Пристрій для виготовлення еталонних структур на основі атомно-силової мікроскопії електростатичних сил

Пристрій для виготовлення еталонних структур на основі атомно-силової мікроскопії електростатичних сил, що містить блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а вихід зв'язаний з входом блока прецизійного контролю 3 39552 Недоліком існуючого пристрою є те, що не можна реалізувати формування наноелектронних еталонних структур з керованою точністю процесу. В існуючому пристрої відсутні елементи, які спроможні забезпечити керування процесами формування наноструктур з необхідною точністю. В основу корисної моделі поставлена задача створити пристрій, в якому, через введення нових елементів було б можливо реалізувати формування еталонних наноелектронних структур з керованою точністю, що дозволить суттєво розширити функціональні можливості пристрою. Ця задача вирішується тим, що в пристрої для виготовлення еталонних структур на основі атомно-силової мікроскопії електростатичних сил, який містить блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а вихід зв'язаний з входом блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду, другий вихід блоку керування параметрами зв'язаний з входом блоку сканування вістревої структури, ви хід блоку сканування вістревої стр уктури з'єднаний з входом блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду, ви хід блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду зв'язаний з входом блок керування параметрами, згідно корисної моделі, додатково що містить блок керування переміщенням калібруючої поверхні, вхід якого звя'заний з виходом блоку керування параметрами, а вихід з'єднаний з входом блоку сканування вістревої структури, другий вихід блоку керування переміщенням калібруючої поверхні зв'язаний з входом блоку керування параметрами, третій вихід блоку керування переміщенням калібруючої поверхні є виходом пристрою. Сукупність суттєвих ознак пристрою, що пропонується, дозволяють реалізувати кероване формування еталонних наноелектронних структур з потрібною точністю і збереженням параметрів. На Фіг.1 представлена структурна схема пристрою для виготовлення еталонних стр уктур на основі атомно-силової мікроскопії електростатичних сил. На Фіг.2 представлене схематичне зображення еталонної поверхні для ЕСМ вимірів. На Фіг.2 визначені наступні параметри: 0001, 1120, 1120 площини орієнтації кристалізації; m-plane, a-plane робочі площини при вимірюванні за допомогою еталонних структур. Структурна схема пристрою для виготовлення еталонних структур на основі атомно-силової мікроскопії електростатичних сил (Фіг.1) містить блок керування параметрами 1, вхід якого є входом пристрою, а вихід зв'язаний з входом блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3, другий ви хід блоку керування параметрами 1 зв'язаний з входом блоку сканування вістревої структури 2, вихід блоку сканування вістревої структури 2 з'єднаний з входом блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3, вихід блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3 зв'язаний з входом блок керування параметрами 1, вхід блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4 зв’язаний з виходом блоку керування параметрами 1, а вихід з'єднаний з входом блоку сканування вістревої структури 2, другий вихід 4 блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4 зв'язаний з входом блоку керування параметрами 1, третій вихід блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4 є виходом пристрою. Блок керування параметрами 1 складається з двохнаправленого конвертора МАХ3340Е, вхідвихід якого з'єднаний з входом-виходом центрального комп'ютера та входом-виходом мікроконтролера, що дозволяє здійснювати прийом-передачу інформації з USB-сигналів комп'ютера в ТТЛ-рівні мікроконтролера. Блок керування параметрами 1 дозволяє задавати основні режими роботи пристрою - величину напруженості електричного поля у зоні стійкої поляризації в області вістря. Блок сканування вістревої структури 2 складається з трьох цифро-аналогових перетворювачів МАХІМ-МАХ5533, ви ходи яких зв'язані з входом вузла біморфних п'єзоманіпуляторів, які забезпечують керування вістревою структурою по X,Y,Zкоординатам. Блок керування прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3 складається з мікроконтролера ATmega-128, виходи якого з'єднані з входами трьох цифро-аналогових перетворювачів, виходи їх з'єднані з входом підсилювача напруги, вихід друго го з'єднаний з входом підсилювача напруги, вихід третього з'єднаний з X,Y,Zкоординатами. Блок керування переміщенням калібруючої поверхні 4 складається з мікроконтролера, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача напруги. Оскільки в ЕСМ мікроскопії переміщення зондів щодо поверхні зразка здійснюється керамічними сканерами за рахунок зміни їхніх лінійних розмірів і створення бічних вигинів при додаванні до їх обкладок електричної напруги, то потрібне окреме калібрування зондів для кожного можливого діапазона виконуваних вимірів від мікронів до нанометрів. Пристрій, що заявляється, працює наступним чином. Необхідна інформація про процес виготовлення еталонних нанорозмірних стр уктур надходить в блок керування параметрами 1, де формується необхідний