноструктурных автоэмиссионных матриц.

Глава 3. Интегральная технология создания тонкоплёночных наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

3.1. Технология изготовления автоэлектронных микротриодов.

3.2. Базовые процессы анодного окисления тонкоплёночных структур вентильных металлов.

3.2.1. Выбор оптимального режима процесса плотного анодирования алюминия.

3.2.2. Процессы локального сквозного анодного окисления тонкоплёночных структур вентильных металлов.

3.3. Электрофизические характеристики изоляционных компонентов автоэлектронных микроприборов.

3.3.1. Оборудование и методика проведения испытаний.

3.3.2. Методика изготовления тестовых структур и результаты испытаний.

3.4. Система межсоединений для наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

3.4.1. Технология изготовления.

3.4.2. Электрофизические характеристики.

3.4.3. Устойчивость к электромиграции.

Глава 4. Физические основы моделирования и расчёта характеристик наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Математическое описание основных физических процессов.

4.3. Обсуждение полученных уравнений.

4.4. Алгоритм анализа и расчета характеристик автоэмиссионных структур и микроприборов.

Глава 5. Характеристики тонкоплёночных наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

5.1. Диодные структуры.

5.2. Катодно-сеточные элементы.

5.3. Триодные структуры.

5.3.1. Вольт-амперные характеристики.

5.3.2. Дифференциальные параметры.

5.3.3. Требования к вакууму.

5.3.4. Быстродействие.

5.3.5. Степень интеграции.

Актуальность темы. Одним из важных направлений современной электроники является вакуумная микро- и наноэлектроника. Главным преимуществом вакуумных автоэлектронных микроприборов (АЭМП) перед полупроводниковыми приборами является их высокая стойкость к воздействию температуры и радиации. Эта устойчивость обусловлена самой природой автоэлектронной эмиссии, лежащей в основе работы данных приборов. Кроме этого, для АЭМП ожидается сверхвысокое быстродействие, поскольку баллистический перенос электронов от катода к аноду обеспечивается за очень короткое время пролёта - менее одной пикосекунды. Общей тенденцией развития вакуумной микроэлектроники, ставшей особенно заметной в последние годы, является постоянная разработка новейших конструкций и технологий изготовления все более низковольтных и миниатюрных автоэлектронных приборов. В традиционно изготавливаемых вакуумных автоэлектронных микроприборах, независимо от того, состоят ли их катоды из металлических или кремниевых острий, это обеспечивается за счет дальнейшего уменьшения радиусов эмиттирующих острий и диаметров отверстий в управляющем электроде. Оба эти фактора способствуют снижению значений минимально необходимого напряжения на управляющем электроде для обеспечения автоэлектронной эмиссии. Анализ современного состояния вакуумных автоэлектронных микроприборов показал, что физико-технологические принципы их создания, использующие методы субмикронной литографии для изготовления конструктивно входящих в них автоэмиссионных матриц, достигли своего физического предела. Достигнутый минимальный уровень рабочих напряжений для этих приборов составляет ~ 40 — 50 В. Одним из наиболее перспективных путей создания автоэлектронных микроприборов с точки зрения повышения их надежности, снижения рабочих напряжений вплоть до значений, сравнимых с полупроводниковыми приборами, а также снижения их себестоимости является разработка нелитографических технологий формирования автоэмиссионных конструкций, базирующихся на физических процессах самоорганизации структур на наноуровне. В качестве физического процесса, который естественным образом за счет самоорганизации структуры создает диэлектрический слой с регулярной матрицей цилиндрических нао ноканалов, плотность упаковки которых может варьироваться от 10 до

12 2

10 см" , является процесс пористого анодирования алюминия.

Известные к настоящему времени работы по разработке методов создания матриц наноэмиттеров на основе нанопористого анодного оксида алюминия (АОА) носят экспериментальный характер и продемонстрировали лишь возможность получения из них автоэмиссионных токов при пороговых напряжениях от 20 до 80 В. Полученные электрические и эмиссионные характеристики этих матриц показали, что существующие методы пока еще не позволяют создавать в едином технологическом цикле наноструктурную эмиттерную матрицу, жестко связанную с экстрактором с требуемой междуэлектродной изоляцией и воспроизводимой микрогеометрией. Достигнутые к настоящему времени результаты указывают на отсутствие концепции создания в едином технологическом цикле на основе нанопористого анодного оксида алюминия надежных и с воспроизводимыми геометрическими, электрическими и эмиссионными характеристиками наноструктурных автоэмиссионных матриц (АЭМ), катодно-сеточных и триодных микроструктур, что не позволяет приблизиться к прогнозируемому для наноструктурных автоэлектронных микроприборов уровню рабочих напряжений в единицы Вольт.

Таким образом, в теоретическом, экспериментальном и практическом аспекте важным и актуальным является проведение работы, направленной на решение вышеуказанных проблем.

Целью работы является разработка физико-технологических принципов создания тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов на основе нанопористого анодного оксида алюминия. Достижение этой цели требовало решения следующих задач:

1.Разработка принципиально новых физико-технологических принципов создания на основе тонкопленочных структур вентильных металлов автоэмиссионных матриц с воспроизводимыми геометрическими, электрофизическими и вольт-амперными характеристиками.

2.Исследование геометрических параметров, элементного состава и эмиссионных свойств создаваемого нового класса матриц наноэмиттеров.

3.Разработка физико-технологических принципов создания на основе нано-пористого анодного оксида алюминия принципиально нового класса микроприборов - тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов.

4.Разработка технологии изготовления системы межсоединений тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов для обеспечения возможности создания на их основе в едином технологическом цикле цифровых логических элементов и микросистем.

5.Теоретический анализ физики процессов, происходящих в наноструктурных автоэлектронных микроприборах и разработка физических принципов моделирования и расчета их характеристик.

6.Моделирование и расчет характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов, включая диодные, катодно-сеточные и триодные структуры.

Методы исследования. В процессе изучения проблем, сформулированных в диссертационной работе, и решении поставленных задач использовались современные методы экспериментальной физики для исследования микро- и наноструктур, а именно: сканирующая электронная и атомно-силовая микроскопия, оже-электронная и инфракрасная спектроскопия, современные измерительные приборы и аппаратура. В работе также были использованы методы математического моделирования, математической физики, граничных элементов и вычислительных экспериментов.

Связь работы с научными программами. Тематика данной работы включена в «Межведомственный перечень приоритетных направлений развития науки и техники, критических технологий, реализуемых в ракетнокосмической промышленности в интересах создания перспективных космических средств различного целевого назначения на 2001-2005 годы» в части п. 1.5.4 «Технологии создания тонкопленочных приборов вакуумной элек

19 троники терагерцового диапазона (10 Гц) на основе наноструктурных автоэлектронных матриц». В рамках этой программы был выполнен ряд НИР, научным руководителем и основным исполнителем которых являлся автор, в частности:- НИР ГАЛС «Исследование и разработка конструкционно-технологических решений создания тонкопленочных вакуумных интегральных схем для радиопередающих средств бортовых комплексов перспективных К А с длительным сроком активного существования 10. 15 и более лет», 2001-2003 г. г.;

- НИР КВАНТ «Разработка и экспериментальная отработка комплекса базовых конструкторско-технологических и схемотехнических решений по созданию температурно- и радиационностойких узлов бортовой аппаратуры на основе устройств вакуумной микроэлектроники для космических аппаратов нового поколения», 2004-2005 г. г. (Гос. per. №-У86378).

Научная новизна результатов диссертации заключается в том, что в работе созданы, последовательно развиты и апробированы принципиально новые физико-технологические основы изготовления тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов. При этом:

1. Впервые предложен нелитографический метод создания наноструктурных автоэмиссионных матриц, использующий принцип самоорганизации системы на наноуровне в процессе многостадийного сквозного пористого анодирования слоя алюминия, расположенного на подслое вентильного тугоплавкого металла, с обоснованием критериев выбора этого металла.

