eng
Содержание
Введение
Глава 1.
Зондовая микроскопия и нанотехнология .......................................... 7
1.1.
Зондовые микроскопы для технологических
приложений .................................................................... 13
1.2.
Зондовая микроскопия углеродных нанотрубок............ 24
1.2.1.
Атомная структура углеродных нанотрубок ........ 26
1.2.2.
Методы селекции углеродных нанотрубок
по размерам, форме, тонкой структуре ......................... 34
1.3.
Зондовая нанотехнология: взгляд на развитие ............... 37
Литература ................................................................... 42
Глава 2.
Теоретическое и экспериментальное исследование процессов
формирования наноразмерных структур с помощью
проводящего зонда ................................................................... 44
2.1.
Физико&химические эффекты в зондовой
нанотехнологии ............................................................... 45
2.2.
Концепция зондовой нанотехнологии
в газовых и жидких средах .............................................. 50
2.3.
Контактное формирование нанорельефа
поверхности подложек .................................................... 58
2.4.
Бесконтактное формирование нанорельефа
поверхности подложек .................................................... 62
2.5.
Локальная «глубинная» модификация
поверхности полупроводниковых подложек ................ 63
2.6.
Локальная электродинамическая модификация
поверхности подложек ..................................................... 67
2.7.
Межэлектродный массоперенос с нанометровым
разрешением ................................................................... 71
2.8.
Модификация свойств среды в зазоре между
проводящим зондом и подложкой ................................. 76
Содержание
nevolin_00-02_7.P65 3 28.06.2005, 18:59
Black
2.9.
Электрохимический массоперенос ................................. 83
2.10.
Массоперенос с помощью газовой среды ..................... 85
2.11.
Локальное анодное окисление ....................................... 86
Литература ................................................................................. 90
Глава 3.
Зондовые нанотехнологии создания элементной
базы наноэлектроники .............................................................. 93
3.1.
Квазиодномерные проводники как активные
элементы наноэлектроники ......................................... 106
3.2.
Зондовое формирование полимерных микропроводников
3.3.
Методы формирования металлических квазиодномерных
микропроводников на подложках ............................... 111
3.4.
Создание элементов металлической
наноэлектроники .......................................................... 116
3.5.
Нанотранзисторы на основе углеродных
нанорубок. Инверторы. ................................................ 123
3.5.1.
Метод приготовления проводников
на основе пучка углеродных нанотрубок .......... 123
3.5.2.
Репозициоирование и модификация
углеродных нанотрубок на подложках .............. 128
3.5.3.
Исследование характеристик макетов
нанотранзистора и инвертора на основе
углеродных нанотрубок ...................................... 133
3.6.
Углеродная наноэлектроника ........................................ 137
Литература .............................................................................. 143
Заключение ............................................................................. 148
Предисловие автора
В монографии изложены научные результаты, полученные на
протяжении двадцатилетнего опыта работы автора с коллективом
сотрудников и аспирантов в Московском государственном институте электронной техники (технический университет) (МИЭТ). За это
время в мире получено значительное количество результатов по зондовой нанотехнологии. В связи с этим монография не претендует на
обзор известных публикаций и тем более на их обобщение, она, на
наш взгляд, отражает только некоторые достижения и тенденции в
развитии зондовой нанотехнологии. Сами по себе зондовые методы
нанотехнологии имеют общедисциплинарное значение и успешно
используются, например, в материаловедении, биологии и медицине. В этом смысле монография полезна и читателям, нацеленным на
эти дисциплины. В монографии описаны развитые нами и другими
авторами методы зондовой нанотехнологии, направленные на создание элементной базы наноэлектроники.
В 1985 году была выполнена первая теоретическая работа по управляемому массопереносу с нанометровым разрешением. После
выступления на ряде семинаров стало ясно, что без развертывания
экспериментальных исследований продвинуться по пути зондовой
нанотехнологии не возможно. И такие исследования были начаты. В
мае 1987 г. был построен сканирующий туннельный микроскоп, предназначенный для технологических исследований. В 1988 г. получены
первые в стране результаты по бесконтактной модификации металлических подложек, а в 1989 г. – результаты по формированию ква&
зиодномерных структур в диэлектрических средах. В 1992 г. созданы
дискретные элементы с перестраиваемыми нелинейными проводящими свойствами. В 1993 г. построены технологические туннельные
микроскопы ТТМ&2, совмещенные с оптическими устройствами. На
этих микроскопах получены значительные экспериментальные результаты, явившиеся основой ряда кандидатских и докторской диссертации. Эти микроскопы до сих пор успешно «противостоят» студентам в лабораторных работах, позволяя им наблюдать атомную
структуру поверхности пиролитического графита.
В марте 1999 г. был создан учебно&научный центр «Зондовая микроскопия и нанотехнология» при непосредственном участии компании «НТ&МДТ» (Ген. директор В.А.Быков) на базе лаборатории туннельной микроскопии и нанотехнологии. Центр предназначался для
обучения студентов старших курсов и аспирантов по новым направлениям и специальностям, проведения научных исследований на передовой экспериментальной базе. В 2003 году создан центр коллективного пользования «Нанотехнологии в электронике», оснащенный
четырьмя атомно&силовыми микроскопами линии Solver и семью
учебными зондовыми микроскопами. За последнее время в центре
созданы экспериментальные образцы элементов наноэлектроники на
основе углеродных нанотрубок, в том числе нановаристоры, нанотранзисторы, инверторы.
В центре коллективного пользования поддерживается обучение
студентов и аспирантов по недавно открытой в России специальности «нанотехнологии в электронике». Автором читаются курсы лекций «Методы зондовой микроскопии», «Методы зондовой нанотехнологии». Первое учебное пособие «Основы туннельно&зондовой
нанотехнологии» издано в 1996 г. (М. МИЭТ, 1996, 91 с.) Дополненный вариант пособия можно найти на сайте www.nanotube.ru. Материалы пособия составляют часть этой книги.
На разных этапах работы существенную поддержку оказали Виталий Дмитриевич Вернер, Виктор Александрович Быков, Юрий
Александрович Чаплыгин, за что автор им искренне благодарен.
В литературных ссылках напечатано множество фамилий сотрудников и аспирантов, которые в разное время работали и работают со
мной. Каждый из них внёс частицу труда в познание нового. Мы вместе испытали горечь неудач и радость достижений. Всем им я безмерно благодарен.
Автор благодарен В.Н. Рябоконь за внимательное прочтение рукописи и сделанные замечания, особенно в части выработки единой
терминологии.
Друзья мои! Идите твердым шагом по стезе,
ведущей в храм согласия, а встречаемые
на пути препоны преодолевайте
с мужественною простотою льва.
К. Прутков
Задача уменьшения линейных размеров используемых элементов микросхем – одна из основных в микроэлектронике. Создание элементов
схем с характерными размерами порядка единиц и десятков нанометров качественно меняет электронику и переводит ее в новую область –
наноэлектронику. Изменяется и физика работы элементов – они будут
работать преимущественно на принципах квантовой механики [1].
Создание интегральных наноэлектронных квантовых схем методами
нанотехнологии, по существу, – одна из конечных целей.
Зондовую нанотехнологию можно определить как регламентированную последовательность способов и приемов формирования, модификации и позиционирования элементов нанометровых размеров,
состоящих в том числе из отдельных молекул и атомов, на поверхности подложек с помощью острийного зонда и возможность одновременной их визуализации и контроля.
По&видимому, о верхней границе значений величин объектов различных нанотехнологий в мире смогли договориться, и она составляет не более 100 нм для одного из размеров объектов. В США определили и нижнюю границу величины объектов нанотехнологии – она
не должна быть менее 1 нм. В связи с этим заметим, однослойные
углеродные нанотрубки являются молекулами с диаметром менее 1 нм
(длина их может превышать 100 нм) и, тем не менее, они успешно
используются для создания функциональных элементов не только
наноэлектроники. Твердотельный острийный зонд далее будем просто называть зондом.
Традиционные методы, включающие создание масок на поверхности полупроводниковой пластины с последующим применением
микролитографий все более высокого разрешения, в том числе рентгено, электроно и ионной литографий, а также синхротронного
излучения привели к созданию элементов с нанометровыми поперечными размерами [2,3]. Однако создание элементов на основе отдельных молекул и атомов традиционными путями невозможно.
Изобретение в 1982 г. Г. Биннигом и Г. Рорером, сотрудниками
швейцарского филиала фирмы IBM, сканирующего туннельного
микроскопа (СТМ) открыло, прежде всего, новый путь для неразрушающего контроля и анализа металлических и полупроводниковых подложек с разрешением до 0,01 нм [4]. С помощью СТМ получено изображение поверхности с атомным разрешением различных проводящих монокристаллических и поликристаллических
материалов, разработаны новые методы исследования поверхностей твердых тел [5&11].
Принцип работы СТМ прост. Зонд сканирующего туннельного
микроскопа представляет собой металлический игольчатый электрод
(острие), закрепленный на трехкоординатном пьезоприводе (сканере) и располагающийся перпендикулярно исследуемой поверхности.
С помощью сканера зонд подводится к поверхности образца до возникновения туннельного тока, который определяется, прежде всего,
величиной зазора между зондом и поверхностью, а также величиной
напряжения между ними. Если при сканировании туннельный ток
поддерживать постоянным путем использования системы обратной
связи, то с помощью зонда можно получать непосредственную информацию о рельефе поверхности.
