Наноэлектроника и квантовые компьютеры

  Разработаны основы технологии осаждения оксида гафния с целью формирования слоев подзатворных диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью в МДП-нанотранзисторах методами электронно-лучевого испарения в высоком вакууме и плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения. Получены и исследованы слои диоксида гафния толщиной 2-7 нм с относительной диэлектрической проницаемостью 23-25 и плотностью тока утечки менее 0,15 А/см2 при 1 В.

Предложена конструкция квантового компьютера в канале полевого транзистора и создана программа его моделирования. Кубитами являются электроны в двойных квантовых точках, состояния которых формируются и управляются потенциалами затворов с размерами 10-20 нм при температуре 4 К, толщина кремниевого канала 2-4 нм. При работе компьютера не происходит перемещение заряда между квантовыми точками.

    Выполнены исследования в области разработки конструкции, математического моделирования и технологии изготовления изделий микросистемной техники. Разработаны маршруты изготовления на основе технологии формирования микроструктур с использованием плазмохимического циклического процесса кремния во фторсодержащей плазме. Изучены условия получения высокоаспектных структур в кремнии, созданы экспериментальные образцы микроакселерометров и микрогироскопов для систем навигации нового поколения.

  Разработана серия источников ионов для реактивного травления и осаждения тонких пленок, а также источник быстрых атомарных и молекулярных нейтральных частиц. Источник нейтральных частиц работает с инертными и химически активными газами; степень нейтральности пучков – до 100%; диапазон энергии частиц – 100-1500 эВ; отсутсвует накопление объемного заряда в диэлектрическом материале, приводящего к появлению дефектов в режимах осаждения или травления слоев.

Коллективом ФТИАН РАН созданы на основе источника индуктивно-связанной плотной плазмы низкого давления оригинальной конструкции установки плазмохимического анизотропного травления и плазмохимического осаждения для создания микро- и наноструктур. Также разработан экспериментальный низковольтный высокодозовый плазменно-иммерсионный ионный имплантер для ультрамелкого легирования областей стока и истока нанотранзисторов с проектными нормами 130-32 нм, обладающий уникальными возможностями ионного 3D-легирования.

Леонид Федичкин, к.ф.-м.н., преподаватель кафедры теоретической физики МФТИ (выпускник 1990 г.) Первый сотрудник лаборатории физики квантовых компьютеров ФТИАН, во многом определивший её облик и дальнейшее успешное развитие. Сооснователь, член редколлегии журнала "Квантовые компьютеры и квантовые вычисления" (1999-2003). Первый научный секретарь общемосковского семинара "Квантовые вычисления" (1999-2002). Награждён золотой медалью и премией РАН за лучшую работу молодого учёного (2002 год). С 2002 по 2009 работал в США (на физическом факультете университета Кларксон и на физическом факультете Мичиганского университета). Преподавал в США курсы по электричеству и магнетизму, электродинамике сплошных сред, физике твёрдого тела. С 2010 года работает в МФТИ, читает лекции по физике квантовых вычислений, ведёт семинары на кафедре теоретической физики и руководит студентами на кафедре физических и технологических проблем микроэлектроники.

Андрей Мяконьких, к.ф.-м.н., с.н.с. ФТИАН РАН (выпускник 2006 г.) Сотрудник лаборатории макроструктурирования и субмикронных приборов Физико-технологического института Российской академии наук. Выпускник ФФКЭ МФТИ. Работает в области разработки и диагностики плазменных технологий микро- и наноэлектроники: плазменной иммерсионной ионной имплантации, плазмохимического травления, плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения. Автор более 30 печатных работ, в том числе научных статей, тезисов докладов на конференциях. Был научным руководителем 5 квалификационных работ на степени бакалавра и магистра студентов МФТИ. Являлся исполнителем по 10 грантам РФФИ и руководителем двух грантов, а также участником ряда международных исследовательских проектов.

Александр Рогожин, к.ф.-м.н., с.н.с. ФТИАН РАН (выпускник 2006 г.) Работает в области новых технологий и материалов для микро- и наноэлектроники. Занимается исследованием материалов и структур для затворных структур и контактных систем современных МОП транзисторов. Автор более 25 работ. Был научным руководителем 5 квалификационных работ студентов МФТИ. Являлся исполнителем или руководителем в более чем 10 проектах.

Дмитрий Свинцов, к.ф.-м.н., зав. лаб. оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ (выпускник 2011 г.) Защитил выпускную работу магистра на базовой кафедре Физических и технологических проблем микроэлектроники в 2011 году. Научные исследования в аспирантуре были посвящены электронным свойствам графена и проводились в тесном сотрудничестве с группой проф. В.И. Рыжия и Т. Отсуджи из университета Тохоку (Япония). За время обучения в аспирантуре разработал гидродинамическую теорию транспорта безмассовых частиц в графене, которая сейчас активно применяется для расчета характеристик приборов и интерпретации экспериментальных данных. Значительная часть работ посвящена возможности создания лазеров терагерцового диапазона на основе графена. В 2012 году защитил кандидатскую диссертацию, в 2013-2014 гг. работал в университете Тохоку. С 2014 года работает в лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. В 2016 году Дмитрий стал победителем конкурса МФТИ на создание новых молодежных лабораторий.

