Диссертация на тему "Разработка и анализ зондовых микромеханических устройств", скачать бесплатно автореферат по специальности 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

СОДЕРЖАНИЕ
Введение .

Глава 1. Зондовые микромеханические устройства. Конструирование

и технологии изготовления . . . . . .

1.1. Разновидности зондовых микромехатшческих устройств. . . .

1.2. Расчет параметров пленочных микросенсоров .

1.3. Разработка конструкций активных зондовых микромеханических устройств. . . . .

1.4. Технология изготовления зондовых микромеханических устройств. . .

1.5. Применение ионных пучков в технологии зондовых микромеханических устройств. . . . . . .

1.6. Тестирование зондовых микромеханических устройств. . . .

1.7. Выводы. .

Глава 2. Силовые взаимодействия в зондовых микромеханических
устройствах . . . . . . . . .
2.1. Расчет парных потенциалов взаимодействия . . . .
2.2. Межатомные силы в зондовых микромеханических устройствах. . .
2.2.1. Континуальное приближение . .
2.2.2. Приближение дискретных атомных плоскостей . . .
2.2.3. Силы Казимира в зондовых микромеханических устройствах. .
2.3. Силы взаимодействия с наноструктурными зондами. . . .
2.4. Капиллярные силы в зондовых микромеханических устройствах. . .
2.4.1. Термодинамический цикл в системе зондобразец . . .
2.4.2. Флуктуации основных термодинамических параметров . .
2.5. Выводы. .
Глава 3. Силы трения в зондовых микромеханических устройствах. . .
3.1. Адгезионный механизм трения в наноконтактах . . . .
3.2. Дислокационный механизм трения в наноконтактах. . . .
3.3. Статистическая теория трения в зондовых микромеханических устройствах. .
3.4. Диссипативные силы в бесконтактном режиме . . . .
3.5. Выводы. . . . . . . . . . .
Глава 4. Анализ режимов работы зондовых микромеханических
устройств. . . . . . . . . .
4.1. Режимы регистрации туннельного тока. . . . . .
4.2. Режим регистрации нормальных сил . . . . .
4.3. Модуляционные режимы . . . . . . .
4.4. Режим регистрации боковых сил . . . . . .
4.5. Режим регистрации акустической эмиссии . . . .
4.6. Выводы.
Глава 5. Моделирование и обработка сигналов в зондовых
микромеханических устройств . . . . .
5.1. Моделирование сигналов в зондовых микромеханических устройствах. . . . . . . . . . .
5.2. Применение методов молекулярной динамики и МонтеКарло. .
5.3. Искажения сигналов в зондовых микромеханических устройствах. .
5.4. Применение вейвлетпреобразования для обработки сигналов .
5.5. Выводы.
Глава 6. Некоторые применения зондовых микромеханических устройств
6.1. Спектроскопия в режиме регистрации нормальных сил . .
6.2. Спектроскопия в режиме регистрации боковых сил . . .
6.3. Исследование электрокапиллярного эффекта и
диэлектрических свойств . . . . . . .
6.4. Расчет парного потенциала взаимодействия атомов по данным атомносиловой спектроскопии . . . . . .
6.5. Режим модификации поверхности . . . . . .
6.6. Выводы.
Заключение . . . . .
Библиографический список .
Приложение 1 .
Приложение 2 .
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность

