Сверхвысоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп совместимый с базовыми методами нанотехнологий

• Автор: Поляков, Вячеслав Викторович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Сканирующая зондовая микроскопия и ее применение в нанотехнологиях (обзор)

1.1. Методы сканирующей зондовой микроскопии

1.1.1. Принцип работы сканирующего туннельного и атомно-силового микроскопов

1.1.2. Исследование свойств полупроводников методами сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующая емкостная микроскопия

1.1.3. Литографические воздействия в СЗМ

1.2. Совместное использование методов СЗМ и других базовых методов нанотехнологий

1.3. Постановка задачи

Глава 2. Метод компенсации паразитной емкости для реализации методики сканирующей емкостной микроскопии
2.1. Трудности реализации методики СЕМ. Постановка задачи
2.2. Известные способы реализации методики СЕМ и их анализ
2.2.1 Электромеханические способы реализации методики СЕМ. Метод «третьей гармоники»
2.2.2. Метод модуляции паразитной емкости
2.2.3. Балансные методы реализации методики СЕМ
2.3. Зондовый датчик специальной конструкции и метод компенсации
паразитной емкости
2.4..Конструктивное исполнение устройства для реализации СЕМ
2.5. Экспериментальные результаты и обсуждение
2.6. Выводы
Глава 3. Разработка конструктивных решений сверхвысоковакуумного сканирующего зондового микроскопа
3.1. Устройство сверхвысоковакуумного СЗМ. Система сменных зондовых головок
3.2. Разработка датчика изгибов кантилевера для сверхвысоковакуумного СЗМ
3.2.1. Чувствительность и шумовые характеристики датчика изгибов кантилевера. Влияние угловой апертуры лазерной системы
3.2.2. Организация системы слежения лазерным лучом за кантилевером в процессе сканирования. Оптическая схема системы регистрации
3.2.3. Экспериментальное исследование характеристик системы регистрации
3.3. Минимизация влияний внешних акустических и механических помех на работу сверхвысоковакуумного СЗМ
3.4. Экспериментальное исследование характеристик
сверхвысоковакуумного СЗМ
3.5. Выводы
Глава 4. Сверхвысоковакуумный ХУг координатный стол и апробация совместимости сверхвысоковакуумного СЗМ с базовыми методами нанотехнологий
4.1. Постановка задачи. Анализ возможных решений
4.2. Конструктивные особенности стола и исследование его характеристик.

4.3 Использование сверхвысоковакуумного СЗМ в составе
нанотехнологических комплексов
4.4. Выводы
Заключение
Благодарности
Список использованных сокращений
Литература

Введение
Развитие нанотехнологий невозможно без развития методов создания, модификации и диагностики нанообъектов. Широкое распространение получили методы электронной микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, вторично-ионной масс-спектроскопии, оже-спектроскопии, а также методы, основанные на использовании фокусированных ионных пучков.
Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) представляет собой мощный метод комплексного исследования свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением. За прошедшие с момента появления первых приборов годы применение зондовых микроскопов позволило достичь уникальных научных результатов в различных областях физики, химии и биологии; развитие методов СЗМ послужило во многом движущей силой нанотехнологий. Современный сканирующий зондовый микроскоп — это прибор, интегрирующий в себе до пятидесяти различных методик исследования. Постоянно создаются новые конструкции приборов, специализированные для различных приложений.
Аппаратурное объединение методов сканирующей зондовой микроскопии с другими базовыми методами нанотехнологий дает уникальные возможности, связанные с созданием и отработкой процессов изготовления, исследованием свойств нано- и микроэлектромеханических систем, наноэлектронных элементов, других нанообъектов, в то время как развитие специализированных методик зондовой микроскопии, позволяет расширить спектр исследуемых характеристик наноструктур.
Целью работы является создание сверхвысоковакуумного сканирующего зондового микроскопа, совместимого с базовыми методами нанотехнологий.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1) Разработка и апробация методики, сканирующей емкостной микроскопии.

После такого экранирования остается нескомпенсированной паразитная емкость, образованная кантилевером и образцом, а также неэкранированной (размером порядка 100x1.6 мм) частью чипа и образцом величиной порядка 100 фФ. Ее и следует компенсировать, что предложено делать в два этапа.
На исследуемый образец подается постоянное смещение и зондирующий сигнал на частоте 10 МГц амплитудой 0.1-1 В. Первый этап представляет собой электромеханическую компенсацию - над балкой и чипом зондового датчика располагается компенсационный электрод, выполненный в форме полукольца. Электрод и зонд соединяются с инвертирующим и неинвертирующим входами балансного усилителя измерительной головки устройства соответственно (рис. 13). Угловое положение компенсационного электрода относительно образца подбирается при первоначальной настройке головки таким образом, чтобы при касании иглы с образцом наблюдался минимально возможный выходной сигнал головки.
Второй этап компенсации паразитной емкости - электрическая компенсация. Один из входов усилителя соединяется через варикап с общей шиной прибора. При корректной настройке электромеханической компенсации (то есть положения электрода относительно образца) при изменении емкости варикапа от ее минимального до максимального значений на выходе наблюдается минимум амплитуды выходного сигнала. В результате описанной процедуры удается добиться симметрии входов балансного усилителя головки на уровне порядка 100 аФ как относительно общей шины прибора, так и относительно образца.
Схемотехнически измерительная головка представляет собой двухкаскадный резонансный балансный усилитель. Принципиальная электрическая схема усилителя измерительной головки представлена на рис. 14. Измерительная головка состоит из двух каскадов, построенных на операционных усилителях ОРА655 (схемотехнические решения были разработаны совместно с Мягковым И.В. и Трегубовым Г.А.).