2. Впервые экспериментально исследованы геометрические параметры, элементный состав и эмиссионные характеристики полученного нового класса матриц наноэмиттеров, формируемых из встроенных в основания окисных ячеек пористого АОА наноразмерных столбиковых выступов из анодного оксида титана, и показано, что им присущ полевой характер эмиссии, описываемый уравнением Фаулера-Нордгейма.

3. Впервые разработаны физико-технологические принципы создания на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов нового класса микроприборов - тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов и систем их межсоединений, а также исследованы электрофизические характеристики их изоляционных и проводниковых компонентов.

4. Впервые разработаны физические принципы моделирования и расчета характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

5.Впервые осуществлен расчет характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов (диодов, катодно-сеточных элементов, триодов), создаваемых на основе нанопористого анодного оксида алюминия с установлением взаимосвязи с их микро- и наногеометрией.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается:

- результатами экспериментальных исследований с применением современных методов экспериментальной физики и оборудования для изучения микро- и наноструктур;

- корректностью математической постановки и решения рассматриваемых задач с учетом использования для математического описания физических процессов, происходящих в наноструктурных автоэлектронных микроприборах, исходных фундаментальных уравнений Фаулера-Нордгейма, Максвелла и системы уравнений гидродинамики;

- экспериментальным подтверждением определяющих расчетных характеристик, полученных в результате разработанной процедуры моделирования и расчета параметров наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что они составляют научную основу и дают практические рекомендации по созданию принципиально нового класса приборов - тонкопленочных наност-руктурных автоэлектронных микроприборов. В частности:

1. Разработанный метод создания наноструктурных автоэмиссионных матриц позволил без использования процессов субмикронной литографии создать автоэмиссионные структуры с плотностью упаковки 3,74-1010 см "2 и диаметром наноканала в вентиле порядка 20 нм. Для таких автоэмиссионных структур напряжение включения составляло порядка 2,7 В, (что весьма близко к рабочим напряжениям полупроводниковых приборов), а соответствующая этому напряжению плотность эмиссионного тока составляла порядка 0,5 мА/мм . Таким образом, была впервые продемонстрирована возможность получения автоэлектронной эмиссии при рабочих напряжения в единицы вольт.

2. Разработанные физико-технологические принципы позволяют на основе формируемых матриц наноэмиттеров, встроенных в нанопористый анодный оксид алюминия, создавать в едином технологическом цикле надежные, с воспроизводимыми геометрическими, электрическими и эмиссионными характеристиками наноструктурные автоэлектронные микроприборы (диоды, катодно-сеточные элементы, триоды) с рабочими напряжениями на уровне единиц вольт. Для таких микроприборов рабочее напряжение на аноде составляет 4+5 В, что значительно меньше, чем значение первого ионизационного потенциала Un для молекул, присутствующих в атмосфере остаточного газа микроприбора, в результате этого ионная бомбардировка и катодное распыление эмиттерных нановыступов становятся в принципе невозможными, что тем самым устраняет одну из главных причин нестабильности автоэлектронной эмиссии и устраняет необходимость обеспечения и поддержания в них высокого вакуума.

3. Разработанные физические основы моделирования характеристик наноструктурных автоэлектронных микроприборов позволяют еще на этапе проектирования прогнозировать влияние их конструкционно-геометрических параметров на ожидаемые характеристики.

4. Разработанные физико-технологические принципы создания тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов и систем их межсоединений являются первоосновой для создания нового поколения цифровых и аналоговых микросистем сверхвысокой степени интеграции и быстродействия, совместимых по напряжению питания с полупроводниковыми интегральными схемами и отличающихся повышенной надёжностью, радиационной и тепловой стойкостью. Это обеспечит качественно новый уровень тактико-технических характеристик создаваемой микроэлектронной аппаратуры.

Положения, выносимые на защиту.

1.Физико-технологические принципы создания наноструктурных автоэмиссионных матриц на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов.

2. Результаты экспериментального исследования геометрических параметров, элементного состава и вольт-амперных характеристик полученного нового класса оксидно-титановых матриц наноэмиттеров.

3.Физико-технологические принципы создания на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов нового класса микроприборов -тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов и систем их межсоединений.

4.Выбранные оптимальные режимы процессов формирования изоляционных компонентов автоэлектронных микроприборов и систем их межсоединений, а также результаты исследования их электрофизических характеристик.

5.Разработанные основы процедуры моделирования и расчета характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов.

6.Расчетные и экспериментальные характеристики тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов (диодов, катодно-сеточных элементов, триодов) с установленной взаимосвязью с их микро- и наногеомет-рией.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве после защиты кандидатской диссертации, а именно: в работах [44,180,194,228] личный вклад соискателя состоит в формулировке идей, разработке конструкций и технологий изготовления изделий, а также в составлении формул и описаний изобретений; в работах [109,120] соискателем написаны разделы, посвященные конструктивным и технологическим проблемам изготовления автоэлектронных эмиттеров, квантово-размерных структур и приборов на их основе; в работах [156,157,166,167] личный вклад соискателя состоит в разработке физико-технологических принципов создания нового класса матриц наноэмиттеров, их изготовлении, участии в исследовании их геометрических параметров и стехиометрического состава, обсуждении результатов и формулировке выводов; в работах [158,168,169,170] лично соискателем созданы наноструктурные автоэмиссионные матрицы и тестовые приборы на их основе, исследованы их электрофизические и вольт-амперные характеристики, принято участие в изучении структуры электрического поля в автоэмиссионных ячейках и исследовании их эмиссионных свойств, а также в обсуждении полученных результатов и формулировке выводов; в работе [175] соискатель разработал метод решения рассматриваемой задачи, получил аналитические выражения, с помощью которых провёл расчет распределения толщин осаждаемых пленок; в работах [182,185,196] соискателем осуществлена постановка задач, обоснованы методы исследований, принято участие в экспериментальных исследованиях, обсуждении результатов и формулировке выводов; в работах [187,188] соискателем разработаны и изготовлены тестовые структуры для оценки электрофизических характеристик изоляционных компонентов автоэлектронных микроприборов, принято участие в исследовании влияния ионизирующего гамма-излучения на их электрофизические параметры, обсуждении полученных результатов и формулировке выводов; в работах [197,198] соискателем разработана конструкция и технология изготовления систем межсоединений для наноструктурных автоэлектронных микроприборов, а также исследованы их основные электрофизические параметры; в работах [206,207,209,210,213,214,215,216,217,219,225] личный вклад соискателя состоит в постановке задач, разработке методов и подходов для решения рассмотренных задач, участии в аналитических и экспериментальных исследованиях, анализе и обсуждении полученных результатов, формулировке выводов; монография [229] написана лично соискателем при общей редакции научного консультанта - заслуженного деятеля науки РФ, д.ф.-м.н., профессора В.Ф. Кравченко.

Апробация работы. Основные положения и результаты проведенных исследований были представлены и обсуждены на следующих научных конференциях:

1. 3-я Международная научно-техническая конференция «Современная технология гибридных интегральных микросхем, включая элементы сверхпроводниковой электроники» (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Нарочь, сентябрь 1994).

2. International Conference "Nanomeeting-95" (Minsk, Belarus, 1995, May 15-19).

3.11th International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC'98), (The Grove

Park Inn, Asheville, NC USA, 1998, July 19-24). 4.2nd International Symposium on Electrochemical Microsystem Technologies, Tokyo, Japan, 1998, September 24-28.

5. 12th International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC'99), (Darmstadt, Germany, 1999, July 6-9).

6. 13th International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC 2000), (Guangzhou, China, 2000, August 14-17).

7. 2nd European Field Emission Workshop (Segovia, Spain, 2000, September 25-29).

8. 14th International Vacuum Microelectronics Conference (IVMC 2001), (University of California, Davis, California, USA, 2001, August 12-16).

9. 15th International Vacuum Microelectronics Conference & 48th International Field Emission Symposium (IVMC 2002), (Lyon, France, 2002, July 7-11).