Литографические размеры зависят от длины волны экспонирования, поэтому для получения малых размеров элементов необходимо применять методы электронной или рентгеновской литографии. В работе [] описаны различные технологии изготовления кронштейнов с иглами из 8Ю2 и 3К4 для АСМ. Авторами предлагаются три способа получения зондов, имеющих форму пирамиды, конуса и тетраэдра. Радиус кривизны кончика составлял примерно нм. Гц до 0 кГц. При измерении точечного сопротивления и потенциометрии с помощью ACM предложено использовать п+-или р+- Si типа, а также пленки из Si3N. К недостаткам ЗМУ с нанесенными пленками можно отнести быстрый износ зондов и температурный дрейф, связанный с различием температурных коэффициентов линейного расширения пленки и основания. Другим принципиально новым подходом в полупроводниковой технологии ЗМУ является использование наноструктур - молекул фуллеренов, нанотрубок и «вискеров» (от англ. При изготовлении подобных структур базовый технологический маршрут дополняется такими процессами, как осаждение или выращивание из газовой фазы. Использование наноструктур в качестве зондов в ЗМУ имеет ряд преимуществ. Во-первых, они являются гидрофобными и слабо взаимодействуют с подвижным адсорбционным слоем, возникающим на поверхности образца в атмосферных условиях []. Во-вторых, фуллерены, нанотрубоки и вискеры обладают высокой механической прочностью. Эксперимент&пьно, например, обнаружено, что при больших значениях контактной нагрузки происходит скалывание мезоскопической части зонда или разрушение поверхности образца, а сам кончик иглы, изготовленный из наноструктурного материала, остается неповрежденным [,,]. При разработке новых ЗМУ необходимо предусматривать все конструктивные особенности, связанные с выбранным способом регистрации сигнала. В простейших конструкциях ЗМУ измерение деформаций гибкой консоли осуществляется посредством измерения туннельного тока, протекающего между тыльной стороной консоли и подводимым к ней дополнительным электродом-острием []. В настоящее время, однако, наиболее часто применяются оптические методы, основанные на наблюдении интерференции, или на отклонении луча лазера, отражающегося от чувствительного элемента [-]. Так, авторами [] разработана система, в котором перемещения датчика регистрируется с помощью оптического интерферометра. Упругий элемент изготовлен из вольфрамовой (У) проволоки диаметром мкм и длиной 3 мм, загнутой на конце под углом ° и имеющей острие с радиусом кривизны от 0 до 0 нм. Резонансная частота датчика составляла 5 кГц. Датчик освещался пучком света от газового лазера через объектив микроскопа. Интенсивности отраженного и опорного сигналов измерялись с помощью фотодиода. Чувствительность датчика к перемещениям составляла 0,1 нм, что соответствует силе ~ 0,1 нН. С помощью данного устройства в модуляционном режиме АСМ получены изображения поверхности графита и измерены силы притяжения и отталкивания. В работе [] предлагается конструкция ЗМУ для АСМ с высоким разрешением и возможностью исследования магнитных доменов. Для детектирования вибраций иглы используется интерферометр Майкельсона. Чувствительный элемент - игла из '^-проволоки диаметром мкм и длиной 0,5 мм освещается полупроводниковым лазером (А=0 нм). Отраженный сигнал интерферирует с частью прямого пучка. Рабочая частота датчика составляет кГц при амплитуде колебаний около 2 нм. Образец устанавливается на специальном пьезосканере предварительной установкой микрометром. Несмотря на высокую точность интерференционных методов измерения механических перемещений, в ЗМУ они применяются редко в основном из-за технической сложности конструкции. В связи с этим, наибольшее распространение получили ЗМУ, принцип работы которых основан на измерении отклонения луча лазера от изгибающейся гибкой консоли []. Схема реализуется с использованием двух- или четырехсекционного фотодиодов. В зависимости от схемы включения фотодиодов имеется возможность измерения нормальных и латеральных колебаний гибкой консоли. Подобные системы, в частности, применяются в отечественных мультимодовых зондовых микроскопах фирмы ЫТ-МБТ [].

Название работы	Автор	Дата защиты
Использование капилляров для формирования контакта металл-полупроводник	Поярков, Вячеслав Николаевич	2002
Повышение импульсно-частотных, тепловых и инжекционных характеристик биполярных кремниевых структур методом радиационно-термической обработки	Лагов, Петр Борисович	2017
Физические свойства полупроводниковых пленок диоксида олова для датчиков газов	Свистова, Тамара Витальевна	1999

Электронная библиотека диссертаций

Разработка и анализ зондовых микромеханических устройств