Технология создания и исследование пьезорезонансных зондовых датчиков для сканирующего зондового микроскопа

• Автор: Стовпяга, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Зондовые датчики для сканирующей зондовой микроскопии, спектроскопии и литографии (Литературный обзор)

1.1. Сканирующая зондовая микроскопия, зондовые датчики для СЗМ

1.2. Зондовые датчики для различных режимов сканирующей зондовой микроскопии и литографии

1.2.1. Сканирующая туннельная микроскопия. Зонды для туннельных микроскопов

1.2.2. Атомно-силовая микроскопия. Зонды для атомно-силовой микроскопии

1.2.3. Ближнепольная оптическая и безапертурная терагерцовая ближнепольная микроскопия

1.2.4. Сканирующая микроскопия ионной проводимости. Зонды для СМИГТ

1.2.5. Сканирующая зондовая литография

1.3. Технология изготовления зондов

1.3.1. Изготовление металлических зондов методом электрохимического травления
1.3.2. Изготовления зондов-кантилеверов методом фотолитографии
1.3.3. Наномодификация зондов с помощью технологии фокусированных электронных и ионных пучков
1.3.4. Изготовление зондов для БОМ методом вытяжки из оптического волокна
1.3.5. Изготовление зондов для СМИП методом вытяжки пипеток из стеклянных
капилляров
Выводы и постановка задачи
Глава II. Экспериментальные установки и методы
2.1. Технологическое оборудование и технологические методы
2.1.1. Установка и технология электрохимического травления металлов
2.1.2. Установка и технология вытяжки микропипеток
2.1.3. Технологическая установка на основе фокусированных электронных и ионных пучков для наномодификации зондов
2.1.4. Технология выращивания углеродных и металлоуглеродных наноструктур на вершинах зондов
2.1.5. Технология создания нановыступов на вершинах зондов
2.1.6. Установка и технология магнетронного распыления материала
2.2. Диагностическое оборудование и методы диагностики
2.2.1. СЗМ с пьезорезонансным зондовым датчиком

2.2.1.1. Блок схема прибора
2.2.1.2. Конструкция СЗМ на основе пьезорезонансного датчика
2.2.1.3. Конструкция зондового датчика на основе пьезокерамической трубки
2.2.1.4. Измерение резонансной кривой, кривой подвода и вольт-амперной характеристики
2.2.2. Экспериментальная установка для измерения токов ионной проводимости
2.2.3. Определение геометрических параметров зонда с помощью СЗМ
2.2.4. Измерение геометрических параметров зондов с помощью СЭМ
Глава III. Технология изготовления и исследование пьезорезонансных зондовых датчиков
3.1. Пьезорезонансный датчик силового взаимодействия
3.1.1. Расчет резонансной частоты изгибных колебаний ПРЗД
3.1.2. Зависимость добротности и резонансной частоты Г1РЗД от геометрических параметров и рабочей среды
3.1.3. ПРЗД с улучшенной стабильностью
3.1.4. ПРЗД для динамической силовой литографии на основе модифицированного зонда
3.1.4.1. Технология создания V/ зонда с нановыступом на вершине
3.1.4.2. Тестирование XV зонда с нановыступом на вершине в режиме динамической силовой литографии
3.1.4.3. Оценка механической устойчивости XV зонда с наноострием в условиях продольного механического сжатия
3.1.5. Зондовый датчик для наноидентирования
3.1.6. Зондовый датчик с высокой добротностью
3.2. Датчик для измерения токов ионной проводимости
3.2.1. Конструкция
3.2.2. Технология вытягивания
3.2.2.1. Вытяжка зонда-микропипетки с помощью лазерного разогрева
3.2.2.2. Вытяжка зонда-микропипетки с помощью теплового разогрева
3.2.3. Работа зондового датчика с зондом-микропипеткой в режиме полуконтактной
силовой моды
3.2.3.1. Оценка механической устойчивости зонда-микропипетки под действием продольной силы сжатия

3.2.3.2. Экспериментальной определение частоты и добротности зондового датчика с зондом-микропипеткой
3.2.3.3. Тестирование зондового датчика с зондом-микропипеткой в режиме полуконтактной силовой моды
3.2.3.4. Тестирование зондового датчика с зондом-микропипеткой с нановыступом на торце в режиме полуконтактной силовой моды
3.2.4. Тестирование ПРЗД в режиме СМИП
3.2.4.1. Моделирование работы зондового датчика с зондом-микропипеткой в режим СМИП
3.2.4.2. Тестирование ПРЗД с зондом-микропипеткой в режиме СМИП
Заключение
Список литературы

создания суперзондов, используемых при исследовании структур с развитым рельефом (глубокие каналы и впадины). Эта технология также используется для создания острийных катодов и нанопинцетов.
Другой способ создания специализированных зондов - использование технологии фокусированных ионных пучков (ФИП) [47, 48]. Существует два основных направления применения ФИП - травление и осаждение материалов. Ионное травление - новая техника безмасочного производства микро- и наноструктур. При травлении, ионы, покидающие катод, мгновенно достигают поверхности образца и выбивают атомы образца через каскад столкновений. Технология травления ионным пучком становится очень востребованной и широко применяется в микро- и наноинженерии и в различных областях микроскопии [49]. Основной проблемой технологии ионного травления является сложность расчета параметров травления для достижения заданной геометрии итоговой поверхности. На данный момент существует несколько математических моделей и программных продуктов, призванных для решения данной задачи. Практически любой материал может быть распылен и потом визуализирован при помощи ионного пучка. Скорость ионного травления материала выше скорости электронного травления, а минимальный размер пятна обеспечивает технологию субмикронной точности.
Технология на основе ФИП представляет собой мощный инструмент модификации материалов с высоким пространственным разрешением. Однако системы на основе ФИП обладают недостатком, обусловленным непрерывным деградированием поверхности образца, даже при использовании низкого значения тока ионного пучка. Деградация материала возникает под действием пучка ионов, имеющих конечную массу. Даже при использовании ионов с малой массой; взаимодействие пучка с образцом значительно сильнее, чем в случае электронного пучка. Частичным решением этой проблемы стало совместное использование электронной и