10. Fourth IEEE International Vacuum Electron Sources Conference (IVESC'02), (Saratov, Russia, 2002, July 15-19).

11. 2nd VDE World Microtechnologies Congress (MICRO.tec 2003), (Munich, Germany, 2003, October 13-15).

12. The 4-th International Conference "Porous Semiconductors - Science and Technology", (Cullera-Valencia, Spain, 2004, March 14-19).

13. 17th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC 2004), (Cambridge, Massachusetts USA, 2004, July 11-16).

14. The 8th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics (SCI 2004), (Orlando, Florida, USA, 2004, July 18-21).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 37 научных работах (в том числе одной монографии и пяти изобретениях), которые перечислены в списке литературы.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и содержит 232 страницы текста, в том числе 64 рисунка, 10 таблиц, список литературы насчитывает 229 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем.

Впервые разработаны физико-технологические принципы создания наноструктурных автоэмиссионных матриц на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов.

Впервые определены критерии выбора вентильных металлов для использования их в качестве исходного материала для автоэмиттеров в тонкопленочных наноструктурных автоэмиссионных матрицах на основе нанопори-стого анодного оксида алюминия и показано, что в качестве таких материалов могут быть использованы вентильные тугоплавкие металлы следующего ряда: вольфрам, ниобий и титан.

Впервые экспериментально исследованы геометрические параметры, элементный состав и эмиссионные характеристики полученного нового класса матриц наноэмиттеров, формируемых из встроенных в основания окисных ячеек пористого АОА наноразмерных столбиковых выступов из анодного оксида титана (типового представителя вентильных тугоплавких металлов, отнесенных к классу эмиттерных материалов), и показано, что им присущ полевой характер эмиссии, описываемый уравнением Фаулера-Нордгейма.

Впервые экспериментально продемонстрирована возможность получения посредством разработанного метода без использования процессов субмикронной литографии наноструктурных автоэмиссионных матриц с плотностью упаковки наноэмиттеров 3,74-1010 см"2 и диаметром наноканала в вентиле порядка 20 нм, установлена взаимосвязь геометрических параметров наноструктурных автоэмиссионных матриц с технологическими режимами их формирования.

Впервые экспериментально получена автоэлектронная эмиссия из матриц наноэмиттеров в составе двухэлектродного наноструктурного прибора, сформированного на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов, при рабочих напряжениях в единицы вольт.

Впервые разработана интегральная технология изготовления тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микротриодов и систем межсоединений на основе тонких пленок вентильных металлов и их анодных оксидов, а также исследованы и выбраны оптимальные режимы новых базовых технологических операций, используемых при их создании.

Экспериментально исследованы основные электрофизические параметры изоляционных компонентов (межкомпонентной изоляции катодного слоя, изоляционных карманов, межкомпонентной изоляции анодного слоя, междуэлектродных диэлектрических слоев катод-сетка и сетка-анод) тонкопленочных автоэлектронных микротриодов, а также систем их межсоединений и показано, что они обладают высокой электрической добротностью и полностью удовлетворяют всем современным требованиям вакуумной микро- и наноэлектроники к аналогичным параметрам.

Проведена экспериментальная оценка влияния ионизирующего гамма-излучения на электрофизические характеристики изоляционных компонентов создаваемых тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов, которая показала, что при достижении дозой излучения значений 10 рад электрофизические параметры изменяются в пределах 3 - 5 % от своих начальных значений.

Впервые проведен теоретический анализ физических процессов, происходящих в тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборах, на основании которых разработаны физические основы моделирования и расчета их характеристик.

Впервые проведены теоретические и экспериментальные исследования по определению оптимальной конструкции и наногеометрии тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов, показано, что для их эффективной работы не требуется высокой степени вакуума.

Впервые осуществлено моделирование и расчет характеристик тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов, проведена экспериментальная проверка адекватности этих расчетов, а также дана оценка их быстродействия и достигаемой степени интеграции.

Впервые разработаны физико-технологические принципы создания нового класса микроприборов - тонкопленочных наноструктурных автоэлектронных микроприборов, на основе которых становится возможным создание нового поколения цифровых и аналоговых микросистем сверхвысокой степени интеграции и быстродействия, с рабочими напряжениями сопоставимыми с полупроводниковыми интегральными схемами и отличающихся повышенной надёжностью, радиационной и тепловой стойкостью.

1. Brodie 1. Keynote address to the First International Vacuum Microelectronics Conference, June 1988: Pathways to vacuum microelectronics // IEEE Transactions on Electron Devices. 1989.

2. V. 36, № 11. P. 2637-2640.

3. Skidmore K. The comeback of the vacuum tube: Will semiconductor versions supplement transistors? // Semiconductor International. 1988. V. 11, № 9. P. 15-17.

4. Cole B.O. Everything old is new again // Electronics. 1989. V. 62, № 12. P. 74-77.

5. Grandke T. Vakuum-Mikroelectronik: Nostalgie oder Technologie der Zukunft? // Physics Bl. 1989. V. 45, №10. P. 410-411.

6. Yokoo K.l. Vacuum microelectronics // Journal Vacuum Society Japan. 1989. V. 32, № 2. P. 6367.

7. Cade N.A., Lee R.A. Vacuum microelectronics // GEC Journal of Research. 1990. V. 7, № 3. P.129-138.

8. Itoh I. Fabrication of micron-size vacuum triodes with Si field emitters // Densi gidzutsu sogo kenkudze iho. 1989. V. 53, № 10. P. 1171-1182.

9. Liao F. Vacuum microelectronics // Acta Electronica Sinica. 1991. V. 19, № 3. P. 89-96.

10. Lee R.A. Return of the vacuum valve // Electron and Wireless World. 1989. V. 1639. P. 443-447.

11. Gray H.F. Vacuum microelectronics 1996: Where we are and where we are going // 9th International Vacuum Microelectronics Conference. — St. Petersburg. 1996. — P. 1-3.

12. Brodie I. Vacuum microelectronics — the next ten years // 10th International Vacuum Microelectronics Conference. — Kyongju, Korea. 1997. — P. 1-6.

13. Shoulders K.R. Microelectronics using electron beam activated machining techniques // Advances in Computers. 1961. V. 2. P. 135-239.

14. Шоулдерс K.P. Комплексные системы на микроминиатюрных электровакуумных приборах // Микроэлектроника и большие системы / Под ред. В.Г. Толстова — М.: Мир. 1967. —1. С.119-144.

15. Spindt С.А. A thin-film field-emission cathode // Journal of Applied Physics. 1968. V. 39, № 7. P.3504-3505.

16. Spindt C.A., Brodie I., Humphrey L., Westerberg E.R. Physical Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes // Journal of Applied Physics. 1976. V. 47, № 12. P. 5248-5263.

17. Spindt C.A. Field emission cathode array development for high-current-density applications // Applications of Surface Science. 1983. V. 16. P. 268-276.

18. Forman R. Evaluation of the emission capabilities of Spindt-type field emitting cathodes // Applications of Surface Science. 1983. V. 16. P. 277-291.

19. Cochran J.K., Chapman A.T., Feeney R.K., Hill D.N. Review of field emitter array cathodes // International Electron Devices Meeting. — Washington D.C., 1980. — P. 462-466.

20. Stewart D., Wilson P. Recent developments in broad area field emission cold cathodes // Vacuum. 1980. V. 30, № 11/12. P. 527-532.

21. Dohler G., Rengan A., Scafuri F. Integrated grid technology // International Electron Devices Meeting. — Washington D.C., 1980. — P. 475-478.

22. Noer R.J. Electron field emission from broad-area electrodes // Applied Physics. A. 1982. V. 28. P. 1-24.

23. Yamabe M., Furukawa Y., Inagaki T. Electron emission from <100> ЬаВб cathodes with large cone angles and flat tips // Journal of Vacuum Science and Technology A. 1984. V. 2(3).1. P.1361-1364.