сигнал, який надходить на вхід блоку сканування вістревої стр уктури 2, вхід блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4 та вхід блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3. На вхід блоку сканування вістревої структури 2 з блоку керування параметрами 1 надходить в цифровому вигляді інформація про просторове розташування вістревої структури, цифровий сигнал перетворюється в аналоговий і подається на вузол координат блоку сканування вістревої структури 2 для переміщення її по X,Y,Zкоординатам. На вхід блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4 з блоку керування параметрами 1 надходить в цифровому вигляді інформація про режими технологічного процесу виготовлення еталонних структур - величину напруги, дані про топологію, полярність напруги, напруженість поля, види йонів. З блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4 вказана 5 39552 інформація передається в аналоговому вигляді на вхід блоку сканування вістревої структури 2. На вхід блоку прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3 з блоку керування параметрами 1 надходить в аналоговому вигляді інформація про характеристики одержуваних наноструктур завдяки вимірюванням з використанням величини тунельного струму при скануванні вістря над одержаними наноструктурами. Коригування параметрів наноструктур, що формуються можна здійснювати завдяки наявності зворотного зв'язку між блоками прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3 та керування переміщенням калібруючої поверхні 4 та блоком керування параметрами 1. Одержана в блоці керування переміщенням калібруючої поверхні 4 інформація у ци фровому вигляді поступає на вхід блоку керування параметрами 1, з допомогою якого виконується також корегування технологічних процесів з метою одержання оптимальних параметрів еталонних структур, що виготовляються. Сигнал, що формується в блоці керування параметрами 1 та подається на вхід блоку сканування вістревої стр уктури 2, блоку керування прецизійного контролю форми верхівки вістря зонду 3 та блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4, визначає параметри переміщення вістревої структури в зоні підкладки по взаємно перпендикулярним X,Y,Z-координатам за допомогою трьох біморфних п'єзоманіпуляторів. На фіг.2, де наведене схематичне зображення еталонної поверхні для ЕСМ вимірів. Підтримка форми калібруючої поверхні досягається за допомогою технологічного процесу функціонування блоку керування переміщенням калібруючої поверхні 4. Послідовність протікання технологічного процесу виготовлення еталонних структур полягає в формуванні прописаних даних відхилення, формуванні корегованих машинних значень відхилення, подачі значень відхилення на ЦАПи керуючих напруг, що формують напруги відхилення, які надходить в вузол сканування та вузли зміщень. Експерименти по формуванню нитковидних нанокристалів SiC виявили одночасно помітну фасетизацію поверхні підкладки 6Н SiC моноатомними ступенями. Ця обставина виявилась досить важливою у плані формування нових еталонів для 6 контролю Z-переміщень в ЕСМ вимірах, а також для прецизійного контролю форми безпосередньо закінчення зондів ЕСМ. Попередні дослідження показали, що чутливість ЕСМ вимірів істотно зростає при максимальному наближенні зонда до досліджуваної поверхні, а головне при переході в реєстрації електростатичної взаємодії від реєстрації електростатичної сили до реєстрації її zградієнта, коли взаємодія, що реєструється, обумовлюється взаємодією поверхні із самим закінченням зонда, точніше із закругленою областю на його закінченні. І для чіткого встановлення наномалих зазорів зонд-поверхня й контролю форми закінчень зондів потрібні еталони, які б дозволили здійснювати такі операції з реально нанометровою точністю. Тобто використовуючи спостережуваний ефект фасетизації поверхні Si атомними ступенями створюютьсятакі еталони. В даний час виникла необхідність створення додаткових еталонних стр уктур для визначення точності переміщень сканера у важливому діапазоні одиниць нанометрів. У цьому діапазоні пропонується, фактично, одна еталонна структура структурована атомними щаблями поверхня кристалів Si(111) с висотою окремих щаблів 0,314нм. Така висота наближається до z-значення шуму атомно-силового мікроскопа на рівні 0,1нм, що обмежує застосування згаданого еталона. З метою калібрування більш зручними представляються щаблі висотою 1нм або трохи більше. Наші дослідження виявили, що тестові стр уктури з такою висотою щаблів можуть бути реалізовані на базі слабко розорієнтованих поверхонь кристалів 6HSіC, що мають значення параметра постійної решітки в напрямку перпендикулярно поверхні 1,5нм. Еталонні структури можуть бути використані як в електростатичній-силовій мікроскопії (ЕСМ), де реєструються сили взаємодії зонд-поверхня, так і в скануючій тунельній мікроскопії (СТМ), де реєструється тунельний струм між голкою й поверхнею й потрібна наявність провідності поверхні. Сучасний рівень нанотехнології дозволяє розробити та побудувати пристрій для виготовлення еталонних структур на основі атомно-силової мікроскопії електростатичних сил, що заявляється. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 39552 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601