Область техники

Полезная модель относится к области микро- и нано- электроники, в частности к тонкоплёночному конденсатору .

Уровень техники

Основной причиной развития направления создания наноэлектронных устройств является потребность рынка в устройствах с низким энергопотреблением, высокой скоростью работы и быстротой коммутации между собой.

В документе [1] описан эффект «размерного квантования» энергетических уровней электрона, находящегося внутри островков. Электроны внутри наноразмерных островков так называемых «квантовых точек» ведут себя так же, как внутри трехмерной потенциальной ямы. В зависимости от расстояния между «квантовыми точками» (островками) преобладают различные механизмы электропроводимости. При сравнительно больших расстояниях (около 10 нм) - возникает термоэлектронный механизм электропроводимости, а при малых расстояниях (около 2,5 нм) - туннельный эффект переноса носителей.

В документе [2] описано влияние описанных «квантово-размерных» эффектов «размерного квантования» на увеличение времени хранения заряда с одновременным увеличением скорости записи/чтения информации. Этот эффект достигается за счет блокировки латерального переноса заряда внутри плавающего затвора, что уменьшает утечки через локальные дефекты в диэлектрике, т.к. носители заряда (электроны/ дырки) локализованы на состояниях в квантовых точках.

Аналогом полезной модели является тонкоплёночный конденсатор, содержащий, слой в виде островков из окиси титана, путем напыления на поверхности слоя оксида кремния (патент US 5635420, H01L 21/70, опубликован 03.06.1997).

Недостатком этого устройства является поверхность слоя в виде островков, которая имеет достаточно хаотичную зернообразную структуру и поэтому слой в виде островков в этом устройстве оказывается "замурованным" в остальные функциональные слои . Указанный недостаток не позволяет достичь в тонкоплёночном конденсаторе эффекта «размерного квантования» и туннельного эффекта переноса носителей, и, следовательно, достичь улучшения таких характеристик как ёмкость и одновременно с этим повышая быстродействие и снижая энергопотребление тонкоплёночного конденсатора.

Сущность полезной модели

Техническим результатом заявленной полезной модели является получение такой трёхмерной структуры слоя тонкоплёночного конденсатора, при котором будут обеспечены условия «размерного квантования» и туннельного эффекта в электронной структуре конденсатора и, следовательно, будет увеличено быстродействие (за счёт высокой скорости туннельной проводимости) и уменьшены потери заряда (за счёт нахождения электронов внутри островка аналогично их нахождению в потенциальной яме), а также снижено энергопотребление .

Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемой полезной модели, островковый тонкоплёночный конденсатор, состоящий из верхней и нижней обкладок и диэлектрического слоя, содержит дополнительный проводящий слой, имеющий трёхмерную структуру в виде множества островков, причем высота островков составляет около 25 нм и расстояние между любыми двумя соседними островками составляет от 2,25 до 2,75 нм. Предпочтительно, чтобы дополнительный проводящий слой был выполнен из одного из следующих материалов: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. Также предпочтительно, чтобы диэлектрический слой был выполнен из диоксида кремния, с толщиной слоя около 100 нм. Также предпочтительно, чтобы диаметр островков составлял от 180 до 220 нм.

Перечень чертежей

Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами, где схематично изображены:

Фиг .1-структура дополнительного проводящего слоя, имеющего трёхмерную структуру в виде множества островков ;

Фиг .2-конструкция тонкоплёночного конденсатора в виде готового изделия; Фиг .3-послойная структура конструкции тонкоплёночного конденсатора с дополнительным проводящим слоем.

Позиции на фигурах:

1 - диэлектрический слой;

2 - верхняя и нижняя обкладки;

3 - дополнительный островковый слой;

4 - корпус;

5 - контакты конденсатора.

Осуществление полезной модели

Устройство может быть осуществлено следующим образом. Как показано на фигуре 1, тонкоплёночный конденсатор имеет трёхслойную основу: нижняя обкладка, слой диэлектрика и верхняя обкладка . Обкладки представляют из себя фольгу, на которую наносятся островки, например, методом вакуумного напыления. В качестве материала обкладок используют легкоплавкие материалы с малой миграционной подвижностью атомов, имеющие хорошую электропроводность: цинк, алюминий, серебро, золото, платина, палладий. К обкладкам припаиваются электрические выводы. В качестве диэлектрика используют диоксид кремния, так как он обладает сравнительно большой удельной ёмкостью, низким температурным коэффициентом ёмкости и высокой электрической прочностью.

Вся конструкция тонкоплёночного конденсатора покрывается изолирующей твердеющей субстанцией, например, термо клеем, образуя тем самым корпус готового изделия. Эксперименты показали, что указанные в формуле изобретения высота островков и расстояние между островками является оптимальной с точки зрения достижения эффекта «размерного квантования» и туннельного эффекта переноса носителей. Таким образом эти параметры являются существенными для достижения заявленного технического результата.

[1] Сидорова С. В., Юрченко П. И. Формирование островковых наноструктур в вакууме // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. Per. No ФС77-48211 . 2011. No 10.

[2] Алямкин С. А. Исследование процессов перезарядки МДП-элемента памяти с квантовыми точками германия в качестве плавающего затвора // 3-Физика полупроводников и диэлектриков. - С. 175.