24. Mitchell R.E., Mitchell J.B.A., McGowan J.W. Studies of a thin-film field-emission cathode for use in merged electron-ion beam experiments // Journal of Physics. E: Scientific Instruments. 1985. V. 18, № 12. P. 1031-1036.

25. Dayton J.A., Kosmahl H.G. Ultra small electron beam amplifiers // International Electron Devices Meeting. — 1986. — P. 780-783.

26. Van Gorkom G.G.P., Hoeberechts A.M.E. An efficient silicon cold cathode for high current densities // Phillips Journal of Research. 1986. V. 41, № 4. P. 343-384.

27. Niedermann P., Sankarraman N., Noer R.J., Fisher D. Field emission from broad-area niobium cathodes: Effects of high-temperature treatment // Journal of Applied Physics 1986. V. 59(3).1. P. 892-901.

28. Araki H., Hanawa T. Electron emission from electroformed carbon films // Vacuum. 1988. V. 38, №1. P. 31-35.

29. Shoulders K.R., Heynick L.N. Needle-type electron source // United States Patent № 3 453 478, U.S. CI. 313-309, Int. CI. H01J 1/02, 17/04,61/06, July 1. 1969.

30. Spindt C.A., Shoulders K.R., Heynick L.N. Field emission cathode structures, devices utilizing such structures, and methods of producing such structures // United States Patent № 3 789 471, Int. CI. H01J 9/02, Feb. 5,1974.

31. Charles D. Cold emission electron discharge device // United States Patent № 3 308 330, U.S. CI. 313-310, Mar. 7,1967.

32. Levine J.D. Field emitting device and method of making same // United States Patent № 3 921 022, Int. CI. H01J 1/02, Nov. 18,1975.

33. Hagood J.W. et al. Method of producing a field effect control device // United States Patent № 3 840 955, Int. CI. HOI J 9/02, Oct. 15, 1974.

34. Nishida J., Ohhara T. High field-emission cathodes and methods for preparing the cathodes // United States Patent № 3 678 325, Int. CI. H01J 1/14, HOI J 19/06; HOIK 1/04, July 18,1972.

35. Cochran J.K. et al. Method of producing low voltage field emission cathode structure // United States Patent № 4 253 221, Int. CI. H01J 9/02, H01J 9/12, Mar. 3, 1981.

36. Greene R.F., Gray H.F. P-N junction controlled field emitter array cathode // United States Patent № 4 513 308, Int. CI. HO 1L 29/06; H01L 29/34; H01L 27/12, Apr. 23,1985.

37. Villalobos H.F. Polycrystalline diamond emitter // United States Patent № 4 164 680, Int. CI. H01J 1/16; H91J 1/14, Aug. 14,1979.

38. Christensen A.O. Field emission device // United States Patent № 4 663 559, Int.CI. H01J 1/16; H01J 19/10, May 5, 1987.

39. Fulmer Research Institute Limited. Field emitters incorporating directionally solidified eutectics containing refractory metal carbides // UK Patent № 1583 030, Int. CI. H01J 1/30,13 Sept, 1976.

40. Kaneko A., Kanno Т., Tomii K., Kitagawa M., Hirao T. Wedge-shaped field emitter arrays for flat display // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2395-2397.

41. Чесноков B.B. Автоэлектронный катод// Авт. свид. СССР № 376826, М. Кл. H01J 1/30 от 05.04.1973.

42. Шредник В.Н., Савченко В.П., Павлов В.Г., Комяк Н.И., Рабинович А.А. Способ изготовления автоэмиссионных приборов // Авт. свид. СССР № 4252396, М. Кл. H01J 1/30, H01J 35/06 от 25.04.1974.

43. Кузнецов В.А. Способ изготовления электродной системы с автоэмиттером // Авт. свид. СССР № 641537. М. Кл. НО 1J 9/02, Н01J 1/30 от 05.01.1979.

44. Лабунов В.А., Сокол В.А., Татаренко Н.И. Электровакуумный прибор // Авт. свид. СССР № 713386. МКИ H01J 21/10 от 05.10.1979.

45. Аксенов М.С., Жуков В.М., Лупехин С.М., Фурсей Г.Н. Способ возбуждения автоэлектронной эмиссии // Авт. свид. СССР № 1054846. М. Кл. H01J 1/30 от 15.11.83.

46. Дранова Ж.И., Михайловский И.М. Способ получения эмиссии с автоэмиссионных катодов // Авт. свид. СССР № 1164806А, М. Кл. H01J 9/02 от 30.06.85.

47. Птицын В.Э., Егоров Н.В., Фурсей Г.Н. Способ получения автоэлектронной эмиссии.-Авт. свид. СССР № 1038980. М. Кл. H01J 9/02, H01J 1/30 от 30.08.1983.

48. Жуков В.М., Паутов Д.М., Полежаев С.А. Способ формирования эмитирующей поверхности автоэлектронного острийного катода // Авт. свид. СССР № 1075326. М. Кл. НО 1J 9/02 от 23.02.1984.

49. Кузнецов В.А., Васичев Б.Н., Рыбаков IO.J1. Автоэлектронный эмиттер с локализованной эмиссией//Авт. свид. СССР№ 1069029А, М. Кл. H01J 1/30 от 23.01.1984.

50. Паутов Д.М., Ткаченко В.А., Федоров В.Н., Горбачевский Е.В. Многоострийный холодный катод//Авт. свид. СССР№ 1019518. М.Кл. H01J 1/30от23.05.1983.

51. Кузнецов В.А., Курочкин А.Н. Автоэлектронный эмиттер // Авт. свид. СССР № 1078492. М.Кл.НОи 1/30 от 07.03.1984.

52. Галанский B.JL, Мотошкин В.В. Способ изготовления холодного катода// Авт. свид. СССР № 700882. М. Кл. H01J 9/02; H01J 1/30 от 30.11.1979.

53. Зайцев С.В. Способ работы точечного автоэлектронного катода // Авт. свид. СССР № 1238614. М. Кл. H01J 1/30 от 28.12.1981.

54. Голов А.А., Фурсей Г.Н., Вентова И.Д., Лебедев А.Д., Валуйский С.А. Автоэлектронный эмиттер типа «гребенка» // Авт. свид. СССР № 342241. М. Кл. H01J 1/30 от 14.06.1972.

55. Чесноков В.В., Гайлес В.М., Домахина A.M., Сименштейн JI.C. Способ изготовления катодно-сеточного узла с автоэлектронным катодом // Авт. свид. СССР № 609144. М. Кл. H01J9/02 от 30.05.1978.

56. Климин А.И., Мостовский А.А., Пустыльник И.А., Саксеев Д.А., Титова Л.П., Энден Н.М. Исследование автофотоэмиссии одноострийных и многоострийных кремниевых катодов // Известия Академии наук СССР: серия физическая. 1976, Т. 40, № 8. С. 1575-1580.

57. Бахтизин Р.З., Ратникова Е.К. Полевая электронная эмиссия из полупроводниковых многоострийных катодов // Известия Академии наук СССР: серия физическая. 1988. Т. 52, №8. С. 1518-1521.

58. Иванов В.Г., Данильчук В.Л. Полевая эмиссия из Si и GaAs лезвийных катодов // Известия Академии наук СССР: серия физическая. 1988. Т. 52, № 8. С. 1522-1525.

59. Яценко А.Ф., Кулишова Г.Г., Старовойтова Л.Н. Особенности низкополевой электронной эмиссии // Известия Академии наук СССР: серия физическая. 1988. Т. 52, № 8. С. 1530— 1533.

60. Овсянников Н.П., Шуппе Г.И. Автоэмиссионная способность катодных нитей, выращенных при разряде в парах W(CO)6 // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28. Вып. 1. С. 197-199.

61. Доника Ф.Г., Миглей Д.Ф., Смыслов В.В. Автоэмиссионные катоды из микропровода в стеклянной изоляции Н Приборы и техника эксперимента. 1987. № 1. С. 205-206.

