ВВЕДЕНИЕ 8
1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ЗОНДОВЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ
СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ 10
1.1. Т уннельная микроскопия 10
1.1.1 Электрохимическое травление 12
1.1.2 Перерезание ножницами проволоки из PtIr 13
1.2. Атомно-силовая микроскопия 15
1.2.1. Пирамидальные зонды 16
1.2.2. Зондовые датчики конической формы 17
1.3. Ближнепольная оптическая микроскопия 21
1.3.1. СБОМ зонды на основе оптического волокна 23
1.4. Заключение 27
2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ФОКУСИРОВАННЫХ ИОННЫХ
ПУЧКОВ 29
2.1. Торможение ионов в твердом теле 30
2.2. Пробеги ионов в твердом теле 32
2.3. Основные подходы к описанию торможения ионов в подложке 35
2.4. Распределения пробегов 37
2.5. Основные физические эффекты взаимодействия ФИП с подложкой. 38
2.5.1. Имплантация ионов 38
2.5.2. Распыление подложек фокусированным ионным пучком 40
2.5.3. Аморфизация подложки под действием ФИП 45
2.6. Литературный обзор 51
2.7. Заключение 53
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ
БАЛКИ ЗОНДА 55
3.1. Теоретическое моделирование 56
3.2. Численное моделирование методом конечных элементов 58
3.3. Заключение 60
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 62
4.1. Исследование влияния геометрических параметров зондовых
датчиков на точность и разрешающую способность 62
4.2. Экспериментальные исследования процессов наноструктурирования
поверхности с использованием фокусированного ионного пучка 64
4.3. Экспериментальные исследования процессов формирования микро- и
наноразмерных структур 69
4.4. Разработка конструкции зондовых датчиков для нанодиагностики поверхности твердых тел методом сканирующей ближнепольной оптической микроскопии 71
4.5. Тестирование сформированных зондов 76
4.6. Разработка технологии 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 87
На современном этапе развития технологии диагностики наноструктур и наноматериалов ключевое место занимают зондовые технологии, позволяющие производить анализ различных свойств материалов с разрешением в единицы нанометров. Основной проблемой зондовой нанодиагностики является задача формирования зондов с заданными характеристиками, которые дают возможность увеличить точность исследования и минимизировать возникающие артефакты. Традиционные технологические процессы изготовления зондов базируются на технологических операциях классической микроэлектроники, которые не позволяют варьировать параметры зондов в широких пределах.
Для разработки темы было изучено множество научных статей и проанализированы возможные методы решения данной проблемы. Было проведено сравнение различных методик, в которых метод фокусированного ионного пучка (ФИП) показал наилучшие результаты.
В таких исследованиях ключевую роль играют зонды, от их параметров зависит точность и разрешающая способность исследований. Традиционные технологические процессы не позволяют получить достаточно точные зонды. Для дальнейшего улучшения параметров зондовой нанодиагностики необходимо использование новых методов их создания.
В данной выпускной квалификационной работе для решения вышеперечисленных проблем применяется метод ионно-стимулированного осаждения проводящих материалов из газовой фазы. Формирование зондов для нанодиагностики методом ФИП позволяет преодолеть основные ограничения,используемых в настоящее время методов, а также повысить точность и разрешающую способность исследований.
В данной работе исследованы и разработаны конструктивно-технологические решения создания зондовых датчиков-кантилеверов с уникальными метрологическими характеристиками, применяемых в 8
сканирующей зондовой микроскопии. Разработана конструкция зондовых датчиков для нанодиагностики, а также разработаны экспериментальные макеты зондовых датчиков с улучшенными эксплуатационными параметрами с использованием ионно-лучевых нанотехнологий. Проведены фундаментальные исследования как параметров осаждения, так и параметров самих зондов.
В данной выпускной квалификационной работе были проведены исследования геометрических параметров зондовых датчиков, которые позволили определить наиболее оптимальную конструкцию зондовых датчиков. Также были экспериментально исследованы процессы наноструктурирования поверхности с использованием фокусированного ионного пучка, которые помогли внести соответствующие правки при создании зондов для более точного соответствия их заданным параметрам. Были экспериментально исследованы процессы формирования микро- и наноразмерных структур. Результаты использовались при формировании зондовых датчиков, с целью оптимизации материальных и временных затрат. Были разработаны конструкции зондов для различных методик нанодиагностики поверхности. Данный этап позволил разработать оптимальную конструкцию зондовых датчиков, которые обладают высокой надежностью и точностью. Были проведены теоретические исследования параметров разработанных конструкций, что позволило внести правки в конструкции для улучшения параметров получаемых зондовых датчиков. Поставленные задачи выполнены в полном объеме. Результаты научно¬исследовательской работы могут использоваться при создании зондов согласно разработанным конструкциям, с использование оптимальных параметров ФИП. Создание зондовых датчиков по данной технологии позволяет снизить стоимость производства, так как материал расходуется более эффективно, также при использовании в качестве основы сломанных зондов, уменьшаются затраты на изготовления каждого кантилевера. Разработанные зондовые датчики обладают улучшенными характеристиками (такими как повышенные точность и надежность; уменьшенное количество артефактов и т. д.) по сравнению с коммерчески доступными аналогами.
