Лабораторная работа №1 презентация

Лабораторная работа №1

Кафедра ИУ4: Проектирование и технология производства электронных средств

Выполнили:
Евгений Белоус
Владимир Жуйков
Группа: ИУ4-113

Цель работы

Кафедра ИУ4: Проектирование и технология производства электронных средств

Классификация СЗМ

Кафедра ИУ4: Проектирование и технология производства электронных средств

Основные принципы АСМ

Кафедра ИУ4: Проектирование и технология производства электронных средств

степенная функция – потенциал Леннарда-Джонса:

- дальнодействующее притяжение

- отталкивание атомов на малых r

r0 – равновесное расстояние между атомами, U0 – значение энергии в минимуме.

взаимодействия Ван-дер-Ваальса:
а)-Дисперсионные (лондоновские) взаимодействия - это взаимодействия между двумя наведенными диполями.
б)-Ориентационные взаимодействия - обусловлены электростатическими взаимодействиями между постоянными диполями.
в)-индукционные взаимодействия - имеют электростатическую природу
2)химического взаимодействия;
3)межядерное взаимодействие (сильное взаимодействие).

а)

б)

Зондирование поверхности в атомно-силовом микроскопе производится с помощью специальных зондовых датчиков, представляющих собой упругую консоль – кантилевер (cantilever) с острым зондом на конце

Датчики изготавливаются методами фотолитографии и травления из кремниевых пластин. Упругие консоли формируются, в основном, из тонких слоёв легированного кремния, SiO2 или Si3N4.

радиус закругления современных АСМ зондов составляет 1- 50 нм;
угол при вершине зонда – 10-20˚;
сила взаимодействия зонда с поверхностью: F=k·∆Z, где k – жёсткость кантилевера; ∆Z – величина, характеризующая его изгиб;
Коэффициенты жёсткости кантилеверов k : 10^-3 – 10 Н/м

Собственные частоты изгибных колебаний консоли прямоугольного сечения определяются следующей формулой:

где l – длина консоли; E – модуль Юнга; J – момент инерции сечения консоли; ρ – плотность материала; S – площадь поперечного сечения; λi – численный коэффициент (в диапазоне 10 – 100), зависящий от моды изгибных колебаний.

Режимы атомно-силовой микроскопии:

Динамический (полуконтактный)
Статический (контактный)

Динамический режим АСМ

При сканировании образца регистрируется изменение амплитуды и фазы колебаний кантилевера. Взаимодействие кантилевера с поверхностью в «полуконтактном» режиме состоит из ван-дер-ваальсовского взаимодействия, к которому в момент касания добавляется упругая сила, действующая на кантилевер со стороны поверхности.

Фазовый сдвиг колебаний кантилевера в «полуконтактном» режиме определяется энергией диссипативного взаимодействия зонда с поверхностью образца.

С помощью пьезовибратора возбуждаются колебания кантилевера на частоте w (близкой к резонансной частоте кантилевера) с амплитудой AW. При сканировании система обратной связи АСМ поддерживает постоянную AW амплитуду колебаний кантилевера на уровнеA0 , задаваемом оператором (A0

Метод отображения фазы

Когда в процессе колебаний кончик зонда касается поверхности образца он испытывает не только отталкивающие, но и адгезионные, капиллярные и ряд других сил. В результате взаимодействия зонда с поверхностью образца происходит сдвиг не только частоты, но и фазы колебаний. Если поверхность образца является неоднородной по своим свойствам, соответствующим будет и фазовый сдвиг. Распределение фазового сдвига по поверхности будет отражать распределение характеристик материала образца.

Траектория движения зонда при сканировании

Одним из недостатков, присущих всем методам сканирующей зондовой
микроскопии, является конечный размер рабочей части используемых зондов. Это приводит к существенному ухудшению пространственного разрешения микроскопов и значительным искажениям в СЗМ изображениях при сканировании поверхностей с неровностями рельефа, сравнимыми с характерными размерами рабочей части зонда. По схематическому изображению сканирования зондом различных неровностей поверхности (рис.1)видно, что из-за формы зонда получаемое изображение размывается.

При продолжительном сканировании острие зонда затупляется (рис. 16) или к нему могут прилипать частицы сканируемого вещества, что еще больше размывает получаемое изображение.

Работа выполняется на нанотехнологическом комплексе (НТК) «НаноФаб 100»

Четырехкамерный нанотехнологический комплекс (НТК - 4) включает модули Сканирующей Зондовой Микроскопии (СЗМ) и Фокусированного Ионного Пучка (ФИП) и модули загрузки зондов и образцов. Установка позволяет обрабатывать и исследовать образцы диаметром до 100 мм в условиях сверхвысокого вакуума (до 10-9Па).

Методы:
Острийно-зондовые технологии;
Ионно-лучевые технологии
Ионная микроскопия;
Нанолитография;
Ионное локальное осаждение.
Комплекс состоит из четырех камер:
камеры фокусированного ионного пучка(ФИП)
камеры сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ);
камеры загрузки зондов(КЗ);
камеры загрузки образцов(КО).
Рассмотрим подробнее конструкцию модулей НТК – 4

Модуль СЗМ относится к основным модулям комплекса НаноФаб 100 и предназначен для проведения атомно-силовой микроскопии (АСМ) и сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) входного контроля полупроводниковых пластин, измерений параметров и исследований характеристик наноструктур и наноэлементов, острийно-зондовых нанолитографических и наноманипуляционных операций, функционального контроля наноструктур и наноэлементов.

Проведение работы.

Перед помещением внутрь сверхвысоковакуумной (СВВ) камере образец проходит стадии очистки, таких как механическая полировка, химическое травление, кипячение в органических растворителях, полоскание в деионизированной воде. Все эти процедуры обеспечивают только предварительную очистку образца, так как финальная подготовка поверхности, которая содержит посторонние примеси в количестве нескольких процентов монослоя может быть проведена только внутри СВВ камеры.

Закрепление образцов

Установка подготовленных образцов производится на специальный металлический держатель. Закрепление производится с помощью проводящего клея

На одну сторону наносится клей и прижимается на держатель

В результате сканирования будет выявлена электронная структура поверхности в методе СТМ в режиме постоянного тока и топографическая структура поверхности гетероструктуры в методе АСМ в бесконтактном режиме.