62. Бондаренко Б.В., Селиверстов В.А., Шаховской А.Г., Шешин Е.П. Автоэлектронная эмиссия стеклоуглеродного волокна // Радиотехника и электроника. 1987. Вып. 2, С. 395400.

63. Ненакаливаемые катоды / Под ред. М.И. Елинсона. — М.: Сов. радио. 1974.

64. Бондаренко Б.Ф., Шешин Е.П., Щука А.А. Приборы и устройства электронной техники на основе автокатодов // Зарубежная электронная техника. 1979. № 2. С. 3-43.

65. Бондаренко Б.Ф., Рыбаков Ю.Л., Шешин Е.П., Щука А.А. Автоэлектронные катоды и приборы на их основе // Обзор по электронной технике: сер. 4.1981. Вып. 4(814). С. 2-58.

66. Fowler R.H., Nordheim L.W. Electron emission in intense electric fields // Proc. Roy. Soc. London A. 1928. V. 119. P. 173-181.

67. Nordheim L.W. The effect of the image force on the emission and reflection of electrons by metals // Proc. Roy. Soc. London A. 1928. V. 121, P. 626-639.

68. Елинсон М.И., Васильев Г.Ф. Автоэлектронная эмиссия — М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1958.

69. Brodie I. Physical consideration in vacuum microelectronic devices // IEEE Transactions on Electron Devices. 1989. V. 36, № 11. P. 2641-2644.

70. Spindt C.A., Holland C.E., Rosengreen A., Brodie I. Field emitter arrays for vacuum microelectronics // IEEE Trans. Electron. Dev. 1991. V. 38, № 10. P. 2355-2363.

71. Holland C.E., Rosengreen A., Spindt C.A. A study of field emission microtriodes // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2368-2372.

72. Hunt C.E., Trujillo J.T., Orvis W.J. Structure and electrical characteristics of silicon field-emission microelectronic devices // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2309-2313.

73. Глазанов Д.В., Баскин Jl.M., Фурсей Г.Н. Кинетика импульсного нагрева острийных автокатодов реальной геометрии эмиссионным током высокой плотности // Журнал технической физики (ЖТФ). 1989. Т. 59, Вып. 5, С. 60-68.

74. Андриянов Ю.В., Баздырев В.Н., Борисов В.А., Жуков В.М. Предельные плотности тока автоэмиссии в поле СВЧ// Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31, Вып. 6, С. 1193-1195.

75. Dyke W.P., Trolan J.K., Dolan W.W., Barnes G. The field emitter: fabrication, electron microscopy, and electric field calculations // Journal of Applied Physics. 1953. V. 24, № 5.1. P.570-576.

76. Forbes R.G. Field emission: New theory for the derivation of emission area from a Fowler-Nordheim plot // Journal of Vacuum Science & Technology B, 1999. V. 17(2). P. 526-532.

77. Селидовкин А.Д. Модель острия автоэмиссионного катода // Радиотехника и электроника. 1983. Т. 28, Вып. 7, С. 1371-1377.

78. Голубенцев А.Ф., Аникин В.М., Денисов В.И. Статистический анализ рельефов, образованных системами моноориентированных нитевидных кристаллов и каталитических глобул // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. № 1. С. 145-147.

79. Anikin V.M., Goloubentsev A.F. Statistical models of fluctuation phenomena in field emission // Solid-State Electronics. 2001. № 45. P. 865-869.

80. Marcus R.B., Chin K.K., Yuan Y., Wang H., Carr W.N. Simulation and design of field emitters // IEEE Transactions on Electron Devices. 1990. V. 37, № 6. P. 1545-1550.

81. Бундза Б.П., Стеценко Б.В. О соотношении между полем у вершины полупроводникового автоэмиттера и напряжением //Журнал технической физики. 1980. Т. 50, Вып. 10, С. 2136— 2140.

82. Gipson G.S. An improved empirical formula for the electric field near the surface of field emitters // Jornal of Applied Physics. 1980. V. 51(7), P. 3884-3889.

83. Tagawa M., Takenobu S., Ohmae N., Umeno M. Electric field distribution of electron emitter surfaces // Applied Physics Letters. 1987. V. 50, № 9. P. 545-546.

84. Парлапански M. Влияние микрогеометрии поверхности на эмиссионные параметры металлических эмиттеров // Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33, Вып. 2. С. 371-379.

85. Бондаренко Б.В., Макуха В.И. Рыбаков Ю.Л., Шаров В.Б., Шешин Е.П. Влияние шероховатости поверхности автокатодов на их эмиссионные характеристики // Радиотехника и электроника. 1987. Т. 32, Вып. 12. С. 2606-2610.

86. Емельянов А.А. К оценке эффективного коэффициента усиления электрического поля на микронеоднородностях поверхности катода вакуумного промежутка // Известия высших учебных заведений: Физика. 1989. Т. 32, № 4. С. 103-105.

87. Невровский В.А., Ярославский В.Н. О зависимости коэффициента Р катодных микровыступов от ширины междуэлектродного промежутка // Журнал технической физики. 1982. Т. 52, Вып. 2, С. 278-282.

88. Djubua B.C., Chubun N.N. Emission properties of Spind-type cold cathodes with different emission cone material // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2314— 2316.

89. Green R., Gray H., Campisi G. Vacuum integrated circuits // International Electron Devices Meeting. — 1985. — P. 172-174.

90. Gray H.F., Campisi G,J., Green R.F. A vacuum field transistor using silicon field emitter arrays // International Electron Devices Meeting. — 1986. — P. 776-778.

91. Gray H.F., Campisi G.J. A silicon field emitter array planar vacuum FET fabricated with microfabrication techniques // Material Research Society Symposia Proceedings. V. 76, Science and Technology of Microfabrication. — 1987. — P. 25-30.

92. Gray H.F., Shaw J.L. High frequency FEAs for RF Power Applications // 10th International Vacuum Microelectronics Conference. — Kyongju, Korea, 1997. — P. 220-225.

93. Harvey R.J., Lee R.A., Miller A.J., Wigmore J.K. Aspects of Field Emission from Silicon Diode Arrays // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2323-2328.

94. McGruer N.E., Warner K., Singhal P., Gu J.J., Chan Ch. Oxidationsharpened gated field emitter array process // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2389-2391.

95. Marcus R.B., Ravi T.S., Gmitter Т., Busta H.H., Niccum J.T., Chin K.K. Atomically sharp silicon and metal field emitters // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10.1. P. 2289-2293.

96. Branston D.W., Stephani D. Field emission from metal-coated silicon tips // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2329-2333.

97. Adler E.A., Bardai Z., Forman R., Goebel D.M., Longo R.T., Sokolich M. Demonstration of low-voltage field emission // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 23042308.

98. Kitano M., Shimawaki H., Mimura H., Yokoo K. Emission characteristic of Si-FEA with junction FET // 10th International Vacuum Microelectronics Conference. — Kyongju, Korea. 1997. —1. P. 38.

99. Kanemaru S., Ozawa K., Hirano Т., Itoh J. MOSFET-structured Si field emitter tip // 10th International Vacuum Microelectronics Conference. — Kyongju, Korea, 1997. — P. 34-37.

100. Underwood R., Kapolnek D., Keller S., Keller В., DenBaars S., Mishura U. GaN FEA diode with integrated anode // 10th International Vacuum Microelectronics Conference. — Kyongju, Korea, 1997. —P. 132-136

101. Orvis W.J., McConaghy C.F., Ciarlo D.R., Yee J.H., Нее E.W. Modeling and fabricating micro-cavity integrated vacuum tubes // IEEE Transactions on Electron Devices. 1989. V. 36, №11.1. P.2651-2658.

102. Zimmerman S., Babie W.T. A fabrication method for the integration of vacuum microelectronic devices // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2294-2303.

103. Kanemaru S., Itoh J. Fabrication and characterization of lateral field-emitter triodes // IEEE Transactions on Electron Devices. 1991. V. 38, № 10. P. 2334-2336.