СТМ является уникальным инструментом для исследования физики поверхности на атомном уровне. Туннельная микроскопия по&
верхности позволила исследовать различные процессы, в том числе
изменение структуры поверхностей при различных процессах химического или ионного травления, а также позволила визуализировать
разнообразные процессы при осаждении пленок [12].
Создатели туннельного микроскопа, по&видимому, первыми
предложили его технологическое использование для получения проводящих дорожек с помощью испарения материала с туннельного
зонда [13]. Последующие исследования показали, что на базе СТМ
возможна разработка новой технологии зондовой нанотехнологии
(существенно отличающейся от традиционных подходов), в основе
которой лежит применение острийного зонда как для визуализации
объектов на подложке, так и для формирования, модификации и позиционирования их в нанометровых областях [14&16].
Идея применения зонда для сканирования поверхности подложки оказалась чрезвычайно плодотворной. Были созданы сканирующие
атомно&силовые микроскопы (АСМ) [17], в которых зонд крепится на
свободном конце гибкой пружинной консоли (кантилевера, cantilever,
англ. – консоль), другой конец которой закреплен в держателе (чипе).
Это устройство, включающее зонд, кантилевер и чип, называется зондовым датчиком АСМ (однако в литературе нередко это устройство
называют просто кантилевер). Изгиб кантилевера с зондом, как правило, регистрируется с помощью отраженного лазерного пучка света и
регистрируется фотоприемником. АСМ позволяют исследовать рельеф поверхности диэлектрических подложек с разрешением вплоть до
атомного. Были созданы и другие типы зондовых микроскопов, например, микроскопы с термическими зондами и т.п. [18&20].
Зондовая нанотехнология (ЗНТ) начала развиваться по двум направлениям: высоковакуумная нанотехнология и нанотехнология в
газах и жидкостях при атмосферном давлении, поскольку были созданы зондовые микроскопы, работающие как в высоковакуумных, так и
в атмосферных условиях.
Основное преимущество высоковакуумной ЗНТ возможность
иметь исходно чистые подложки в чистом объеме, что позволяет манипулировать с отдельными молекулами и атомами. Однако массоперенос между зондом и подложкой, накопление молекул и атомов на
подложке, возможность их ухода из межэлектродного зазора и поступление примесей из вакуумного объема влияют на условия на поверхности и в объеме. Концепция ЗНТ в газах и жидкостях исходит из того,
что при наличии соответствующим образом подобранных технологических носителей ультравысокой чистоты возможно получение результатов, не уступающих по многим параметрам нанотехнологии в глубоком вакууме. Объекты воздействия в этом случае уже не отдельные атомы, а наноразмерные молекулы и образования с размерами ~ 10–30 нм,
например кластеры [21]. Такую технологию будем называть атмосферной нанотехнологией.
Традиционные литографии высокого уровня разрешения с использованием масок и шаблонов ведут от микротехнологии к субмикротехнологии, и, в конечном счете, к нанотехнологии (в любом случае
этот путь развития технологии необходим для поддержки ЗНТ (см.
рисунок 1.1)). Зондовые микроскопы позволяют, используя результаты традиционных технологий, продвинуться к созданию уникальных
функциональных нанообъектов, в том числе элементов наноэлект&
роники (полагаем, что электронные и ионные литографы и технологические устройства, использующие пучки заряженных частиц, применяются в традиционной микротехнологии). Такой путь развития нанотехнологий выгодно отличается тем, что он позволяет одновременно и контролировать, и визуализировать процессы нанотехнологии. Этот факт, на наш взгляд, существенен, поскольку возможно неконтролируемое создание нанообъектов, агрессивных для окружающей природы.
В конце девяностых годов прошлого века предсказывалось, что
вакуумная и атмосферная нанотехнологии должны привести сначала к созданию дискретных устройств наноэлектроники [22] в виде
отдельных функциональных элементов (в том числе устройств памяти со сверхплотной записью информации), а в последующем – интегральных квантовых схем с нанометровыми размерами элементов.
Рис. 1.В. Развитие нанотехнологий в электронике
При этом в полной мере будут реализованы идеи молекулярной электроники [23], когда предполагается использование и модификация
отдельных молекул. Более простой, но более «грубой» элементной базой наноэлектроники могут быть металлические и полупроводниковые кластеры, покрытые лигандами органических и неорганических
соединений [24]. Эти образования с характерными размерами до 30
нм сами по себе обладают уникальными свойствами. Лигандное покрытие переводит их в устойчивые состояния. В свою очередь, лигандные кластеры могут образовывать, например, металлоцепи с металлической связью между остовами. Элементная база на основе лигандных кластеров, по-видимому, сделает возможным создание интегральных схем, работающих, в частности, на основе эффекта дискретного одноэлектронного туннелирования [25], в том числе ОЗУ со
сверхбольшой производительностью и емкостью на кристалле. Мно
гие из этих предсказаний к настоящему времени подтверждаются [26]
и это будет показано ниже.
Литература
1. Bate R.T. Nanoelektronics// Solid State Technology. – 1989. – N11. – P.101&108.
2. Никишин В.И., Лускинович П.Н. Нанотехнология и наноэлектроника//
Электронная промышленность. – 1991. – N3 – С.413.
3. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике. Под ред. А.Л. Асеева.
Новосибирск. Изд&во Сибирского отделения РАН. 2004. 367 с.
4. Пат. США 4343993. Aug.4, 1982. Scanning tunneling microscope/ G.Binning,
H. Roher.
5. Ревокатова И.П., Силин А.П. Вакуумная туннельная микроскопия – новый
метод изучения поверхности твердых тел // УФН. – 1984.Т.42. – N1. –
С.159&162.
6. Бинниг Д., Рорер Г. Растровый туннельный микроскоп // В мире науки. – 1985.
– N10. – С.26&33.
7. Панов В.И. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия
поверхности. //УФН. – 1988. – Т.155, N1. – С.155-158.
8. Куейн Ф. Вакуумное туннелирование, новая методика в микроскопии// Физика
за рубежом. – М.: 1988. – Сер. А. – С.93-111.
9. Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения
к юности// УФН. – 1988. – Т.154. – Вып.2. – С.261-278.
10.Кук И., Стивенсон П. Растровая туннельная микроскопия// Приборы для
научных исследований. – 1989. – N2 – С.3-22.
11. Эдельман В.С. Сканирующая туннельная микроскопия// Приборы и техника
эксперимента. – 1989. – N5. – С.25-49. Развитие сканирующей туннельной и
силовой микроскопии// ПТЭ. – 1991. – N1. – С. 24&42. Развитие сканирующей
туннельной микроскопии// УФН. – 1991. – Т.161. – N3. – С.168170.1
nevolin_00-02_7.P65 11 28.06.2005, 18:59
Black
12 Литература
12.Шермергор Т.Д., Неволин В.К., Аликперов С.Д. РТМ: перспективы применения в
микроэлектронике// Зарубежная электронная техника. – 1987. – Вып.4(311). –
С.82&90.
13.Пат. 4.550257 США. Oct.11.1985. Narrow line width Pattern Fabrication. G.Binning,
M.Feenstra, T.Hedgson, a.o.
14. Неволин В.К., Хлебников Ю.Б., Щермергор Т.Д. Нанотехнология с помощью
РТМ: первые результаты// Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника –
1989. – Вып.5(134) – С.3&9.
15. Shang T.H.P., Kern D.P., Kratschwer J.O. a.o. Nanostructure tehnology// IBM. J. Res.
Develop. – 1988. – Vol.32, N4. – Р.462&492.
16. Shedd G.M., Russell P.E. The scanning tunneling microscope as a tool for
nanofabrication
// Nanotechnology. – 1991. – N1. – Р.67&80.
17. Binnig G., Quate G.F., Gerber Ch. Atomic force microscopy// J. Phys. Rev. Lett. –
1986. – Vol.56 – Р.930.
18. Миронов В.Основы сканирующей зондовой микроскопии. Техносфера. Москва. 2004.
143 с.
19. Быков В.А., Лазарев М.И., Саунин С.А. Сканирующая зондовая микроскопия для
науки и промышленности.//Электроника: наука, технология, бизнес. 1997. №5.
С.7&14.
20.Володин А.П. Новое в сканирующей микроскопии.//Приборы и техника
эксперимента. 1998. №6. С.3&42.
21. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. – М.: Наука, 1986. – 243 с.
22. Scanning tunneling engineering / G.Schneiker, S.Hameroff, M.Voelker a.o. /
J. of Microsc. – 1988. – Vol.152, – N2, – Р.585&596.
23.Рамбиди Н.Г., Замалин В.Н. Молекулярная микроэлектроника: физические
предпосылки и возможные пути развития// Поверхность. Физика, химия,
механика. – 1986. – N8 – С.5&30.
24.Губин С.П. Химия кластеров: достижения и перспективы// Журнал Всесоюзного
химического общества им. Д.И. Менделеева. – 1987. – Т.32, вып.1. – С.3&11.
25.Лихарев К.К. О возможности создания аналоговых и цифровых интегральных
схем на основе эффекта дискретного одноэлектронного туннелирования//
Микроэлектроника. – 1987. – Т.16, вып.3, – С.195&209
26. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. (перевод с английского под ред.
Ю.И.Головина) Техносфера. Москва 2004. 327 с.
