Близкопольная сканирующая зондовая микроскопия для формирования и измерения свойств наноразмерных структур

• Автор: Душкин, Игорь Валерьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 93 с. : ил.

Введение

1 Современное состояние сканирующей близкопольной микроскопии

1.1 Историческая справка.

1.2 Классическая оптическая микроскопия

1.3 Близкопольная оптическая микроскопия

1.4 Оптоволоконный зонд.

1.4.1 Коэффициент пропускания апертурного зонда .

1.5 Обратная связь на основе

1.5.1 Модель образного резонатора

1.6 Реализация системы детектирования

1.6.1 Численное моделирование.

1.6.2 Петля обратной связи
1.7 Режимы работы микроскоиа.
1.8 Альтернативные оптические схемы
1.9 Современные приложения
2 Разработка технологии изготовления оптоволоконных зондов с металлизированным покрытием на основе V и А1
2.1 Основные требования к конструктивным и физическим параметрам
оптоволоконных зондов
2.2 Технологии формирования заостренною кончика оптоволокна методом
химическою травления.
2.3 Технология нанесения металлического покрытия на заостренное оптоволокно
2.4 Теоретическая модель распространения света в заостренном металлизированном оптоволокне
2.4.1 Введение.
2.4.2 Теория.
2.4.3 Моды диэлектрического волновода с бесконечным металлическим покрытием
2.4.4 Оптические моды и цилиндрический волновод
2.4.5 Моды диэлектрического волновода с металлическим покрытием
конечной толщины.
2.4.6 Заключение.
2.5 Практический контроль параметров оптоволоконного зонда
2.6 Выводы
3 Разработка близкопольного сканирующего зондового микроскопа на базе инвертированного оптического микроскопа 1X с системой плоскопараллельного сканирования
3.1 Основные требования к конструкции и параметрам близкополыюго оптического микроскопа.
3.2 Общая схема прибора
3.3 Устройство головки.
3.4 Устройство плоскопараллсльного сканирования с датчиками перемещения и системой обратной связи
3.5 Устройство лазерного модуля .
3.6 Устройство фотоприемиого модуля
3.7 Устройство спектрального модуля
3.8 Выводы
4 Тестовые образцы для исследования основных характеристик близкопольного сканирующего микроскопа
4.1 Измерение молекул ДНК в резонансном режиме .
4.2 Измерения оптической ромбовидной решетки в БОМ режиме для опре
деления пространственного оптического разрешения и оптического контраста
4.3 Измерения люминесценции латексных шариков размером 0 пт в БОМ
и режиме.
4.4 Выводы
5 Разработка технологии формирования наноструктур фотохимическими методами локального светового воздействия на образец при помощи Близконольного сканирующего микроскопа
5.1 Физикохимическая модель локального светового воздействия на светочувствительные образцы
5.2 Исследование процесса локальной засветки
близкопольным зондом позитивного фоторезиста
5.3 Оценка основных парметров произведенной модификации литографии поверхности.
5.4 Выводи.
Приложение А
Литература


В настоящее время, существующие конструктивно технологические варианты создания таких БОЗМ зондов не позволяют создать образцы, о полной мере удовлетворяющие требованиям исследователей. Актуальной, таким образом, является задача совершенствования методов БОЗМ с заостренными металлизированными оптоволокнами. Основной целью было развитие Близкопольной Оптической зондовой микроскопии с заостренными металлизированными оптоволоконными зондами для создания и диагностики наноразмерных структур. Впервые сформулированы требовании к конструктивным и физическим параметрам БОЗМ зондов, обеспечивающих решение большинства исследовательских задач на основе сканирующей зондовой микроскопии. Показано, что эффективными для БОЗМ зондов на основе оптических волокон являются двухслойные покрытия на основе ванадия и алюминия. Разработано устройство для удержания зонда над поверхностью и получения топографии образца на основе кварцевых резонаторов, показало что вторая мода колебаний на частоте 0 кГц существенно повышает отношение сигналшум и стабильность системы обратной связи. Впервые сформулированы основные требования к конструктивным и физическим параметрам Близкополыюго Оптического Микроскопа, разработан и изготовлен БОЗМ с системой плоскопараллельного сканирования в соответствии с этими требованиями. Предложена методика и набор тестовых образцов для определения основных параметров БОЗМ. На основе процесса локальной зондовой засветки светочувствительных материалов резистов, предложен способ формирования нанообъектов размером порядка птна пленке из положительного фоторезиста толщиной порядка 0 пт. Разработанные БОЗМ зонды на основе одномодовых оптических волокон с металлизированным покрытием на основе VI обладают высокой механической и термической прочностью, высоким коэффициентом пропуская лазерного излучения. РАН, г. ГОИ, г. Энергетический Университет, г. Национальный Университет, г. Технопарк электронной индустрии, г. Токио, Япония. Разработана методика проведения измерений в Близкопольной Оптической Зондовой Микроскопии, увеличивающая отношение сигналшум в режиме резонансного СЗМа и в оптическом режиме. Разработана методика локальной модификации свойств поверхности светочувствительных образцов БОЗМ зондами на основе процесса локальной зондовой застветки, которая внедрена в программное обеспечение, поставляемое со сканирующими зовдовыми микроскопами, производимыми компанией НТМДТ, г. Москва. Работа полностью финансировалась фондом Бортника. Основные результаты работы докладывались и демонстрировались на следующих конференциях Всероссийская конференция Зондовая микроскопия, Н. Новгород, ,,, я Международная конференция по сканирующей туннельной микроскопии , Ванкувер, Канада, . По теме диссертационной работы опубликовано б работ. Приборный комплекс, включающий измерительную головку с оригинальным узлом считывания на основе связки кварцевого резонатора и заостренного оптоволоконного зонда, узел ввода лазерного излучения в оптоволоконный зонд, узел фотодетектора, узел сканирования, контроллер управления и программное обеспечение. Конструкция оптоволоконного зонда, изготовленного методом химического травления с оригинальным двухслойным покрытием на основе V и А1, обеспечивающим высокий коэффициент пропускания света при высоком пороге разрушения по световой мощности. Резонансная методика с использованием второй моды колебаний кварцевого резонатора, позволяющая значительно улучшить качество получаемых изображений и скорость сканирования за счет уменьшения времени релаксации колебаний зонда. Тестовый образец на основе молекул ДНК, осажденных на подложку, позволяющий непосредственно определить основные характеристики разработанного устройства латеральное разрешение, разрешение по вертикальному направлению. Методика НОМ литографии с пзйи контролем качества рисунка путем измерения сопутствующих изменений рельефа поверхности фоторезиста. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав с выводами, общих выводов. Основное содержание диссертации изложено на страницах и содержит рисунков и 5 таблицы.