104. Kosmahl H.G. A wide-bandwidth high-gain small-size distributed amplifier with field-emission triodes (FETRODEs) for the 10 to 300 GHz frequency range // IEEE Transactions on Electron Devices. 1989. V. 36, № 11. P. 2728-2737.

105. Gulyaev Y.V., Sinitsyn N.I. Super-miniaturization of low-power vacuum microwave devices. // IEEE Transactions on Electron Devices. 1989. V. 36, № 11. P. 2742-2743.

106. Spindt C.A., Holland C.E., Schwoebel P.R., Brodie I. Field-emitter-array development for microwave applications (part 1) // 9th International vacuum microelectronics conference. — St.-Petersburg, 1996. — P. 638-639.

107. Spindt C.A., Hollad C.E.,Schwoebel P.R., Brodie I. Field-emitter-array development for microwave applications (part 2) // 10th International Vacuum Microelectronics Conference. — Kyongju, Korea, 1997. — P. 200-203.

108. Исаев B.A., Соколов Д.В., Трубецков Д.И. Электронные СВЧ-приборы с электростатическим управлением и модуляцией эмиссии // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, Вып. 11. С. 2241-2258.

109. Татаренко Н.И., Петров А.С. Вакуумная микроэлектроника: реальность и перспективы // Успехи современной радиоэлектроники. 1998. № 7. С. 10-31.

110. Talin А.А., Dean К.А., Jaskie J.E. Field emission displays: a critical review // Solid-State Electronics. 2001. № 45. P. 963-976.

111. Баскин JI.M., Кантонистов A.A., Радченко И.Н., Черных JI.M., Фурсей Г.Н., Широчин JI.A. Пролетные эффекты при автоэлектронной и взрывной эмиссии в быстропеременных электрических полях//Журнал технической физики. 1987. Т. 57, Вып. 7. С. 1365-1371.

112. Huebner Н., Roehm Е. Generating pico-second electron pulses with microwave field emission // Optik. 1988. V. 78, № 4. P. 173-182.

113. Todokoro H., Saitou N., Yamamoto S. Role of ion bombardment in field emission current instability//Japanese Journal of Applied Physics. 1982. V. 21. P. 1513-1516.

114. Васин В.А., Невровский В.А. Исследование характера нестабильности автоэлектронной эмиссии с острийных катодов // Радиотехника и электроника. 1983. Вып. 6. С. 1163-1168.

115. Гарбер Р.И., Дранова Ж.И., Кулько В.Б., Лазарев Б.Г., Лазарева Л.С., Михайловский И.М. Об устойчивости игольчатых автоэмиггеров к ионной бомбардировке // Журнал технической физики. 1976. Т. 46, Вып. 9. С. 1901-1904.

116. Chubun N.N., Chakhovskoi A.G., Hunt С.Е., Hajra M. Fabrication and characterization of singly addressable arrays of polysilicon field-emission cathodes // Solid-State Electronics. 2001. V. 45. P. 1003-1007.

117. Pflag D.G., Schattenburg M., Smith H.I., Akintunde I. 100-nm aperture field emitter arrays for low voltage applications // International Electron Devices Meeting. — 1998. — P. 855-858.

118. Takmura H., Yoshiki M., Furutake N., Tomihari Y., Okamoto A., Miyano S. Si field emitter array with 90 nm-diameter gate holes // International Electron Devices Meeting. — 1998. —1. P.859-862.

119. Driskill-Smith A.A.G., Hasko D.G., Ahmed H. Nanoscale field emission structures for ultra-low voltage operation at atmospheric pressure // Applied Physics Letters. 1997. V. 71, № 21.1. P. 3159-3161.

120. Гвоздев В.И., Петров A.C., Татаренко Н.И. Информационная микроволновая электроника // Микроэлектроника. 1997. Т. 26, № 4. С. 243-265.

121. Keller F., Hunter M.S., Robinson D.L. Structural features of oxide coatings on aluminum // Journal of Electrochemical Society. 1953. V. 100, № 9. P. 411-419.

122. O'Sullivan J.P., Wood G.C. The morphology and mechanism of formation of porous anodic films on aluminium // Proceedings of Royal Society, London A. 1970. V. 317. P. 511-643.

123. Thompson G.E. Porous anodic alumina: fabrication, characterization and applications // Thin Solid Films. 1997. V. 297. P. 192-201.

124. Татаренко Н.И. Способ изготовления тонкопленочного вакуумного микроприбора // Патент СССР № 1729243. МКИ HOI J 21/10 от 22.12.1991.

125. Li A.P., Muller F., Birner A., Nielsh K., Gosele U. Hexagonal pore arrays with a 50-420 nm interpore distance formed by self-organization in anodic alumina // Journal of Applied Physics.1998. V. 84, № 11. P. 6023-6026.

126. Masuda H., Nakao M., Tamamura Т., Asoh H. Fabrication of ordered nanostructure based on anodic porous alumina // The SPIE Conference on Micromachining and Microfabrication Process Technology IV. — SPIE Vol. 3511,1998. — P. 74-81.

127. Li A.P., Muller F., Birner A., Nielsh K., Gosele U. Fabrication and microstructuring of hexagonally ordered two-dimensional nanopore arrays in anodic alumina // Advanced Materials.1999. V. 11, №6. P. 483^187.

128. Crouse D., Lo Y.H., Miller A.E., Crouse M. Self-ordered pore structure of anodized aluminum on silicon and pattern transfer // Applied Physics Letters. 2000. V. 76, № 1. P. 49-51.

129. Ba L., Li W.S. Influence of anodizing conditions on the odered pore formation in anodic alumina // Journal of Physics D: Applied Physics. 2000. V. 33. P. 2527-2531.

130. Asoh H., Nishio K., Nakao M., Tamamura Т., Masuda H. Conditions for fabrication of ideally ordered anodic porous alumina using pretextured A1 // Journal of The Electrochemical Society. 2001. V. 148(4), P. B152-B156.

131. Masuda H., Yotsuya M., Asano M., Nishio K., Nakao M., Yokoo A., Tamamura T. Self-repair of ordered pattern of nanometer dimensions based on self-compensation properties of anodic porous alumina//Applied Physics Letters. 2001. V. 78, № 6. P. 826-828.

132. Liu C.Y., Datta A., Wang Y.L. Ordered anodic alumina nanochannels on focused-ion-beam-prepattened aluminum surfaces //Applied Physics Letters. 2001. V. 78, № 1. P. 120-122.

133. Cai A., Zhang H., Hua H., Zhang Z. Direct formation of self-assembled nanoporous aluminium oxide on Si02 and Si substrates //Nanotechnology. 2002. V. 13. P. 627-630.

134. Xu W.L., Zheng M.J., Wu S., Shen W.Z. Effects of high temperature annealing on structural and optical properties of highly ordered porous alumina membranes // Applied Physics Letters. 2004. V. 85, № 19. P. 4364-4366.

135. Myung N.V., Lim J., Fleurial J.P., Yun M., West W., Choi D. Alumina nanotemplate fabrication on silicon substrate //Nanotechnology. 2004. V. 15. P. 833-838.

136. Govyadinov A.N., Zakhvitcevich S.A. Field emitter arrays based on natural selforganized porous anodic alumina // 10th International Vacuum Microelectronics Conference. — Kyongju, Korea 1997. —P. 735-737.

137. Zakhvitcevich S., Govyadinov A. Nanodimensional field emitter arrays based on porous anodic alumina // Physics, Chemistry and Application of Nanostructures. 1997. P. 297-300.

138. Holland E.R., Harrison M.T., Huang M., Wilshaw P.R. Nonlithographic technique for the production of large area high density gridded field emission sources // Journal of Vacuum Science & Technology B. 1999. Vol. 17(2). P. 580-582.

139. Шешин Е.П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов. // М.: Издательство МФТИ-Физматкнига. 2001.

140. Раков Э.Г. Методы получения углеродных нанотрубок // Успехи химии. 2000. Т. 69, № 1. С. 41-59.