ГЛАВА 1
ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ
И НАНОТЕХНОЛОГИЯ
В настоящее время имеется множество обзоров (см. Введение) и издано достаточное количество книг [1&4] по зондовой микроскопии,
позволяющих подробно ознакомиться с методами зондовой микроскопии, с устройством зондовых микроскопов. Прародителем всех
зондовых микроскопов можно считать профилограф, в котором с
помощью острой иглы «ощупывается» поверхность образца по некоторой траектории. С помощью электромеханического устройства
нормальные к поверхности перемещения острия в увеличенном масштабе записываются на бумажную ленту. В результате получается
профилограмма, позволяющая судить о шероховатости поверхности. Прогресс в материаловедении, механике и электронике позволили усовершенствовать это устройство. Стало возможным проводить
сканирование на некотором участке поверхности и получать трехмерное её изображение. Зондовые микроскопы стали называться по физическому принципу, используемому для «ощупывания» поверхности. Далее нас будут интересовать сканирующие туннельные микроскопы (СТМ) и атомно&силовые микроскопы (АСМ).
В СТМ используется туннельный эффект. Ток, который регистрируется в каждой точке, весьма чувствителен к расстоянию между
зондом и поверхностью подложки. Как правило, в таких микроскопах напряжение между электродами поддерживается постоянным.
В СТМ применяются два основных метода, метод, в котором управляющая электроника поддерживает постоянным туннельный ток,
измеряя его по несколько раз в каждой точке при сканировании,
называют методом «постоянного тока». Этот метод является довольно «медленным», и применяется он, как правило, при сканировании больших участков поверхности. Метод «постоянной высоты»
используется при исследовании малых и достаточно плоских поверхностей для получения атомного разрешения в плоскости сканирования. В этом случае обратная связь, поддерживающая заданную величину туннельного тока, «загрубляется» или отключается.
Для технологических приложений АСМ используются обычно два
метода: контактный и полуконактный. В контактном методе степень
прижатия острия может регулироваться за счет начального изгиба
кантилевера. В полуконтактном методе зонд периодически с некоторой частотой касается поверхности. Это более «щадящий» метод.
1.1. Зондовые микроскопы
для технологических приложений
Рассмотрим основные требования к отдельным частям конструкции зондовых микроскопов с точки зрения применения их в качестве технологических устройств, работающих в нормальных атмосферных условия. Эти сведения необходимы для выбора подходящего зондового микроскопа и реализации возможных технологичес&
ких приемов.
Современный зондовый микроскоп как прибор для научных
исследований можно условно представить в виде суммы четырех компонентов:
• механическая часть, включающая в себя: зондовый датчик; сканер для перемещения зонда; координатный стол для размещения и
обслуживания исследуемого (обрабатываемого) образца; систему грубого подвода зонда к образцу; устройство защиты от нежелательных
посторонних воздействий и создания определенных условий в области взаимодействия зонд-образец;
• электронная система: блок управления отдельными узлами механической части; электронные платы формирования воздействующих импульсов; электронная управляющая машина;
• методики измерений и воздействий, в функции которых входят:
обоснование применяемого способа измерений; адекватная интерпретация полученных результатов; совмещения во времени процессов слежения за туннельным током и процессов локального воздействия на подложку;
• программное обеспечение, включающее функции: управление
работой микроскопа; проведения технологических операций; накопление и обработку полученных результатов.
В настоящем параграфе рассмотрим только механическую часть
микроскопа, изучение которой поможет глубже понять принципы
работы микроскопов и возможности их при технологических исследованиях. Описание принципов построения электронных блоков и
электронных схем, как правило, можно найти в Руководствах пользователя, предоставляемых поставщиками. Методики измерений и воздействий важны и заслуживаают особого рассмотрения.
Программное обеспечение – наиболее мобильный компонент
микроскопов и имеет подчиненное значение. Алгоритмы применяемых программ могут и должны быть сформулированы на основании
методики измерений и реальных возможностей механической и электронной частей микроскопов.
Рассмотрим возможные реализации механической части микроскопа и требования, которые предъявляются к микроскопу, когда он
применяется для технологических исследований. Хотя микроскоп
проектируется как единое целое, выделим узлы, выполняющие отдельные функции.
Острийный зонд. Зонд определяет полезное увеличение микроскопа. Наиболее важная характеристика зонда – радиус закругления
острия, который влияет на поперечные размеры области предельно
достижимого разрешения. Обычно предпочтение отдается зондам с
меньшими значениями радиуса острия, хотя иногда поперечные размеры исследуемых структур этого не требуют, а сложность изготовления зонда значительно повышается с уменьшением радиуса острия.
Следует учитывать, что радиус острия является основной, но далеко не единственной характеристикой зонда. Материал определяет
устойчивость зонда к физико&химическим воздействиям. При использовании зонда в качестве инструмента нанотехнологии к нему могут
предъявляться особые требования по химической стойкости, твердости, частоте собственных изгибных механических колебаний (в
особенности для кантилеверов), механической прочности, повторяемости геометрической формы и т.п. Суммируя изложенное выше,
можно сказать, что в каждом конкретном случае необходимо иметь
зонд с приемлемым радиусом острия и с определенным набором физико&химических и геометрических параметров.
Сканер для микроперемещений зонда. Для исследования поверхности образца на определенной площади в микроскопе используется
измерение ее свойств в некотором множестве точек, равномерно
Зондовые микроскопы для технологических приложений
расположенных в интересующей области. Перемещение зонда от точки к точке осуществляется с помощью сканера, к которому предъявляются следующие требования:
• отсутствие дрейфов, точность и повторяемость позиционирования зонда;
• долговременная стабильность параметров:
• термическая стабильность позиционирования;
• требуемый диапазон перемещений по каждой из координат;
• достаточное быстродействие.
Существует много физических эффектов, которые могут быть
использованы для перемещения зонда. Однако в настоящее время для
этой цели применяется, главным образом, обратный пьезоэффект в
поляризованной пьезокерамике на основе цирконата&титоната свинца. В отечественных конструкциях широкое распространение получила пьезокерамика
ЦТС-19.
Пьезокерамика представляет собой стеклообразную матрицу с
вкраплениями в нее зернами пьезоэлектрического материала. В процессе спекания керамики либо после она подвергается воздействию
электрического поля (поляризуется) и становится пьезоактивной.
Сразу после поляризации состояние керамики далеко от равновесного. Поэтому для обеспечения достаточной стабильности во времени требуется ее состаривание. Данный процесс может протекать от
нескольких часов при искусственном, до 1 года при естественном старении [5]. По окончании процесса параметры пьезокерамики приходят к своим равновесным значениям, и в дальнейшем их стабильность
зависит, главным образом, от режимов эксплуатации.
При работе сканера необходимо выполнение требования малости деформаций, обусловленное законом Гука. Если принять в качестве максимально допустимой относительной деформации значение 10-5, то можно определить максимально допустимую напря&
женность управляющего электрического поля. Практически во всех
известных конструкциях пьезосканеров вектор напряженности управляющего электрического поля коллинеарен вектору поляризации керамики, поэтому максимальная деформация пьезоэлемента
определяется значением пьезомодуля d33. Для пьезокерамики ЦТС-19 (d33 =2 10&12 м/В) получаем значение поля Е ~ 5 104 В/м. Превышение этой величины приведет к значительному росту гистерезиса
и дрейфа, связанных с остаточными пластическими деформациями
пьезоэлемента.
Ограничение максимальной напряженности управляющего поля
имеет большое значение также для минимизации нелинейности преобразования, определяемой явлением электрострикции, при которой
деформация пропорциональна Е2.
Большое значение для высокой долговременной стабильности
имеет полярность управляющего напряжения. Незначительные изменения параметров сканера будут наблюдаться в том случае, когда
его полярность будет совпадать с полярностью напряжения, при котором осуществлялась поляризация пьезокерамики. В противном
случае будет наблюдаться постепенная переполяризация материала,
сопровождаемая изменением параметров сканера.
Термостабильность сканера определяет точность позиционирования зонда при изменении температуры. Пьезокерамика ЦТС-19
имеет сравнительно небольшой температурный коэффициент линейного расширения, примерно 6 10&6 см/К [6]. Однако изменение температуры на 1 К при длине пьезоэлемента 1 см приведет к его удлинению на 60 нм, что может оказаться неприемлемо большим для ряда
применений микроскопов.
Кроме термостатирования всей конструкции микроскопа, существуют два способа повышения термостабильности пьезосканера.
Первый из них – введение в конструкцию сканера или его держателя
элементов, компенсирующих тепловой дрейф. Второй способ основан на свойствах симметрии конструкции сканера: если конструкция имеет плоскость симметрии, то при однородном нагреве элементов все ее точки будут смещаться параллельно этой плоскости.
Поддержание туннельного зазора или степени прижатия зонда
осуществляется с помощью системы автоматического регулирования.
Точность и быстродействие системы в значительной степени зависят
от фазочастотных характеристик объекта регулирования. Наличие в
этих характеристиках резонансов приводит с точки зрения устойчивости системы регулирования к выбору частоты среза ниже частоты
резонанса. Таким образом, низшая резонансная частота объекта ограничивает быстродействие всей системы регулирования.
Для получения стабильных и повторяемых результатов необходимо, чтобы величина дрейфа за время сканирования исследуемого
участка поверхности была меньше характерных размеров регистрируемых структурных особенностей исследуемой поверхности. Эта
величина зависит от скорости дрейфа и от времени получения сканированного изображения. Таким образом, приемлемые значения
Зондовые микроскопы для технологических приложений
дрейфа можно обеспечить как повышением общей стабильности сканера, так и уменьшением времени получения сканированного изображения за счет роста быстродействия сканера.
В случае технологического устройства положение несколько иное.