Сергей Филиппов, к.ф.-м.н., зав. лаб. квантовой теории информации МФТИ (выпускник 2009 г.) С 2010г. работает на кафедре теоретической физики МФТИ. Проводит научные исследования в Физико-технологическом институте РАН, Физическом институте им.П.Н.Лебедева РАН и Российском квантовом центре; в различные годы стажировался в Исследовательском центре квантовой информации Института физики Словацкой академии наук, Университете Росток, Университете Коменского, Международном научном центре и Национальном автономном университете Мексики. Автор более 30 научных работ. Руководитель нескольких научных проектов. Заведует лабораторией квантовой теории информации МФТИ.

1. Molchanova A., Rogozhin A., “Electrical properties of ALD HfO2 (EOT 0.47 nm),” Proc. SPIE 9440, p. 944004 (2015).
2. I. S. Shahsenov, A.V. Miakonkikh, K.V. Rudenko “Monte Carlo simulation of boron doping profile of fin and trench structures by plasma immersion ion implantation,” Proc. SPIE 9440, p. 94400Y (2015).
3. A. Miakonkikh ; S. Lisovsky ; M. Rudenko and K. Rudenko// " Instrumented wafer as a Langmuir multiprobe tool for lateral plasma homogeneity measurements in processing plasma reactors ", Proc. SPIE 8700, p. 870004 (2013).
4. Sosnina A., Rogozhin A., Miakonkikh A., Atomic force microscopy for line edge roughness measurements, Proc. SPIE 8700 , p. 870010 (2013).
5. D. Svintsov, V. Vyurkov, S. Yurchenko, T. Otsuji, and V. Ryzhii. Hydrodynamic model for electron-hole plasma in graphene. J. Appl. Phys., Vol. 111, 083715, 2012.
6. V. Vyurkov, I. Semenikhin, S. Filippov, and A. Orlikovsky. Quantum simulation of an ultrathin body field-effect transistor with channel imperfections. Solid-State Electronics, Vol. 70, pp. 106–113, 2012.
7. D. Svintsov, V. Vyurkov, V. Ryzhii, and T. Otsuji. Effect of ‘‘Mexican Hat’’ on Graphene Bilayer Field-Effect Transistor Characteristics. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 50, 070112, 2011.
8. S. Filippov, V. Vyurkov, L. Fedichkin. Effect of image charge on double quantum dot evolution. Physica E, vol. 44, pp.501-505, 2011.
9. V. Vyurkov, S. Filippov, and L. Gorelik, Quantum computing based on space states without charge transfer. Physics Letters A, Vol. 374, pp. 3285-3291, 2011.

1. Miakonkikh, A. Instrumented wafer as a Langmuir multiprobe tool for lateral plasma homogeneity measurements in processing plasma reactors / A.Miakonkikh, S. Lisovsky, M. Rudenko, K. Rudenko // Int.Conf.“Micro- and nanoelectronics (ICMNE-2012)". Oct 1-5, 2012, Moscow-Zvenigorod. - Book of Abstracts. - P.Р1-48
2. 1. Izat S. Shahsenov ; Andrey V. Miakonkikh and Kostantin V. Rudenko // Monte Carlo simulation of boron doping profile of fin and trench structures by plasma immersion ion implantation / Int.Conf. "Micro- and nanoelectronics - 2014" (ICMNE-2014). Abstracts. Moscow - Zvenigorod. October 06th-10th, 2014. P1-28.
3. Мяконьких, А. В.; Клементе, И. Э.; Руденко, К. В.; Адонин, А. С. Измерение толщин тонких диэлектрических слоев на структурах AlGaN/GaN на сапфире методом спектральной эллипсометрии / // 25-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", 6-12 сентября 2015 г., Севастополь, Крым, Россия : Крымико 2015 : материалы конф. : в 2 т. - Севастополь, 2015.. - ISBN 978-1-4673-9414-7.
4. A. Molchanova, A. Rogozhin, Electrical properties of ALD HfO2 (EOT 0.47 nm), International Conference "Micro- and Nanoelectronics - 2014", 6-10 октября 2014 г., Москва, стр. P1-05.
5. Рогожин А.Е., Мяконьких А.В., Соснина А.Ю., Руденко К.В., Плазменная in situ обработка в H2 и NH3 в технологии формирования затворного стека на основе PEALD, VII Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии, 3 - 7 cентября 2014, Плёс, с. 274.
6. G. Alymov, V. Vyurkov, V. Ryzhii, and D. Svintsov. Improved switching in graphene bilayer tunnel transistors enabled by van Hove singularities, Proc. 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS’2015), July 26-31, 2015, Sendai, Japan.
7. V. Vyurkov, D. Svintsov, A. Pilgun, V. Borzdov, and A. Orlikovsky. Terahertz generation in nanowires. The 3rd Russia–Japan–USA Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies, "RJUS TeraTech-2014", June 17-21, 2014, University at Buffalo, NY, USA, Book of Abstracts.
8. V. Vyurkov, D. Svintsov, A. Orlikovsky, V. Ryzhii, and T. Otsuji, "Tunnel graphene field-effect transistor," ISGD: International Symposium on Graphene Devices, OC-07, Soleil, France, Nov. 5-9,2012.
9. S. Filippov, V. Vyurkov, and A. Orlikovsky. Quantum computing on silicon-on-insulator structure. VII Workshop of the European Network on Silicon on Insulator technologies (EUROSOI-2011), January 17-19 2011, Granada, Spain, Conference Proceedings, pp. 101-102.