Методика нанооксидирования и травления поверхности n-InGaAs с помощью атомно-силового микроскопа

• Автор: Соколов, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСТРУКТУР ПОСРЕДСТВОМ СКАНИРУЮЩИХ ЗОНДОВЫХ МИКРОСКОПОВ, МЕХАНИЗМЫ ЛОКАЛЬНОГО ОКСИДИРОВАНИЯ
1.1 Методы локального оксидирования с помощью СЗМ
1.1.1. Локальное оксидирование с помощью СТМ
1.1.2. Локальное оксидирование с помощью АСМ
1.1.2.1. Локальное оксидирование с помощью ПК АСМ
1.2. Материалы для локального оксидирования с помощью АСМ
1.3. Факторы процесса локального оксидирования
1.3.1. Потенциал зонда
1.3.2. Время экспонирования
1.3.3. Влажность окружающей среды
1.3.4. Покрытие иглы зонда
1.3.5. Усилие зонда КАСМ
1.3.6. Амплитуда колебаний зонда ПКАСМ
1.3.7. Норма роста оксида
1.4. Преимущества и ограничения методов локального оксидирования с помощью СЗМ
1.4.1. СТМ-оксидирование
1.4.2. АСМ-оксидирование
1.4.2.1. Контактный режим
1.4.2.2. Полуконтактный режим
1.4.3. Рабочая атмосфера модификации
1.4.4. Перспективы развития методов СЗМ-оксидирования
1.5. Механизм локального оксидирования
1.5.1. Потенциал зондов относительно поверхности образца
1.5.2. Пороговое время пассивации поверхности
1.5.3. Свидетельства электрохимической природы формирования оксидов с помощью СЗМ
1.5.4. Химические реакции локального оксидирования
1.6. Физические ограничения метода локального оксидирования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Экспериментальная установка локального оксидирования
2.2. Методика локального оксидирования МЗаАз
2.2.1. Контактный АСМ
2.2.2. Полуконтактный АСМ
2.3. Методика макрооксидирования поверхности и-ШСаАя в гликоль-водном растворе для анодизации (АГВ)
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ЛОКАЛЬНОМУ
ОКСИДИРОВАНИЮ ТЧ-ШСААБ
3.1. Введение
3.2. Описание эксперимента

3.3. Результаты и обсуждения
3.3.1. АСМ-оксидирование в контактном режиме
3.3.2. АСМ-оксидирование в полуконтактном режиме
3.3.3. Травление оксидных линий в растворе РЛ7
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ И ЗНАЧИМЫХ ФАКТОРОВ
ЛОКАЛЬНОГО ОКСИДИРОВАНИЯ
4.1. Введение
4.2. Описание эксперимента
4.3. Результаты и обсуждение
4.3.1. Результаты по АСМ-оксидированию и травлению
4.3.2. Обсуждение механизма оксидирования
4.3.3. Макрооксидирование в растворе АГВ при освещении образца
4.3.4. Воспроизводимость процесса АСМ-оксидирования
4.4. Выводы
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Введение.
В последнее время разнообразные виды нанопроизводственных технологий были исследованы в попытке получить квантовые и одноэлектронные приборы (ОЭП) с хорошими характеристиками. [55, 35] В числе таких технологий - процесс сухого травления, самоорганизованный и селективный рост наноструктурированных массивов, [20, 55, 35, 51, 24] технология оксидирования, зависящая от геометрии 81 наноструктур (РАБОХ)[84] и оксидирование, базирующееся на сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). [32, 45, 66, 57, 46, 33]
В отличие от перечисленных методов, СЗМ-оксидирование реализует резкую смену материала от полупроводника (или металла) к оксиду, обеспечивая резкий потенциальный барьер для носителей, что способствует сильной квантовой локализации и применению оксида в качестве барьеров тунеллирования. В добавок к тому, нанометровое разрешение и способность квазинепрерывного (т-яШа) наблюдения за процессом также привлекательны для нанопроизводства с помощью СЗМ. И в самом деле, сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) или атомно-силовая микроскопия (АСМ) уже применялась для формирования различных видов единичных квантовых приборов и ОЭП. [32, 45]
Актуальность темы обусловлена тем, что метод оксидирования поверхности с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) стоит в ряду прецизионных методов экспериментальной физики, используемых при создании квантовых и одноэлектронных приборов, являющихся основой микро- и наноэлектроники ближайшего будущего. Для реализации подобного класса приборов необходима новая техника и методы литографии материалов с нанометровой точностью. В настоящее время ведется интенсивная разработка таких методов и процессов для литографии на нано-уровне.
Интенсивные исследования были проведены по СЗМ-оксидированию металлов, 81, СаАв, АЮаАв, ОаБЬ, АЮа8Ь и других полупроводников. [32, 45, 66, 57, 46, 33] Основанные

образца покрыта тонкой пленкой воды. [83] Известно также, что анодное оксидирование полупроводников может происходить или в атмосфере плазмы кислорода [39] или в растворе электролита. [61, 25]
В работе Эада1а й а1. [11] по оксидированию Б1 зонд СТМ имел положительную полярность. Применение отрицательной полярности зонда продемонстрировано рядом исследователей. [23, 30, 57, 74, 58, 54, 15, 94, 28, 22, 87] Большая высота окисных образований наблюдалась при отрицательной полярности зонда СЗМ.[11, 87] Это явилось решающим при выборе полярности зонда для формирования оксидов высотой более 5 нм.
Предположительно существуют два вероятных механизма локальной анодизации, участвующих в процессе и работающих параллельно:
1. анодизация через тонкую пленку воды, адсорбированной на поверхности подложки; [80]
2. усиленная электрическим полем оксидирование, которое помогает ионизированньм молекулам воды диффундировать через существующий оксид. [22]
Для большинства полупроводников напряженность поля при оксидировании,
ограничивающая диффузию ионов кислорода вглубь материала, составляет 10 В/см. Объяснение такого процесса оксидирования часто базируется на модели полевого оксидирования Кабрера и Мотга. [5]
1.5.2. Пороговое время пассивации поверхности.
Наряду с пороговым напряжением локального оксидирования существует пороговое время оксидирования поверхности. Пороговым временем оксидирования, или временем пассивации в макрооксидировании принято называть время формирования защитного слоя на поверхности материала, предотвращающего возникновение и протекание процессов коррозии. Отсутствие следов локальной модификации при определенной совокупности факторов объясняется невозможностью формирования оксида импульсом длительностью меньше порогового времени пассивации. Время начала образования окисных формирований