Технологическое воздействие на выбранную точку образца потребует некоторого времени. По&видимому, это время будет немного больше того, которое необходимо в исследовательских микроскопах для
регистрации положения данной точки. Именно это время, а не быстродействие сканера будет определять время обработки полного кадра. Поэтому в случае технологического устройства особое значение
имеет обеспечение низкой скорости дрейфа.
Координатный стол. Наличие перемещения исследуемого образца совершенно обязательно в микроскопах, претендующих на при&
менение в качестве инструмента нанотехнологии. Кроме того, в этом
случае большое значение имеет ориентация поверхности образца в
пространстве. Ее горизонтальное расположение, когда нормаль к
поверхности направлена вверх, позволяет достаточно просто реализовать ряд технологических приемов, например, работу в жидкой среде. Именно такая ориентация использовалась в разработанных нами
моделях СТМ [7].
Основное требование к системе перемещения образца в плоскости X&Y – обеспечение минимального шага, сравнимого с размерами
области сканирования, и отсутствие механических дрейфов в состоянии покоя.
Наличие возможности перемещения образца желательно дополнить системой, позволяющей контролировать положение зонда над
исследуемой поверхностью. Оптический микроскоп позволяет реализовать позиционирование зонда микроскопа с точностью поряда 1 мкм, что ограничено его разрешающей способностью. Однако
при возможности точного перемещения образца этой величины
может оказаться вполне достаточно для некоторых применений
микроскопов.
Система грубого подвода по Z. В процессе работы микроскопа острие зонда перемещается вдоль исследуемой поверхности образца,
касаясь её или оставаясь от нее на расстоянии около 1 нм (в направлении Z) в зависимости от режима сканирования. Так как диапазон
перемещений зонда в направлении нормали к поверхности образца,
обеспечиваемый сканером, обычно не превышает 1&2 мкм, то становится очевидной необходимость иметь в конструкции микроскопа
систему грубого подвода образца по Z. Кроме обеспечения начального приближения зонда к поверхности образца, она может быть использована для корректировки положения образца по Z в случае его
нежелательного изменения, например, дрейфа.
Рассмотрим основные требования к параметрам этой системы.
Ее минимальный (уверенно обеспечиваемый) шаг должен быть в несколько раз меньше диапазона перемещения сканера в направлении Z.
Например, если диапазон перемещения сканера Z=1 мкм, то грубый
подвод должен осуществляться с шагом около 0.1 мкм.
Диапазон перемещений, который должна перекрывать система
грубого подвода, определяется той точностью, с которой образец фиксируется на координатном столе. Если начальное расстояние зонд-образец регистрируется с помощью простейшего оптического устройства,
например, лупы, то его можно установить на уровне 20–50 мкм, а в
случае контроля невооруженным глазом – на уровне 200–500 мкм.
Ввиду того, что система грубого подвода включается в механи&
ческую связь зонд&образец, она не должна заметно снижать жесткость
этой связи. Также недопустимо значительное увеличение механических и термических дрейфов.
Как видим, требования, предъявляемые к системе грубого подвода, аналогичны таковым для перемещения координатного стола.
Поэтому и способы реализации этих систем имеют много общего.
Устройство защиты. Большое значение для нормальной работы
микроскопа имеет устранение дестабилизирующих факторов, как внутренних, так и внешних. Например, в первых конструкциях СТМ особое внимание уделялось ослаблению влияния механических колеба&
ний, способных вызвать неконтролируемые изменения величины туннельного промежутка. Так, плита, на которой был установлен СТМ, с
помощью эффекта Мейснера подвешивалась над сверхпроводником.
Другой способ борьбы с вибрациями – повышение жесткости механической связи зонд&образец. Подробное рассмотрение вопросов виб&
роизоляции можно найти в многочисленной литературе [1-3].
Не меньшую опасность для работы микроскопа могут представлять акустические шумы. В случае работы микроскопа в атмосферных условиях они могут вызвать механические колебания отдельных
элементов конструкции, минуя систему виброизоляции. Уменьшению акустических помех способствуют повышение жесткости всей
конструкции микроскопа и применение экранов из звукопоглощающих материалов, [8].
Зондовые микроскопы для технологических приложений
Ввиду того, что при работе зондовых микроскопов из&
меряются электрические сигналы, требуется его защита от
электромагнитных наводок,
которые могут иметь как
внешнее, так и внутреннее
происхождение. Например,
при увеличении скорости развертки сканера в СТМ стано&
вятся существенными паразитные емкости между электродами сканера и входными
цепями предусилителя туннельного тока. Для подавле&
ния электромагнитных наводок, кроме экранов, широко
применяются также схемы, устойчивые к помехам.
При использовании зондовых микроскопов в качестве
инструмента нанотехнологии
необходимо создавать определенные условия в зазоре между острием и подложкой.
К ним может относиться, например, определенная газовая
среда или освещенность. По-видимому, для этих целей наиболее целесообразно применить герметичную камеру (колпак), который позволит также предохранить оператора от вредных воздействий.
Рассмотрим устройство сканирующего туннельного микроскопа
ТТМ&2 [9] как пример реализации требований, сформулированных
выше. На рисунке 1.1 показана схема основного узла туннельного
микроскопа ТТМ&2. Массивное основание имеет два плеча, разделенных упругой перемычкой. В одном плече установлен трубчатый
одноэлементный пьезосканер. Пьезоэлемент закреплен в стакане, что
позволяет не только обеспечить его быструю сменяемость, но и ввести в зазор между ними вязкоупругий демпфер, несколько ослабляющий резонансные свойства сканера. В другом плече основания
Рис. 1.1. Схема узла грубого подвода по Z:
1 – основание, 2 – упругий элемент,
3 – сканер, 4 – втулка, 5 – карусель,
6 – образец, 7 – столик образца, 8 – опора,
9 – пьезоэлемент, 10 – катушка электро&
магнита, 11 – винт грубого подвода по Z,
12 – шаговый двигатель, 13 – винт точ&
ного подвода по Z, 14 – толкателькомпенсатор.
закреплена ось вращения карусели, предназначенной для перемещения исследуемого образца. Исследуемый образец закрепляется на координатном столе, изготовленном из стали, который, в свою очередь,
установлен на четырех стальных опорах. Взаимное положение этих опор может регулироваться системой пьезоэлементов, а фиксация стола
осуществляется за счет сил магнитного притяжения, регулируемых
системой электромагнитов. Для фиксации стола в состоянии покоя
используется постоянный магнит. Подача определенной последовательности импульсов тока на электромагниты и импульсов напряжения на пьезоэлементы вызывает перемещение стола в выбранном направлении. При этом величина шага составляет 0,1 мкм и менее.
Установка исходного расстояния зонд&образец проводится с помощью винта, перемещающего карусель вдоль оси вращения. Полный диапазон этого перемеще&
ния составляет 8 мм, минимальный шаг – около 5 мкм. Более
точная регулировка расстояния
зонд&подложка осуществляется
за счет изгиба упругого элемента. Шаговый двигатель, установленный на одном из плеч основания, вращает винт и через компенсатор отталкивает второе
плечо. Полный диапазон второй
ступени подвода по Z составляет
100 мкм. Материал компенсатора выбран таким образом, чтобы
компенсировать изменение расстояния зонд&образец, происходящее за счет изменения температуры в помещении.
На рисунке 1.2 представлен
общий вид ТТМ&2. Карусель с исследуемым объектом имеет три
фиксированных положения. В
первом из них осуществляется
ручная загрузка столика с установленным на его поверхности образцом. Затем карусель переводится
Зондовые микроскопы для технологических приложений
Рис. 1.2. Сканирующий туннельный
микроскоп ТТМ&2, совмещенный с
оптическим микроскопом;
1 – основной узел СТМ, 2 – оптический микроскоп, 3 – рычаг системы
виброизоляции, 4 – пружина, 5 – базовая плита, 6 – колпак.
в следующую позицию, над которой закреплен оптический микроскоп. На этой позиции с помощью микрометрического винта, перемещающего карусель, осуществляется предварительная установка
расстояния зонд-образец. Оптический микроскоп юстирован таким
образом, что требуемому расстоянию (около 40 мкм) соответствует
резкое изображение поверхности образца. В третьей позиции обра
зец оказывается под пьезосканером. После перевода в эту позицию
ось вращения карусели жестко фиксируется, закрывается защитный
колпак, и начинается подвод зонда к образцу на туннельное расстояние. Подвод осуществляется с помощью шагового двигателя, как описано выше, и проводится в автоматическом режиме под управлением
ЭВМ. Шаговый двигатель представляет собой аналог пьезоэлектрического двигателя: толкатель прижимается к ротору силами магнитного притяжения, а затем пьезоэлемент изменяет его длину, вызывая
поворот ротора. Такая конструкция двигателя при соответствующем
управлении обеспечивает плавное, без толчков приближение зонда к
образцу с минимальным шагом около 1 нм.
Оптический микроскоп выполняет также функцию установки
зонда над интересующей областью поверхности образца. Для этого
он юстируется таким образом, что точка, расположенная на перекрестии окуляра, после поворота карусели попадет под острие зонда.
Точность попадания составляет около 1–2 мкм.
Система виброизоляции выполнена в виде пружинно-рычажной конструкции и введена в механическую часть СТМ. Она пред&
ставляет собой рычаг, на одном из концов которого закреплен основной узел СТМ. Его вес уравновешен упругой силой пружины, закрепленной между базовой плитой и вторым концом рычага. Применение упругих резиновых элементов в точке опоры рычага и в точке
крепления основного узла к рычагу демпфирует собственный резонанс системы виброизоляции. Такая конструкция является малогабаритной и, в то же время, обладает низкой резонансной частотой
(около 1,5 Гц).
