Серийно выпускаемым зондовым датчиком является конструкция кантилевера

Серийно выпускаемым зондовым датчиком является конструкция кантилевера, состоящая из тела, к которому прикреплена длинная балка (рис. 2). На балке располагается пирамида, сформированная традиционными методами микромеханики. Радиус заострения зонда, согласно теории, должен быть на уровне единичного атома. Тем не менее, современные средства микромеханики и материалы дают параметры радиуса закругления на уровне 1 нм. Традиционные кантилеверы, созданные по кремниевой технологии, имеют радиус закругления 10-30 нм. Основное требование, предъявляемое к материалу балки, – она должна точно отслеживать силы межмолекулярного взаимодействия между атомами острия и поверхности.

Также, в зависимости от метода сканирования: контактного или полуконтактного -может варьироваться длина (реже толщина) балки. Рабочая поверхность кантилевера может иметь покрытие: проводящее (для измерения электрических свойств поверхности), магнитное (при проведении магнитных измерений), алмазоподобное (при измерении механических свойств поверхности).

 

Один конец кантилевера жестко закреплен на кремниевом основании — держателе. На другом конце консоли располагается собственно зонд в виде острой иглы. Радиус закругления современных АСМ зондов составляет 1 ÷ 50 нм в зависимости от типа зондов и технологии их изготовления. Угол при вершине зонда — 10 ÷ 20 º. Силу взаимодействия зонда с поверхностью F можно оценить следующим образом:

F = k · ΔZ ,

где k – жесткость кантилевера; ΔZ – величина, характеризующая его изгиб. Коэффициенты жесткости кантилеверов k варьируются в диапазоне 10-3 ÷ 10 Н/м в зависимости от используемых при их изготовлении материалов и геометрических размеров. При работе зондовых АСМ датчиков в колебательных режимах важны резонансные свойства кантилеверов.

Оборудование

  прибор сканирующий зондовый микроскоп NanoEducator;

пьезоэлектрический датчик-держатель зонда;

— вольфрамовый зонд;

— набор образцов.

План выполнения работ

— ознакомление с инструкцией и программой управления микроскопом (1 час);

— проведение исследования подготовленного образца (1 час);

— проведение процедуры литографии (1 час);

— написание отчёта и ответы на контрольные вопросы (1 час).

Описание выполнения работ

Ознакомление с инструкцией и программой управления микроскопом

  1. Ознакомьтесь с «руководством пользователя NanoEducator».
  2. Прослушайте инструкции по работе со сканирующим зондовым микроскопом и его составляющими: сканирующая головка, зондовый датчик. Ознакомьтесь с методом приготовления зондов и методом проведения силовой литографии.
  3. Откройте программу С\NTMDT\spm.exe и изучите работу микроскопа в имитационном режиме.

Проведение исследования подготовленного образца

Возьмите образец структуры для исследования на СЗМ у преподавателя. Установите на держатель образцов и проведите сканирование согласно инструкции. Изучите влияние скорости сканирования и силы прижатия зонда на качество получаемого изображения.

Проведение процедуры литографии

Возьмите образец поликарбонатной плёнки у преподавателя и  разместите на столике для СЗМ исследований. Поведите операцию литографии и исследуйте зависимость глубины литографии от силы прижатия зонда

Теоретическое задание.:

Рассчитайте давление, которое оказывает зонд микроскопа жесткостью k = 1 Н/м, при формировании «ямки» приняв острие зонда за полусферу радиусом 100 нм.

Контрольные вопросы:

  1. Опишите принцип  работы сканирующего зондового микроскопа.
  2. Определите основные области применения в исследовании свойств наноразмерных полупроводниковых структур. Приведите примеры.
  3.  Назовите основе параметры зонда сканирующего зондового микроскопа.


Ссылка на основную публикацию
Adblock detector