141. Murakami Н., Hirakawa М., Tanaka С., Yamakawa Н. Field emission from well-aligned, patterned, carbon nanotube emitters // Applied Physics Letters. 2000. V. 76, № 13. P. 1776-1778.

142. Hsieh C.T., Chen J.M., Kuo R.R., Huang Y.H. Fabrication of well-aligned carbon nanofiber array and its gaseous-phase adsorption behavior // Applied Physics Letters. 2004. V. 84, № 7.1. P. 1186-1188.

143. Sue J.S., Lee J.S. Highly ordered two-dimensional carbon nanotube arrays // Applied Physics Letters. 1999. V. 75, № 14. P. 2047-2049.

144. Iwasaki Т., Motoi Т., Den T. Multiwalled carbon nanotubes growth in anodic alumina nanoholes //Applied Physics Letters. 1999. V. 75, № 14. P. 2044-2046.

145. Jang W.Y., Kulkarni N.N., Shih C.K., Yao Z. Electrical characterization of individual carbon nanotubes grown in nanoporous anodic alumina templates // Applied Physics Letters. 2004.1. V. 84, №7. P. 1177-1179.

146. Gunter В., Gohl A., Muller G., Engstler J., Schneider J.J. Field emission of carbon nanotubes embedded in a dielectric matrix // 2nd Europen Field Emission Workshop. — Seqovia, Spain, 2000. —P. 211-212.

147. Davydov D.N., Sattari P.A., AlMawlawi D., Osika A., Haslett T.L., Moskovits M. Field emitters based on porous aluminum oxide templates // Journal of Applied Physics. 1999. V. 86, № 7.1. P. 3983-3987.

148. Tsai S.H., Chao C.W., Lee C.L., Liu X.W., Lin I.N., Shih H.C. Formation and field-emission of carbon nanofiber films on metallic nanowire arrays // Electrochemical and Solid-State Letters. 1999. № 2(5). P. 247-250.

149. Юнг Jl. Анодные оксидные пленки / Пер. с английского под ред. Закгейма Л.И. и Одынца Л.Л —Л.: Энергия. 1967.

150. Дель Ока С.Дж., Пулфури Д.Л., Янг Л. Анодные окисные пленки // Физика тонких пленок, Т. 6 / Под общей ред. М.Х. Франкомба, Р.У. Гофмана. — М.: Мир, 1973. — С. 7-96.

151. Dell'Oca C.J., Fleming P.J. Initial stages of oxide growth and pore initiation in the porous anodization of aluminum // Journal of Electrochemical Society: Solid-State Science and Technology. 1976. V. 123, № 10. P. 1487-1493.

152. Hoar T.P., Yaholom J. The initiation of pores in anodic oxide films formed on aluminum in acid solutions//Journal of Electrochemical Society. 1963. V. 110, № 6. P. 614-621.

153. Томашов Н.Д., Тюкина M.H., Заливалов Ф.П. Толстослойное анодирование алюминия и его сплавов. — М. — 1968.

154. Tatarenko N.I., Mozalev A.M. Study and Application of Titanium Oxide Arrays of Field-Emission Nanostructures Formed by Anodizing Technique // 2nd International Symposium on Electrochemical Microsystem Technologies.'—Tokyo, Japan, 1998, C-49. — P. 150.

155. Tatarenko N.I., Mozalev A.M. Geometric Parameters of a Nanoscale Field Emission Array Formed by Self-Organization in Anodic Porous Alumina // 13th International Vacuum Microelectronics Conference. — Guangzhou, China, 2000. — P. 71-72.

156. Tatarenko N.I., Blyablin A.A., Suetin N.V. Field Emission Nanostructures Formed by Self-Organization in Anodic Porous Alumina // 12th International Vacuum Microelectronics Conference. — Darmstadt, Germany, 1999. — P. 136-137.

157. Бондаренко Б.В. Материалы для автоэлектронных катодов // Электронная техника: Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1981. Вып. 6(89). С. 3-9.

158. Бондаренко Б.В., Кузнецов В.А. Исследование, механической прочности пленочных автокатодов из хрома // Журнал технической физики. 1972. Т. 42, Вып. 5. С. 1093-1095.

159. Саутон М. Автоэлектронная эмиссия и автоионизация // Автоионная микроскопия. Под ред. Дж. Рена, С. Ранганатана. — М.: Мир. 1971. — С. 18.

160. Ткаченко В.А., Паутов Д.М., Комяк Н.И., Иванов С.А. Автоэмиттеры из нитридов тугоплавких металлов//Журнал технической физики. 1983. Т. 53, № 10. С. 2081-2087.

161. Кофстад П. Отклонения от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов. — М.: Мир. 1975. — 396 с.

162. Алешина Л.А., Малиненко В.П., Фофанов А.Д., Яковлева Н.М. Структурные превращения на границе металл-аморфный окисел // Анодные окисные пленки. — Петрозаводск: Межвузовский сборник, 1978. — С. 44-58.

163. Фоменко B.C., Подчерняева И.А. Эмиссионные и адсорбционные свойства веществ и материалов. Справочник. — М.: Атомиздат. 1975.

164. Сурганов В.Ф., Мозалев A.M., Татаренко Н.И., Ласточкина В.А. Исследование состава периодических наноразмерных столбиковых структур анодного оксида титана методом ИК спектрометрии // Журнал прикладной спектроскопии. 1998. Т. 65, № 2. С. 200-204.

165. Tatarenko N.I., Mozalev A.M. Geometry and Element Composition of a Nanoscale Field Emission Array Formed by Self-Organization in Porous Anodic Aluminum Oxide // Solid-State Electronics. 2001. Vol. 45. P. 1009-1016.

166. Tatarenko N.I., Solntsev V.A., Rodionov A.N. Novel Nanoscale Field Emission Structures: Fabrication Technology, Experimental, and Calculated Characteristics // Journal of Vacuum Science & Technology B, 1999. V. 17(2). P. 647-654.

167. Solntsev V.A., Rodionov A.N. Investigation of electric field at the cathode with fractal structure of the surface // Solid-State Electronics. 2001. № 45. P. 853-856.

168. Кравченко В.Ф. Лекции по теории атомарных функций и некоторым их приложениям. — М.: Радиотехника, 2003.

169. Андриянов Ю.В., Баздырев В.Н., Дубовой Л.В. Характеристики автоэмиссионных графитовых катодов в СВЧ модуляторе тока // Журнал технической физики. 1983. Т. 53, №6. С. 1217-1220.

170. Edgcombe С.J., Valdre U. The enhancement factor and the characterization of amorphous carbon field emitters // Solid-State Electronics. 2001. № 45. P. 857-863.

171. Лабунов B.A., Татаренко Н.И., Стешенко П.П. Расчет толщины конденсата на рельефных поверхностях планетарно вращающихся подложек // Электронная техника: сер. Технология, организация производства и оборудование. 1980. Вып. 6(103). С. 43-47.

172. Liang J., Chik Н., Yin A., Xu J. Two-dimensional lateral superlattices of nanostructures: nonlithographic formation by anodic membrane template // Journal of Applied Physics. 2002.1. V. 91,№4. P. 2544-2545.

173. Лабунов В.А., Курмашев В.И., Раткевич Л.М. Исследование электрических режимов получения анодных оксидных пленок алюминия // Электронная техника: сер. Материалы. 1977. Вып. 5. С. 94-102.

174. Григоришин HJL, Кухновец В.Н. Электрическая прочность тонких диэлектрических слоев, сформированных в различных электролитах // Материалы Всесоюзного симпозиума по ненакаливаемым катодам. — Томск, 1977. — С. 54-56.

175. Bottom V.E. A new method of aligning frequency of aluminum-coated quartz resonators // United States Patent №4130771. Int. CI. H01L 41/22, December 19,1978.

176. Сокол B.A., Татаренко Н.И., Воробьева А.И. Способ создания многоуровневой металлизации // Авт. свид. СССР № 786737. МКИ НО 1L 23/52; H01L 21/28 от 07.08.1980.