Как уже упоминалось выше, вся конструкция накрыта герметичным металлическим колпаком, обеспечивающим защиту от аку&
стических помех, электромагнитных наводок и окружающей пыли.
Кроме того, он позволяет создавать атмосферу определенного состава в туннельном зазоре. Все вводы электрических сигналов выполнены также герметично. На рисунке 1.3. представлен внешний вид микроскопа ТТМ&2.
Значительное количество технологических исследований было выполнено на атомно&силовых микроскопах линии Solver, изготовляемых
Зеленоградской компанией «НТ&МДТ» На рисунке 1.4 показан один из
таких микроскопов, оснащенный системой видеонаблюдения за областью сканирования на образце, что существенно облегчает условия работы. Микроскоп оснащен методиками для проведения литографий.
Работа с наномеровыми объектами, высаженными на подложку – одно
из перспективных направлений развития зондовых нанотехнологий. При
этом необходимо решать, прежде всего, проблемы их визуализации, идентификации и размещения нанообъектов в заданных местах подложки путем перемещения. Ниже на примере углеродных нанотрубок описывается
решение некоторых из этих проблем с помощью АСМ Solver Р&47Н.
В монографии изложены научные результаты, полученные на
протяжении двадцатилетнего опыта работы автора с коллективом
сотрудников и аспирантов в Московском государственном институте электронной техники (технический университет) (МИЭТ). За это
время в мире получено значительное количество результатов по зондовой нанотехнологии. В связи с этим монография не претендует на
обзор известных публикаций и тем более на их обобщение, она, на
наш взгляд, отражает только некоторые достижения и тенденции в
развитии зондовой нанотехнологии. Сами по себе зондовые методы
нанотехнологии имеют общедисциплинарное значение и успешно
используются, например, в материаловедении, биологии и медицине. В этом смысле монография полезна и читателям, нацеленным на
эти дисциплины. В монографии описаны развитые нами и другими
авторами методы зондовой нанотехнологии, направленные на создание элементной базы наноэлектроники.
В 1985 году была выполнена первая теоретическая работа по управляемому массопереносу с нанометровым разрешением. После
выступления на ряде семинаров стало ясно, что без развертывания
экспериментальных исследований продвинуться по пути зондовой
нанотехнологии не возможно. И такие исследования были начаты. В
мае 1987 г. был построен сканирующий туннельный микроскоп, предназначенный для технологических исследований. В 1988 г. получены
первые в стране результаты по бесконтактной модификации металлических подложек, а в 1989 г. – результаты по формированию ква&
зиодномерных структур в диэлектрических средах. В 1992 г. созданы
дискретные элементы с перестраиваемыми нелинейными проводящими свойствами. В 1993 г. построены технологические туннельные
микроскопы ТТМ&2, совмещенные с оптическими устройствами. На
этих микроскопах получены значительные экспериментальные результаты, явившиеся основой ряда кандидатских и докторской диссертации. Эти микроскопы до сих пор успешно «противостоят» студентам в лабораторных работах, позволяя им наблюдать атомную
структуру поверхности пиролитического графита.
В марте 1999 г. был создан учебно&научный центр «Зондовая микроскопия и нанотехнология» при непосредственном участии компании «НТ&МДТ» (Ген. директор В.А.Быков) на базе лаборатории туннельной микроскопии и нанотехнологии. Центр предназначался для
обучения студентов старших курсов и аспирантов по новым направлениям и специальностям, проведения научных исследований на передовой экспериментальной базе. В 2003 году создан центр коллективного пользования «Нанотехнологии в электронике», оснащенный
четырьмя атомно&силовыми микроскопами линии Solver и семью
учебными зондовыми микроскопами. За последнее время в центре
созданы экспериментальные образцы элементов наноэлектроники на
основе углеродных нанотрубок, в том числе нановаристоры, нанотранзисторы, инверторы.
В центре коллективного пользования поддерживается обучение
студентов и аспирантов по недавно открытой в России специальности «нанотехнологии в электронике». Автором читаются курсы лекций «Методы зондовой микроскопии», «Методы зондовой нанотехнологии». Первое учебное пособие «Основы туннельно&зондовой
нанотехнологии» издано в 1996 г. (М. МИЭТ, 1996, 91 с.) Дополненный вариант пособия можно найти на сайте www.nanotube.ru. Материалы пособия составляют часть этой книги.
На разных этапах работы существенную поддержку оказали Виталий Дмитриевич Вернер, Виктор Александрович Быков, Юрий
Александрович Чаплыгин, за что автор им искренне благодарен.
В литературных ссылках напечатано множество фамилий сотрудников и аспирантов, которые в разное время работали и работают со
мной. Каждый из них внёс частицу труда в познание нового. Мы вместе испытали горечь неудач и радость достижений. Всем им я безмерно благодарен.
Автор благодарен В.Н. Рябоконь за внимательное прочтение рукописи и сделанные замечания, особенно в части выработки единой
терминологии.
Друзья мои! Идите твердым шагом по стезе,
ведущей в храм согласия, а встречаемые
на пути препоны преодолевайте
с мужественною простотою льва.
К. Прутков
Задача уменьшения линейных размеров используемых элементов микросхем – одна из основных в микроэлектронике. Создание элементов
схем с характерными размерами порядка единиц и десятков нанометров качественно меняет электронику и переводит ее в новую область –
наноэлектронику. Изменяется и физика работы элементов – они будут
работать преимущественно на принципах квантовой механики [1].
Создание интегральных наноэлектронных квантовых схем методами
нанотехнологии, по существу, – одна из конечных целей.
Зондовую нанотехнологию можно определить как регламентированную последовательность способов и приемов формирования, модификации и позиционирования элементов нанометровых размеров,
состоящих в том числе из отдельных молекул и атомов, на поверхности подложек с помощью острийного зонда и возможность одновременной их визуализации и контроля.
По&видимому, о верхней границе значений величин объектов различных нанотехнологий в мире смогли договориться, и она составляет не более 100 нм для одного из размеров объектов. В США определили и нижнюю границу величины объектов нанотехнологии – она
не должна быть менее 1 нм. В связи с этим заметим, однослойные
углеродные нанотрубки являются молекулами с диаметром менее 1 нм
(длина их может превышать 100 нм) и, тем не менее, они успешно
используются для создания функциональных элементов не только
наноэлектроники. Твердотельный острийный зонд далее будем просто называть зондом.
Традиционные методы, включающие создание масок на поверхности полупроводниковой пластины с последующим применением
микролитографий все более высокого разрешения, в том числе рентгено, электроно и ионной литографий, а также синхротронного
излучения привели к созданию элементов с нанометровыми поперечными размерами [2,3]. Однако создание элементов на основе отдельных молекул и атомов традиционными путями невозможно.
Изобретение в 1982 г. Г. Биннигом и Г. Рорером, сотрудниками
швейцарского филиала фирмы IBM, сканирующего туннельного
микроскопа (СТМ) открыло, прежде всего, новый путь для неразрушающего контроля и анализа металлических и полупроводниковых подложек с разрешением до 0,01 нм [4]. С помощью СТМ получено изображение поверхности с атомным разрешением различных проводящих монокристаллических и поликристаллических
материалов, разработаны новые методы исследования поверхностей твердых тел [5&11].
Принцип работы СТМ прост. Зонд сканирующего туннельного
микроскопа представляет собой металлический игольчатый электрод
(острие), закрепленный на трехкоординатном пьезоприводе (сканере) и располагающийся перпендикулярно исследуемой поверхности.
С помощью сканера зонд подводится к поверхности образца до возникновения туннельного тока, который определяется, прежде всего,
величиной зазора между зондом и поверхностью, а также величиной
напряжения между ними. Если при сканировании туннельный ток
поддерживать постоянным путем использования системы обратной
связи, то с помощью зонда можно получать непосредственную информацию о рельефе поверхности.
СТМ является уникальным инструментом для исследования физики поверхности на атомном уровне. Туннельная микроскопия по&
верхности позволила исследовать различные процессы, в том числе
изменение структуры поверхностей при различных процессах химического или ионного травления, а также позволила визуализировать
разнообразные процессы при осаждении пленок [12].
Создатели туннельного микроскопа, по&видимому, первыми
предложили его технологическое использование для получения проводящих дорожек с помощью испарения материала с туннельного
зонда [13]. Последующие исследования показали, что на базе СТМ
возможна разработка новой технологии зондовой нанотехнологии
(существенно отличающейся от традиционных подходов), в основе
которой лежит применение острийного зонда как для визуализации
объектов на подложке, так и для формирования, модификации и позиционирования их в нанометровых областях [14&16].
Идея применения зонда для сканирования поверхности подложки оказалась чрезвычайно плодотворной. Были созданы сканирующие
атомно&силовые микроскопы (АСМ) [17], в которых зонд крепится на
свободном конце гибкой пружинной консоли (кантилевера, cantilever,
англ. – консоль), другой конец которой закреплен в держателе (чипе).
Это устройство, включающее зонд, кантилевер и чип, называется зондовым датчиком АСМ (однако в литературе нередко это устройство
называют просто кантилевер). Изгиб кантилевера с зондом, как правило, регистрируется с помощью отраженного лазерного пучка света и
регистрируется фотоприемником. АСМ позволяют исследовать рельеф поверхности диэлектрических подложек с разрешением вплоть до
атомного. Были созданы и другие типы зондовых микроскопов, например, микроскопы с термическими зондами и т.п. [18&20].
