Исследование твердотельных микро- и наноструктур методом спектроскопии отраженных электронов

• Автор: Лукашевский, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Области применения, технологии получения и методы исследования тврдотельных микро и наноструктур.

1.1 Приемники радиоизлучения субмиллиметрового

диапазона на основе гетеродинных смесителей.

1.2 Технологические аспекты формирования композиционной пленки ЫЬАГАЮхМ.

1.3 Вольтамперная характеристика туннельного сверхпроводящего перехода и ее зависимость от структуры границы раздела. Постановка задачи исследования.
1.4 Технологические аспекты формирования покрытий методом микродугового оксидирования.

Постановка задачи исследования

1.5 Выбор метода анализа микро и наноструктур

Глава 2. Экспериментальная установка по спектроскопии

отраженных электронов
2.1 Описание установки
2.2 Схема подключения измерительных приборов
2.3 Стабилизированный двухполярный источник питания.
2.4 Выбор методики измерения силы тока электронов на
выходе из энергоанализатора
2.5 Механизм перемещения исследуемых образцов около входной диафрагмы энергоанализатора. Проверка отсутствия влияния изменения положения блока с образцами на получаемые энергетические спектры
2.6 Схема регистрации тока с образца и ускоряющего напряжения электронной пушки
2.7 Схема управления ускоряющим напряжением
электронной пушки.
2.8 Измерение тока первичного пучка электронов с
помощью дополнительного цилиндра Фарадея
2.9 Система автоматического управления экспериментальной установкой
Глава 3. Программа имитационного моделирования процессов взаимодействия электронов и ионов средних энергий с твердым телом
3.1 Общие сведения о созданной программе
3.2 Описание алгоритма I.
3.3 Апробация программы.
Глава 4. Метод расчета энергетических спектров электронов, отраженных от многокомпонентных мишеней.
4.1 Основное уравнение.
4.2 Рассеяние в однородной мишени
4.3 Многослойная модель рассеивающей среды.
4.4 Апробация метода.
Глава 5. Результаты послойного анализа образцов микро и
наноразмеров и их обсуждение
5.1 Экспериментальное определение состава микроструктур .
5.2 Экспериментальное определение состава микроструктур, полученных методом микродугового оксидирования
Заключение
Список литературы


Принцип действия гетеродинных приемников радиоизлучения основан на преобразовании принимаемого высокочастотного сигнала в сигнал промежуточной частоты при помощи смешения его с гетеродинными колебаниями в смесителе. В полосе промежуточной частоты сохраняется вся структура сигнала высокой частоты. Конструкция смесителя 0-0 ГГц диапазона частот Главным элементом смесителя для диапазона частот 0-0 ГГц (см. Принимаемое излучение вместе с гетеродинными колебаниями через входной волновод 2 и радиочастотный зонд 3 поступает на туннельный сверхпроводящий переход 7, в котором действие эффекта фотонно-стимулированного туннелирования приводит к возникновению результирующих колебаний промежуточной частоты. Типичная полоса промежуточной частоты составляет 2-4 или 4-8 ГГц. В описываемом смесителе (см. С обратной стороны радиочастотный зонд имеет изолированный канал 4, где может быть выделен сигнал промежуточной частоты и может быть введен постоянный ток для смещения сверхпроводящего перехода или ток подавления эффекта Джозефсона. Колебания гетеродина в данной конструкции подаются в волновод 2 через направленный ответвитель (на рисунке не показан). Подложка смесителя 5 изготовлена из кристаллического кварца и размещена в канале с докритическими размерами для предотвращения распространения волноводных мод. Радиочастотный зонд имеет круглую форму с радиусом составляющим приблизительно % от высоты волновода и имеет сопротивление от до 0 Ом. Рисунок 1. Компоновка смесителя. Джозефсона. Для работы смесителя эффект Джозефсона в сверхпроводящем туннельном переходе должен быть подавлен. Особенностью волноводного перехода нового типа является наличие дополнительного входа, позволяющего пропустить постоянный ток []. Джозефсона. Главное преимущество подобной цепи подавления эффекта Джозефсона это ее компактность, поскольку она использует существующую сверхпроводящую линию от встроенной цепи настройки сверхпроводящего перехода. Рисунок 1. Внешний вид смесителя. Сверхпроводящие ЫЬ/АЮ/ЫЬ переходы имеют размеры 1,7 х 1,7 мкм, нормальное сопротивление 7 Ом и критическую плотность тока 7,5 кА/см . Структуры изготовлены на кристаллической кварцевой подложке толщиной мкм. Процесс изготовления сверхпроводящих переходов основан на технологии выращивания КЬ/А1-АУМЬ сэндвича [,]. Эта технология обеспечивает наиболее воспроизводимые свойства сверхпроводящих переходов - % удовлетворительной продукции с номинальным значением нормального сопротивления и отклонением не превышающим %. Размеры микросхемы составили 1 мм х 0 мкм х мкм. Анализ структуры границы раздела Nb/Al, выполненный в данной работе, необходим для характеристики технологического процесса изготовления сверхпроводящих туннельных переходов. Исследованная композиционная пленка Nb/Al на подложке из кремния была приготовлена в лаборатории группы по разработке радиоастрономических приемников Чалмерского технологического университета, город Гетеборг, Швеция. Технология формирования композиционной пленки Nb/Al-AlOj/Nb включает в себя последовательное напыление слоев Nb и А1, составляющих пленку, а так же создание А1-А* туннельного барьера посредством окисления алюминиевого слоя []. Слой А* обладает диэлектрическими свойствами. Ниобий является одновременно и материалом сверхпроводящей металлизации, и составной частью Nb/Al-AlO^/Nb сэндвича. Последнее обстоятельство заставляет особенно внимательно отнестись к отработке процесса его напыления. Напыление слоев, составляющих композиционную пленку Nb/Al-AlCX/Nb выполняли in situ путем вакуумного магнетронного напыления в установке L0 фирмы Leybold AG. Особенностями этой установки являются безмаслянный вакуум на уровне 2-“6 Па, обеспечиваемый турбомолекулярным насосом в сочетании с охлаждаемой азотом ловушкой, и оснащение ее водоохлаждаемым поворотным столом. Чистота используемых материалов составляла: ниобий - , %, алюминий - ,9 %, аргон , %. Установка оснащена магнетроном Leybold РК-5 (5 мм диаметром) для напыления ниобия и магнетроном Leybold РК-0 (0 мм диаметром) для напыления алюминия.