177. Лабунов В.А., Сокол В.А., Татаренко Н.И., Можухов А.А. Электрохимическая ячейка для анодирования металлических пленок на диэлектрических подложках // Авт. свид. СССР669767. МКИ C25D 17/06 от 28.02.1979.

178. Татаренко Н.И., Андрюшенко Т.Н. Влияние условий анодирования на микроструктуру пористых анодных окисных пленок алюминия // Защита металлов. 1984. № 3. С. 499-501.

179. Лабунов В.А., Данилович Н.И., Уксусов А.С., Минайчев В.Е. Современные магнетронные распылительные устройства// Зарубежная электронная техника. 1982. № 10. С. 3-62.

180. Podell J.F, Whelton R.M. Use of anodized aluminum as electrical insulation and scratch protection for semiconductor devices // United States Patent № 3723258. Int. CI. BOlk 2/02; C23b 5/46, 5/48, March 27,1973.

181. Сурганов В.Ф., Аржанков С.И., Татаренко Н.И., Горох Г.Г., Ласточкина В.А. Методика подготовки анодных оксидных пленок алюминия для спектроскопических и структурных исследований // Заводская лаборатория. 1986. Т. 52, № 8. С. 52-53.

182. Аржанков С.И., Сурганов В.Ф., Татаренко Н.И., Ласточкина В.А., Горох Г.Г. Электролит для анодирования алюминия и его сплавов // Авт. свид. СССР № 1272762 от 22.07.1986.

183. Борисов Ю.А., Скоробогатов П.К., Татаренко Н.И. Перспективы использования вакуумных микроэлектронных приборов в радиационностойкой аппаратуре // Научно-технический сборник «Радиационная стойкость». 2001. Вып. 4. С. 155-156.

184. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики-основные свойства и применения в электронике. — М.: Радио и связь, 1989.

185. В.М. Кулаков, Е.А. Ладыгин, В.И. Шаховцов и др. // Действие проникающей радиации на изделия электронной техники / Под ред. Е.А. Ладыгина. — М.: Сов. Радио, 1980.

186. Лабунов В.А.,Точицкий Э.И., Татаренко Н.И. Способ формирования окисной пленки // Авт. свид. СССР № 555683. МКИ C25D 11/02 от 27.12.1976.

187. Лабунов В.А., Сокол В.А., Татаренко Н.И., Можухов А.А. Способ создания двухслойной планарной металлизации //Авт. свид. СССР № 593598. МКИ HOIL 21/28 от 21.10.1977.

188. Сокол В.А., Татаренко Н.И. Способ формирования межслойной изоляции // Авт. свид. СССР № 711954. МКИ НО 1L 21/31 от 28.09.1979.

189. Татаренко Н.И., Панченко Е.Н. Способ создания многоуровневой коммутации // Авт. свид. СССР № 1208974. МКИ HOIL 21/28 от 01.10.1985.

190. Лабунов В.А., Сокол В.А., Данилович Н.И., Можухов А.А., Татаренко Н.И. Устройство для измерения сопротивления металлической пленки на рабочей подложке в процессе ее формирования // Авт. свид. СССР № 611496. МКИ G01R 27/00 от 21.02.1978.

191. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. The Interconnection System for Fabricating Digital Logic Elements Based on Nanostructural Field Emission Triodes // 2nd VDE World Microtechnologies Congress MICRO.tec. — Munich, Germany, 2003. — P. 485-490.

192. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. The Interconnection System ob 1С on The Basis of Valve Metals and Their Anodic Oxides // 4th International Conference Porous Semiconductors-Science and Technology. — Cullera-Valencia, Spain, 2004. — P. 332-333.

193. Технология толстых и тонких пленок / Под ред. А. Рейзмана, К. Роуза. — М.: 1972. — С. 34-45.

194. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. — М.: Наука, 1989.

195. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. — М.: МГУ, 1999.

196. Клеммоу Ф., Доуэрти Дж. Электродинамика частиц и плазмы / Пер. с англ, — М.: Мир,1996.

197. Кравченко В.Ф., Басараб М.А. Булева алгебра и методы аппроксимации в краевых задачах электродинамики. — М.: Физматлит, 2004.

198. Кравченко В.Ф., Рвачев B.JI. Алгебра логики, атомарные функции и вейвлеты в физических приложениях. — М.: Физматлит, 2006.

199. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Метод граничных элементов в прикладных науках / Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.

200. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Physical Considerations of Operating and Characteristics Modeling of Nanostructural Field Emission Devices // 17th International Vacuum Nanoelectronics Conference. — Cambridge, Massachusetts USA, 2004, — P. 61-62.

201. Татаренко Н.И., Воробьев А.Ю. Физические основы моделирования характеристик наноструктурных автоэлектронных микроприборов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т. 10, № 8. С. 59-68.

202. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П. Delphi — среда визуального программирования. — СПб.: BHV, 1996.

203. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Modeling and calculation of nanostructural field emission diode characteristics // 14th International Vacuum Microelectronics Conference. — Davis, California, USA, 2001. —P. 81-82.

204. Галлахер P.T. Плоские индикаторы, способные конкурировать с ЭЛТ // Электроника. 1986. Т. 59, № 12. С. 5-6.

205. Барни К. Большие планы Станфордского научно-исследовательского института по разработке миниатюрных холодных катодов // Электроника. 1986. Т. 59, № 12. С. 6-7.

206. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Modeling and fabrication of micro-cavity gated nanostructural emitter arrays // Fourth IEEE International Vacuum Electron Sources Conference. — Saratov, Russia, 2002. —P. 179-181.

207. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Modeling and calculation of nanostructural field emission triode characteristics // 14th International Vacuum Microelectronics Conference. — Davis, California, USA, 2001, —P. 85-86.

208. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. A Study of a Nanostructural Field Emission Triode // 15th International Vacuum Microelectronics Conference. — Lyon, France, 2002. — Pm 02.

209. Татаренко Н.И., Воробьев А.Ю. Вольт-амперные характеристики и дифференциальные параметры наноструктурных автоэлектронных микроприборов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т. 10, № 9. С. 68-74.

210. Дулин В.Н. Электронные приборы. — М.: Энергия, 1977.

211. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Nanostructural Field Emission Triodes as Active Components for a New Generation of Microsystems // 2nd VDE World Microtechnologies Congress MICRO.tec. — Munich, Germany, 2003. — P. 267-272.

212. Бондаренко Б.В. Стабильность электронной эмиссии и срок службы некоторых вариантов автокатодов // Журнал технической физики. 1973. Т. XLIII, Вып. 11. С. 2441-2447.

213. Бондаренко Б.В. Проблема стабильности автоэлектронной эмиссии и некоторые пути ее решения // Электронная техника: сер. Электроника СВЧ. 1980. Вып. 9(321). С. 3-9.

214. Бондаренко Б.В., Макуха В.И., Шешин Е.П. Стабильность эмиссии и долговечность некоторых вариантов автокатодов // Радиотехника и электроника. 1983. Вып. 8, С. 16491652.

215. Вудраф Д., Далчар Т. Современные методы исследования поверхности. — М.: Мир, 1989.

216. Tatarenko N.I, Vorobyev A.Y. Nanostructunal Field Emission Triodes for High Operation Speed Microsystems // The 8th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics. — Orlando, Florida, USA, V. VII, 2004. — P. 317-321.

217. ТатаренкоН.И. Степень интеграции и быстродействие наноструктурных автоэлектронных микротриодов // Успехи современной радиоэлектроники. 2005. № 9. С. 3-10.

218. Derra S. Can lithography go to the extreme? // Semiconductor Research, R&D Magazine, July 2001. P. 12-16.

219. Татаренко Н.И., Семенов А.И. Способ изготовления интегральной микросхемы // Авт. свид. СССР № 1635820. МКИ H01L 21/28 от 15.11.1990.

220. Татаренко Н.И., Кравченко В.Ф. Автоэмиссионные наноструктуры и приборы на их основе. — М.: Физматлит, 2006.