Зондовая нанотехнология (ЗНТ) начала развиваться по двум направлениям: высоковакуумная нанотехнология и нанотехнология в
газах и жидкостях при атмосферном давлении, поскольку были созданы зондовые микроскопы, работающие как в высоковакуумных, так и
в атмосферных условиях.
Основное преимущество высоковакуумной ЗНТ возможность
иметь исходно чистые подложки в чистом объеме, что позволяет манипулировать с отдельными молекулами и атомами. Однако массоперенос между зондом и подложкой, накопление молекул и атомов на
подложке, возможность их ухода из межэлектродного зазора и поступление примесей из вакуумного объема влияют на условия на поверхности и в объеме. Концепция ЗНТ в газах и жидкостях исходит из того,
что при наличии соответствующим образом подобранных технологических носителей ультравысокой чистоты возможно получение результатов, не уступающих по многим параметрам нанотехнологии в глубоком вакууме. Объекты воздействия в этом случае уже не отдельные атомы, а наноразмерные молекулы и образования с размерами ~ 10–30 нм,
например кластеры [21]. Такую технологию будем называть атмосферной нанотехнологией.
Традиционные литографии высокого уровня разрешения с использованием масок и шаблонов ведут от микротехнологии к субмикротехнологии, и, в конечном счете, к нанотехнологии (в любом случае
этот путь развития технологии необходим для поддержки ЗНТ (см.
рисунок 1.1)). Зондовые микроскопы позволяют, используя результаты традиционных технологий, продвинуться к созданию уникальных
функциональных нанообъектов, в том числе элементов наноэлект&
роники (полагаем, что электронные и ионные литографы и технологические устройства, использующие пучки заряженных частиц, применяются в традиционной микротехнологии). Такой путь развития нанотехнологий выгодно отличается тем, что он позволяет одновременно и контролировать, и визуализировать процессы нанотехнологии. Этот факт, на наш взгляд, существенен, поскольку возможно неконтролируемое создание нанообъектов, агрессивных для окружающей природы.
В конце девяностых годов прошлого века предсказывалось, что
вакуумная и атмосферная нанотехнологии должны привести сначала к созданию дискретных устройств наноэлектроники [22] в виде
отдельных функциональных элементов (в том числе устройств памяти со сверхплотной записью информации), а в последующем – интегральных квантовых схем с нанометровыми размерами элементов.
Рис. 1.В. Развитие нанотехнологий в электронике
При этом в полной мере будут реализованы идеи молекулярной электроники [23], когда предполагается использование и модификация
отдельных молекул. Более простой, но более «грубой» элементной базой наноэлектроники могут быть металлические и полупроводниковые кластеры, покрытые лигандами органических и неорганических
соединений [24]. Эти образования с характерными размерами до 30
нм сами по себе обладают уникальными свойствами. Лигандное покрытие переводит их в устойчивые состояния. В свою очередь, лигандные кластеры могут образовывать, например, металлоцепи с металлической связью между остовами. Элементная база на основе лигандных кластеров, по-видимому, сделает возможным создание интегральных схем, работающих, в частности, на основе эффекта дискретного одноэлектронного туннелирования [25], в том числе ОЗУ со
сверхбольшой производительностью и емкостью на кристалле. Мно
гие из этих предсказаний к настоящему времени подтверждаются [26]
и это будет показано ниже.
Литература
1. Bate R.T. Nanoelektronics// Solid State Technology. – 1989. – N11. – P.101&108.
2. Никишин В.И., Лускинович П.Н. Нанотехнология и наноэлектроника//
Электронная промышленность. – 1991. – N3 – С.413.
3. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике. Под ред. А.Л. Асеева.
Новосибирск. Изд&во Сибирского отделения РАН. 2004. 367 с.
4. Пат. США 4343993. Aug.4, 1982. Scanning tunneling microscope/ G.Binning,
H. Roher.
5. Ревокатова И.П., Силин А.П. Вакуумная туннельная микроскопия – новый
метод изучения поверхности твердых тел // УФН. – 1984.Т.42. – N1. –
С.159&162.
6. Бинниг Д., Рорер Г. Растровый туннельный микроскоп // В мире науки. – 1985.
– N10. – С.26&33.
7. Панов В.И. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия
поверхности. //УФН. – 1988. – Т.155, N1. – С.155-158.
8. Куейн Ф. Вакуумное туннелирование, новая методика в микроскопии// Физика
за рубежом. – М.: 1988. – Сер. А. – С.93-111.
9. Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения
к юности// УФН. – 1988. – Т.154. – Вып.2. – С.261-278.
10.Кук И., Стивенсон П. Растровая туннельная микроскопия// Приборы для
научных исследований. – 1989. – N2 – С.3-22.
11. Эдельман В.С. Сканирующая туннельная микроскопия// Приборы и техника
эксперимента. – 1989. – N5. – С.25-49. Развитие сканирующей туннельной и
силовой микроскопии// ПТЭ. – 1991. – N1. – С. 24&42. Развитие сканирующей
туннельной микроскопии// УФН. – 1991. – Т.161. – N3. – С.168170.1
nevolin_00-02_7.P65 11 28.06.2005, 18:59
Black
12 Литература
12.Шермергор Т.Д., Неволин В.К., Аликперов С.Д. РТМ: перспективы применения в
микроэлектронике// Зарубежная электронная техника. – 1987. – Вып.4(311). –
С.82&90.
13.Пат. 4.550257 США. Oct.11.1985. Narrow line width Pattern Fabrication. G.Binning,
M.Feenstra, T.Hedgson, a.o.
14. Неволин В.К., Хлебников Ю.Б., Щермергор Т.Д. Нанотехнология с помощью
РТМ: первые результаты// Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника –
1989. – Вып.5(134) – С.3&9.
15. Shang T.H.P., Kern D.P., Kratschwer J.O. a.o. Nanostructure tehnology// IBM. J. Res.
Develop. – 1988. – Vol.32, N4. – Р.462&492.
16. Shedd G.M., Russell P.E. The scanning tunneling microscope as a tool for
nanofabrication
// Nanotechnology. – 1991. – N1. – Р.67&80.
17. Binnig G., Quate G.F., Gerber Ch. Atomic force microscopy// J. Phys. Rev. Lett. –
1986. – Vol.56 – Р.930.
18. Миронов В.Основы сканирующей зондовой микроскопии. Техносфера. Москва. 2004.
143 с.
19. Быков В.А., Лазарев М.И., Саунин С.А. Сканирующая зондовая микроскопия для
науки и промышленности.//Электроника: наука, технология, бизнес. 1997. №5.
С.7&14.
20.Володин А.П. Новое в сканирующей микроскопии.//Приборы и техника
эксперимента. 1998. №6. С.3&42.
21. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. – М.: Наука, 1986. – 243 с.
22. Scanning tunneling engineering / G.Schneiker, S.Hameroff, M.Voelker a.o. /
J. of Microsc. – 1988. – Vol.152, – N2, – Р.585&596.
23.Рамбиди Н.Г., Замалин В.Н. Молекулярная микроэлектроника: физические
предпосылки и возможные пути развития// Поверхность. Физика, химия,
механика. – 1986. – N8 – С.5&30.
24.Губин С.П. Химия кластеров: достижения и перспективы// Журнал Всесоюзного
химического общества им. Д.И. Менделеева. – 1987. – Т.32, вып.1. – С.3&11.
25.Лихарев К.К. О возможности создания аналоговых и цифровых интегральных
схем на основе эффекта дискретного одноэлектронного туннелирования//
Микроэлектроника. – 1987. – Т.16, вып.3, – С.195&209
26. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. (перевод с английского под ред.
Ю.И.Головина) Техносфера. Москва 2004. 327 с.
ГЛАВА 1
ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ
И НАНОТЕХНОЛОГИЯ
В настоящее время имеется множество обзоров (см. Введение) и издано достаточное количество книг [1&4] по зондовой микроскопии,
позволяющих подробно ознакомиться с методами зондовой микроскопии, с устройством зондовых микроскопов. Прародителем всех
зондовых микроскопов можно считать профилограф, в котором с
помощью острой иглы «ощупывается» поверхность образца по некоторой траектории. С помощью электромеханического устройства
нормальные к поверхности перемещения острия в увеличенном масштабе записываются на бумажную ленту. В результате получается
профилограмма, позволяющая судить о шероховатости поверхности. Прогресс в материаловедении, механике и электронике позволили усовершенствовать это устройство. Стало возможным проводить
сканирование на некотором участке поверхности и получать трехмерное её изображение. Зондовые микроскопы стали называться по физическому принципу, используемому для «ощупывания» поверхности. Далее нас будут интересовать сканирующие туннельные микроскопы (СТМ) и атомно&силовые микроскопы (АСМ).
В СТМ используется туннельный эффект. Ток, который регистрируется в каждой точке, весьма чувствителен к расстоянию между
зондом и поверхностью подложки. Как правило, в таких микроскопах напряжение между электродами поддерживается постоянным.
В СТМ применяются два основных метода, метод, в котором управляющая электроника поддерживает постоянным туннельный ток,
измеряя его по несколько раз в каждой точке при сканировании,
называют методом «постоянного тока». Этот метод является довольно «медленным», и применяется он, как правило, при сканировании больших участков поверхности. Метод «постоянной высоты»
используется при исследовании малых и достаточно плоских поверхностей для получения атомного разрешения в плоскости сканирования. В этом случае обратная связь, поддерживающая заданную величину туннельного тока, «загрубляется» или отключается.
