Атомно-силовая микроскопия в исследовании шероховатости наноструктурированных поверхностей

• Автор: Занавескин, Максим Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Литературный обзор

1.1 Атомно-силовая микроскопия
1.2 Аналитический обзор методик анализа статистических свойств
наноструктурированных поверхностей по данным АСМ
1.3 Методы изучения рельефа поверхности, основаные на
взаимодействии электромагнитного излучения с шероховатой границей
раздела фаз
1.4 Вопросы исследования и использования многослойных
интерференционных зеркал
2 Методическая часть
2.1 Атомно-силовая микроскопия
2.2 Рентгеновское рассеяние
2.3 Оптические измерения
2.4 Образцы
3 Экспериментальные результаты
3.1 Учет артефактов АСМ при расчете параметров шероховатости
сверхгладких поверхностей
3.2 Влияние статического заряда поверхности диэлектрических
материалов на достоверность данных АСМ
3.3 Комплексное исследование поверхностных наноструктур методами
атомно-силовой микроскопии, рентгеновского рассеяния и дифференциального рассеяния света

3.4 Корреляция рельефа пленочного покрытия и подложки в
интерференционных зерклах оптического диапазона
Основные результаты и выводы
Благодарности
Литература

Введение.
Сверхгладкие поверхности с высотой шероховатости менее 1 нм являются одним из основных компонентов элементной базы современных нанотехнологий. Благодаря малой развитости рельефа сверхгладкие подложки со стохастическим и регулярным нанорельефом обладают рядом уникальных свойств, позволяющих объединить их в общий класс -папоструктурированные поверхности.
Круг применения наноструктурированных поверхностей весьма широк. Они могут использоваться в качестве основы для формирования на них микро и нано электромеханических структур (МЭМС и НЭМС). Могут применяться как подложки для формирования пленок Ленгмюра-Блоджетт. Регулярные поверхностные наноструктуры могут служить матрицей для формирования сверхдлинных нанотрубок или для создания фазированных антенн субмикронного периода.
Однако в первую очередь наноструктурированные поверхности используются в качестве подложек для создания различных покрытий: полученные эпитаксией гетеропереходы, образующие элементы наноэлектроники, или многослойные покрытия для интерференционной оптики рентгеновского, ультрафиолетового или видимого диапазона. На основе различных зеркал возможно создание рентгеновских монохроматоров синхротронного излучения, реализация литографии экстремального ультрафиолета, построение кольцевых лазерных гироскопов (КЛГ).
Во всех случаях использования наноструктурированных поверхностей в качестве подложек, свойства созданных на их основе устройств зависят от статистических свойств рельефа поверхности. От шероховатости подложек зависит качество гетеропереходов в устройствах наноэлектроники. От развитости рельефа подложек зависит и величина рассеяния зеркал интерференционной оптики. Поэтому важной задачей представляется как

во много раз меньше, чем 2/Х и ограничено чувствительностью аппаратуры и мощностью рентгеновского источника.
Минимальное значение пространственной частоты vm;n ограничено угловой шириной падающего пучка, его расходимостью и конечным расстоянием от исследуемой поверхности до детектора.
На практике, на лабораторном источнике излучения удается произвести измерения PSD-функции в диапазоне от 0,05 до 10 мкм"1. При использовании источника синхротронного излучения этот диапазон может быть существенно увеличен и достигать верхней границы частоты 150 мкм'1 [19] (достичь такого разрешения ACM можно лишь с использованием сверхострых зондов).
Альтернативный и широко распространенный подход к интерпретации данных диффузного рассеяния, обусловленного шероховатостью поверхности, основан на использовании теории искаженных волн (DWBA). Первым эту теорию для исследования скользящего падения рентгеновских лучей применил Vineyard [67] в 1982г.. Затем в 1983 - 1984 гг. были опубликованы работы Дитриха и Вагнера (Dietrich & Wagner) [68]. В 1988 Синхе (Sinha) с соавторами удалось выразить сечение рассеяния рентгеновских лучей от отдельной поверхности [48]. Позднее эти результаты были подтверждены Пинном (Рупп) [59, 61] и расширены для случая однослойного покрытия. De Boer [52-54] показал, что учет эффектов второго порядка позволяет устранить основное затруднение данного подхода, связанное с выполнением закона сохранения энергии для падающего, отраженного и рассеянного излучения. Наконец в 1993 — 1994 гг. Холи и Баумбах (Holy & Baumbach) использовали этот же метод для описания вертикальной (межслоевой) корреляции шероховатости в многослойных структурах [69-71].
Интенсивность рассеянного излучения на изолированной шероховатой поверхности в этом формализме выражается формулой [48, 72-74]: