Разработка конструктивно-технологических решений повышения разрешающей способности метода магнитной силовой микроскопии

• Автор: Федоров, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДА МАГНИТНОЙ СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ.

1.1 Сканирующая зондовая микроскопия и ее роль в микро и наноэлектронике.

1.2 Особенности функционирования МСМ

1.2.1 Области применения МСМ.

1.2.2 Методики измерения на основе МСМ.

1.2.3 Возможности и ограничения МСМ

1.3 Кантилеверы для МСМ.

1.3.1 Основные конструктивно и технологические методы создания кантилеверов.

1.3.2 Покрытия для магнитных кантилеверов и способы их

формирования
1.3.3 Параметры магнитных кантилеверов
1.4 Калибровочные структуры для МСМ.
1.5 Выводы и постановка задач.
2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ СОЗДАНИЯ МАГНИТНЫХ КАНТИЛЕВЕРОВ.
2.1 Исследование методов формирования магнитных покрытий кантилеверов.
2.2 Исследование влияния конструктивных параметров кантилеверов
на чувствительность метода МСМ.
2.2.1 Исследование влияния материала ферромагнитного покрытия на результаты измерений.
2.2.2 Исследование влияния толщины магнитного покрытия на
чувствительность метода.
2.2.3 Исследование влияния жесткости балки кантилевера на
чувствительность метода.
2.2.4 Исследование коррозионной стойкости магнитных канти
леверов.
2.3 Разработка технологии магнитного кантилевера с вискером
2.4 Выводы.
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ КАЛИБРОВОЧНЫХ СТРУКТУР ДЛЯ МСМ.
3.1 Тестовые структуры на основе неупорядоченных наноразмерных магнитных объектов
3.2 Тестовые структуры на основе упорядоченных наноразмерных магнитных объектов
3.3 Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ НА ОСНОВЕ МСМ
4.1 Методика проведения измерений на основе МСМ.
4.2 Исследование магнитных свойств образцов во внешнем магнитном поле
4.3 Исследование магнитных свойств образцов с использованием разработанных кантилеверов
4.4 Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Во втором разделе изложены результаты разработки конструктивно - технологических методов создания магнитных кантилеверов. Приведены результаты исследования влияния конструктивных параметров кантилеверов на их характеристики. Представлена конструкция и технология создания кантилевера, обладающего расширенными функциональными возможностями. Третий раздел посвящен разработке простых и воспроизводимых технологий создания тестовых структур на основе неупорядоченных и упорядоченных нано-размерных магнитных объектов. Продемонстрированы возможности использования структур для оценки ряда характеристик метода МСМ. В четвертом разделе представлены сведения о методиках проведения исследований в МСМ. В приложении приведены акты о внедрении и использовании результатов диссертационной работы, а также копии дипломов лауреата Всероссийских и региональных научных конференций аспирантов, молодых ученых и специалистов. Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) - это семейство контрольно -измерительных приборов для анализа свойств поверхности, приповерхностной области исследуемых материалов, а также модификации поверхности. Так, на основе СЗМ разработан целый ряд методов, позволяющих исследовать такие свойства поверхности, как топография, распределение приповерхностных электростатических, магнитных, электродинамических, адгезионных сил, сил трения, тепловых полей, теплопроводности, электропроводности и т. Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), впервые предложенная Г. Биннингом и Г. Рорером, стала родоначальником семейства СЗМ [1,2]. СТМ - это метод по изучению электронных свойств поверхности проводящих образцов путем измерения величины туннельного тока, протекающего между проводящим зондом и исследуемой поверхностью. В качестве зондов для СТМ используют заостренные проводящие иглы []. Сканирующая силовая микроскопия (ССМ) - это ряд методов, которые в качестве микромсханичсского зонда применяют кантилсвер, представляющий собой основание, к которому крепится гибкая балка, на дальнем от основания конце которой перпендикулярно к балке расположена острая игла [3 - ]. Методы ССМ (атомная силовая микроскопия (ACM) [3], магнитная силовая микроскопия (МСМ) [7 - 9], электростатическая силовая микроскопия (ЭСМ) [] и т. Большинство сканирующих силовых микроскопов содержит компоненты, показанные на рис. Образец размещается на пьезосканере, который обеспечивает его перемещение в пространстве по трем координатам. Кантилевер размещается над образцом. Лазерный луч фокусируется на отражающей поверхности незакрепленного конца балки кантилевера. Он регистрирует угловые перемещения лазерного луча, отраженного от поверхности балки кантилевера. При исследованиях образцов кан-тилевср сканирует выбранный участок поверхности, и измерительная система регистрирует суммарную силу взаимодействия в системе: зонд - образец. Результаты измерений после обработки выводятся на экран монитора компьютера и представляют собой трехмерные изображения поверхности и или ее свойств. Рис. Схематичное изображение обобщенного варианта ССМ. Одним из широко применяемых методов ССМ является АСМ. АСМ - это метод, позволяющий получать информацию о топографии исследуемого образца. Одним из режимов работы АСМ является контактная мода. Наиболее широкое применение получил полуконтактный режим АСМ, в котором измеряются изменения амплитуды колебаний балки кантилевера на частоте, близкой к ее резонансной []. В ходе измерений с помощью данной методики игла кантилевера постукивает по поверхности образца. Использование такой методики позволяет существенно уменьшить механическое давление на образец со стороны зонда, что является чрезвычайно важным при исследовании легкоразрушающихся образцов. Режим АСМ, основанный на регистрации взаимодействия кантилевера с поверхностью образца, обусловленного ван-дер-ваальсовыми силами притяжения и силой упругости балки кантилевера, называют бесконтактным режимом АСМ (см. Вершина иглы кантилевера при гаком режиме измерений находится на расстоянии ~ нм от исследуемой поверхности. Рис. Кривые зависимости сил Ван - дер - Ваальса и магнитных сил от расстояния.