Для технологических приложений АСМ используются обычно два
метода: контактный и полуконактный. В контактном методе степень
прижатия острия может регулироваться за счет начального изгиба
кантилевера. В полуконтактном методе зонд периодически с некоторой частотой касается поверхности. Это более «щадящий» метод.
1.1. Зондовые микроскопы
для технологических приложений
Рассмотрим основные требования к отдельным частям конструкции зондовых микроскопов с точки зрения применения их в качестве технологических устройств, работающих в нормальных атмосферных условия. Эти сведения необходимы для выбора подходящего зондового микроскопа и реализации возможных технологичес&
ких приемов.
Современный зондовый микроскоп как прибор для научных
исследований можно условно представить в виде суммы четырех компонентов:
• механическая часть, включающая в себя: зондовый датчик; сканер для перемещения зонда; координатный стол для размещения и
обслуживания исследуемого (обрабатываемого) образца; систему грубого подвода зонда к образцу; устройство защиты от нежелательных
посторонних воздействий и создания определенных условий в области взаимодействия зонд-образец;
• электронная система: блок управления отдельными узлами механической части; электронные платы формирования воздействующих импульсов; электронная управляющая машина;
• методики измерений и воздействий, в функции которых входят:
обоснование применяемого способа измерений; адекватная интерпретация полученных результатов; совмещения во времени процессов слежения за туннельным током и процессов локального воздействия на подложку;
• программное обеспечение, включающее функции: управление
работой микроскопа; проведения технологических операций; накопление и обработку полученных результатов.
В настоящем параграфе рассмотрим только механическую часть
микроскопа, изучение которой поможет глубже понять принципы
работы микроскопов и возможности их при технологических исследованиях. Описание принципов построения электронных блоков и
электронных схем, как правило, можно найти в Руководствах пользователя, предоставляемых поставщиками. Методики измерений и воздействий важны и заслуживаают особого рассмотрения.
Программное обеспечение – наиболее мобильный компонент
микроскопов и имеет подчиненное значение. Алгоритмы применяемых программ могут и должны быть сформулированы на основании
методики измерений и реальных возможностей механической и электронной частей микроскопов.
Рассмотрим возможные реализации механической части микроскопа и требования, которые предъявляются к микроскопу, когда он
применяется для технологических исследований. Хотя микроскоп
проектируется как единое целое, выделим узлы, выполняющие отдельные функции.
Острийный зонд. Зонд определяет полезное увеличение микроскопа. Наиболее важная характеристика зонда – радиус закругления
острия, который влияет на поперечные размеры области предельно
достижимого разрешения. Обычно предпочтение отдается зондам с
меньшими значениями радиуса острия, хотя иногда поперечные размеры исследуемых структур этого не требуют, а сложность изготовления зонда значительно повышается с уменьшением радиуса острия.
Следует учитывать, что радиус острия является основной, но далеко не единственной характеристикой зонда. Материал определяет
устойчивость зонда к физико&химическим воздействиям. При использовании зонда в качестве инструмента нанотехнологии к нему могут
предъявляться особые требования по химической стойкости, твердости, частоте собственных изгибных механических колебаний (в
особенности для кантилеверов), механической прочности, повторяемости геометрической формы и т.п. Суммируя изложенное выше,
можно сказать, что в каждом конкретном случае необходимо иметь
зонд с приемлемым радиусом острия и с определенным набором физико&химических и геометрических параметров.
Сканер для микроперемещений зонда. Для исследования поверхности образца на определенной площади в микроскопе используется
измерение ее свойств в некотором множестве точек, равномерно
Зондовые микроскопы для технологических приложений
расположенных в интересующей области. Перемещение зонда от точки к точке осуществляется с помощью сканера, к которому предъявляются следующие требования:
• отсутствие дрейфов, точность и повторяемость позиционирования зонда;
• долговременная стабильность параметров:
• термическая стабильность позиционирования;
• требуемый диапазон перемещений по каждой из координат;
• достаточное быстродействие.
Существует много физических эффектов, которые могут быть
использованы для перемещения зонда. Однако в настоящее время для
этой цели применяется, главным образом, обратный пьезоэффект в
поляризованной пьезокерамике на основе цирконата&титоната свинца. В отечественных конструкциях широкое распространение получила пьезокерамика
ЦТС-19.
Пьезокерамика представляет собой стеклообразную матрицу с
вкраплениями в нее зернами пьезоэлектрического материала. В процессе спекания керамики либо после она подвергается воздействию
электрического поля (поляризуется) и становится пьезоактивной.
Сразу после поляризации состояние керамики далеко от равновесного. Поэтому для обеспечения достаточной стабильности во времени требуется ее состаривание. Данный процесс может протекать от
нескольких часов при искусственном, до 1 года при естественном старении [5]. По окончании процесса параметры пьезокерамики приходят к своим равновесным значениям, и в дальнейшем их стабильность
зависит, главным образом, от режимов эксплуатации.
При работе сканера необходимо выполнение требования малости деформаций, обусловленное законом Гука. Если принять в качестве максимально допустимой относительной деформации значение 10-5, то можно определить максимально допустимую напря&
женность управляющего электрического поля. Практически во всех
известных конструкциях пьезосканеров вектор напряженности управляющего электрического поля коллинеарен вектору поляризации керамики, поэтому максимальная деформация пьезоэлемента
определяется значением пьезомодуля d33. Для пьезокерамики ЦТС-19 (d33 =2 10&12 м/В) получаем значение поля Е ~ 5 104 В/м. Превышение этой величины приведет к значительному росту гистерезиса
и дрейфа, связанных с остаточными пластическими деформациями
пьезоэлемента.
Ограничение максимальной напряженности управляющего поля
имеет большое значение также для минимизации нелинейности преобразования, определяемой явлением электрострикции, при которой
деформация пропорциональна Е2.
Большое значение для высокой долговременной стабильности
имеет полярность управляющего напряжения. Незначительные изменения параметров сканера будут наблюдаться в том случае, когда
его полярность будет совпадать с полярностью напряжения, при котором осуществлялась поляризация пьезокерамики. В противном
случае будет наблюдаться постепенная переполяризация материала,
сопровождаемая изменением параметров сканера.
Термостабильность сканера определяет точность позиционирования зонда при изменении температуры. Пьезокерамика ЦТС-19
имеет сравнительно небольшой температурный коэффициент линейного расширения, примерно 6 10&6 см/К [6]. Однако изменение температуры на 1 К при длине пьезоэлемента 1 см приведет к его удлинению на 60 нм, что может оказаться неприемлемо большим для ряда
применений микроскопов.
Кроме термостатирования всей конструкции микроскопа, существуют два способа повышения термостабильности пьезосканера.
Первый из них – введение в конструкцию сканера или его держателя
элементов, компенсирующих тепловой дрейф. Второй способ основан на свойствах симметрии конструкции сканера: если конструкция имеет плоскость симметрии, то при однородном нагреве элементов все ее точки будут смещаться параллельно этой плоскости.
Поддержание туннельного зазора или степени прижатия зонда
осуществляется с помощью системы автоматического регулирования.
Точность и быстродействие системы в значительной степени зависят
от фазочастотных характеристик объекта регулирования. Наличие в
этих характеристиках резонансов приводит с точки зрения устойчивости системы регулирования к выбору частоты среза ниже частоты
резонанса. Таким образом, низшая резонансная частота объекта ограничивает быстродействие всей системы регулирования.
Для получения стабильных и повторяемых результатов необходимо, чтобы величина дрейфа за время сканирования исследуемого
участка поверхности была меньше характерных размеров регистрируемых структурных особенностей исследуемой поверхности. Эта
величина зависит от скорости дрейфа и от времени получения сканированного изображения. Таким образом, приемлемые значения
Зондовые микроскопы для технологических приложений
дрейфа можно обеспечить как повышением общей стабильности сканера, так и уменьшением времени получения сканированного изображения за счет роста быстродействия сканера.
В случае технологического устройства положение несколько иное.
Технологическое воздействие на выбранную точку образца потребует некоторого времени. По&видимому, это время будет немного больше того, которое необходимо в исследовательских микроскопах для
регистрации положения данной точки. Именно это время, а не быстродействие сканера будет определять время обработки полного кадра. Поэтому в случае технологического устройства особое значение
имеет обеспечение низкой скорости дрейфа.
Координатный стол. Наличие перемещения исследуемого образца совершенно обязательно в микроскопах, претендующих на при&
менение в качестве инструмента нанотехнологии. Кроме того, в этом
случае большое значение имеет ориентация поверхности образца в
пространстве. Ее горизонтальное расположение, когда нормаль к
поверхности направлена вверх, позволяет достаточно просто реализовать ряд технологических приемов, например, работу в жидкой среде. Именно такая ориентация использовалась в разработанных нами
моделях СТМ [7].
Основное требование к системе перемещения образца в плоскости X&Y – обеспечение минимального шага, сравнимого с размерами
области сканирования, и отсутствие механических дрейфов в состоянии покоя.
Наличие возможности перемещения образца желательно дополнить системой, позволяющей контролировать положение зонда над
исследуемой поверхностью. Оптический микроскоп позволяет реализовать позиционирование зонда микроскопа с точностью поряда 1 мкм, что ограничено его разрешающей способностью. Однако
при возможности точного перемещения образца этой величины
может оказаться вполне достаточно для некоторых применений
микроскопов.
Система грубого подвода по Z. В процессе работы микроскопа острие зонда перемещается вдоль исследуемой поверхности образца,
касаясь её или оставаясь от нее на расстоянии около 1 нм (в направлении Z) в зависимости от режима сканирования. Так как диапазон
перемещений зонда в направлении нормали к поверхности образца,
обеспечиваемый сканером, обычно не превышает 1&2 мкм, то становится очевидной необходимость иметь в конструкции микроскопа
систему грубого подвода образца по Z. Кроме обеспечения начального приближения зонда к поверхности образца, она может быть использована для корректировки положения образца по Z в случае его
нежелательного изменения, например, дрейфа.
Рассмотрим основные требования к параметрам этой системы.
Ее минимальный (уверенно обеспечиваемый) шаг должен быть в несколько раз меньше диапазона перемещения сканера в направлении Z.
Например, если диапазон перемещения сканера Z=1 мкм, то грубый
подвод должен осуществляться с шагом около 0.1 мкм.
Диапазон перемещений, который должна перекрывать система
грубого подвода, определяется той точностью, с которой образец фиксируется на координатном столе. Если начальное расстояние зонд-образец регистрируется с помощью простейшего оптического устройства,
например, лупы, то его можно установить на уровне 20–50 мкм, а в
случае контроля невооруженным глазом – на уровне 200–500 мкм.
Ввиду того, что система грубого подвода включается в механи&
ческую связь зонд&образец, она не должна заметно снижать жесткость
этой связи. Также недопустимо значительное увеличение механических и термических дрейфов.
Как видим, требования, предъявляемые к системе грубого подвода, аналогичны таковым для перемещения координатного стола.
Поэтому и способы реализации этих систем имеют много общего.
Устройство защиты. Большое значение для нормальной работы
микроскопа имеет устранение дестабилизирующих факторов, как внутренних, так и внешних. Например, в первых конструкциях СТМ особое внимание уделялось ослаблению влияния механических колеба&
ний, способных вызвать неконтролируемые изменения величины туннельного промежутка. Так, плита, на которой был установлен СТМ, с
помощью эффекта Мейснера подвешивалась над сверхпроводником.
Другой способ борьбы с вибрациями – повышение жесткости механической связи зонд&образец. Подробное рассмотрение вопросов виб&
роизоляции можно найти в многочисленной литературе [1-3].
Не меньшую опасность для работы микроскопа могут представлять акустические шумы. В случае работы микроскопа в атмосферных условиях они могут вызвать механические колебания отдельных
элементов конструкции, минуя систему виброизоляции. Уменьшению акустических помех способствуют повышение жесткости всей
конструкции микроскопа и применение экранов из звукопоглощающих материалов, [8].
Зондовые микроскопы для технологических приложений
Ввиду того, что при работе зондовых микроскопов из&
меряются электрические сигналы, требуется его защита от
электромагнитных наводок,
которые могут иметь как
внешнее, так и внутреннее
происхождение. Например,
при увеличении скорости развертки сканера в СТМ стано&
вятся существенными паразитные емкости между электродами сканера и входными
цепями предусилителя туннельного тока. Для подавле&
ния электромагнитных наводок, кроме экранов, широко
применяются также схемы, устойчивые к помехам.
При использовании зондовых микроскопов в качестве
инструмента нанотехнологии
необходимо создавать определенные условия в зазоре между острием и подложкой.
К ним может относиться, например, определенная газовая
среда или освещенность. По-видимому, для этих целей наиболее целесообразно применить герметичную камеру (колпак), который позволит также предохранить оператора от вредных воздействий.
Рассмотрим устройство сканирующего туннельного микроскопа
ТТМ&2 [9] как пример реализации требований, сформулированных
выше. На рисунке 1.1 показана схема основного узла туннельного
микроскопа ТТМ&2. Массивное основание имеет два плеча, разделенных упругой перемычкой. В одном плече установлен трубчатый
одноэлементный пьезосканер. Пьезоэлемент закреплен в стакане, что
позволяет не только обеспечить его быструю сменяемость, но и ввести в зазор между ними вязкоупругий демпфер, несколько ослабляющий резонансные свойства сканера. В другом плече основания
Рис. 1.1. Схема узла грубого подвода по Z:
1 – основание, 2 – упругий элемент,
3 – сканер, 4 – втулка, 5 – карусель,
6 – образец, 7 – столик образца, 8 – опора,
9 – пьезоэлемент, 10 – катушка электро&
магнита, 11 – винт грубого подвода по Z,
12 – шаговый двигатель, 13 – винт точ&
ного подвода по Z, 14 – толкателькомпенсатор.
закреплена ось вращения карусели, предназначенной для перемещения исследуемого образца. Исследуемый образец закрепляется на координатном столе, изготовленном из стали, который, в свою очередь,
установлен на четырех стальных опорах. Взаимное положение этих опор может регулироваться системой пьезоэлементов, а фиксация стола
осуществляется за счет сил магнитного притяжения, регулируемых
системой электромагнитов. Для фиксации стола в состоянии покоя
используется постоянный магнит. Подача определенной последовательности импульсов тока на электромагниты и импульсов напряжения на пьезоэлементы вызывает перемещение стола в выбранном направлении. При этом величина шага составляет 0,1 мкм и менее.
Установка исходного расстояния зонд&образец проводится с помощью винта, перемещающего карусель вдоль оси вращения. Полный диапазон этого перемеще&
ния составляет 8 мм, минимальный шаг – около 5 мкм. Более
точная регулировка расстояния
зонд&подложка осуществляется
за счет изгиба упругого элемента. Шаговый двигатель, установленный на одном из плеч основания, вращает винт и через компенсатор отталкивает второе
плечо. Полный диапазон второй
ступени подвода по Z составляет
100 мкм. Материал компенсатора выбран таким образом, чтобы
компенсировать изменение расстояния зонд&образец, происходящее за счет изменения температуры в помещении.
На рисунке 1.2 представлен
общий вид ТТМ&2. Карусель с исследуемым объектом имеет три
фиксированных положения. В
первом из них осуществляется
ручная загрузка столика с установленным на его поверхности образцом. Затем карусель переводится
Зондовые микроскопы для технологических приложений
Рис. 1.2. Сканирующий туннельный
микроскоп ТТМ&2, совмещенный с
оптическим микроскопом;
1 – основной узел СТМ, 2 – оптический микроскоп, 3 – рычаг системы
виброизоляции, 4 – пружина, 5 – базовая плита, 6 – колпак.
в следующую позицию, над которой закреплен оптический микроскоп. На этой позиции с помощью микрометрического винта, перемещающего карусель, осуществляется предварительная установка
расстояния зонд-образец. Оптический микроскоп юстирован таким
образом, что требуемому расстоянию (около 40 мкм) соответствует
резкое изображение поверхности образца. В третьей позиции обра
зец оказывается под пьезосканером. После перевода в эту позицию
ось вращения карусели жестко фиксируется, закрывается защитный
колпак, и начинается подвод зонда к образцу на туннельное расстояние. Подвод осуществляется с помощью шагового двигателя, как описано выше, и проводится в автоматическом режиме под управлением
ЭВМ. Шаговый двигатель представляет собой аналог пьезоэлектрического двигателя: толкатель прижимается к ротору силами магнитного притяжения, а затем пьезоэлемент изменяет его длину, вызывая
поворот ротора. Такая конструкция двигателя при соответствующем
управлении обеспечивает плавное, без толчков приближение зонда к
образцу с минимальным шагом около 1 нм.
Оптический микроскоп выполняет также функцию установки
зонда над интересующей областью поверхности образца. Для этого
он юстируется таким образом, что точка, расположенная на перекрестии окуляра, после поворота карусели попадет под острие зонда.
Точность попадания составляет около 1–2 мкм.
Система виброизоляции выполнена в виде пружинно-рычажной конструкции и введена в механическую часть СТМ. Она пред&
ставляет собой рычаг, на одном из концов которого закреплен основной узел СТМ. Его вес уравновешен упругой силой пружины, закрепленной между базовой плитой и вторым концом рычага. Применение упругих резиновых элементов в точке опоры рычага и в точке
крепления основного узла к рычагу демпфирует собственный резонанс системы виброизоляции. Такая конструкция является малогабаритной и, в то же время, обладает низкой резонансной частотой
(около 1,5 Гц).
Как уже упоминалось выше, вся конструкция накрыта герметичным металлическим колпаком, обеспечивающим защиту от аку&
стических помех, электромагнитных наводок и окружающей пыли.
Кроме того, он позволяет создавать атмосферу определенного состава в туннельном зазоре. Все вводы электрических сигналов выполнены также герметично. На рисунке 1.3. представлен внешний вид микроскопа ТТМ&2.
Значительное количество технологических исследований было выполнено на атомно&силовых микроскопах линии Solver, изготовляемых
Зеленоградской компанией «НТ&МДТ» На рисунке 1.4 показан один из
таких микроскопов, оснащенный системой видеонаблюдения за областью сканирования на образце, что существенно облегчает условия работы. Микроскоп оснащен методиками для проведения литографий.
Работа с наномеровыми объектами, высаженными на подложку – одно
из перспективных направлений развития зондовых нанотехнологий. При
этом необходимо решать, прежде всего, проблемы их визуализации, идентификации и размещения нанообъектов в заданных местах подложки путем перемещения. Ниже на примере углеродных нанотрубок описывается
решение некоторых из этих проблем с помощью АСМ Solver Р&47Н.