Пристрій формування наноелектронних структур

Пристрій формування наноелектронних структур, що містить блок лазерної системи, оптично зв'язаний через блок оптоволоконного вістря, зра 3 оптоволоконного вістря, вхід та вихід якого зв'язаний з відповідним входом та виходом блока вибору режимів роботи, другий вхід - вихід якого зв'язаний з входом-виходом фотоприймача, третій вхід-вихід зв'язаний з входом - виходом блока лазерної системи, четвертий вхід є входом пристрою. Причиною, що перешкоджає досягненню поставленої задачі є те, що в найближчому аналозі не можна реалізувати кероване формування наноелектронних структур. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий пристрій, в якому, через введення нових елементів було б можливо реалізувати кероване формування наноелектронних структур з потрібними параметрами, що дозволить суттєво розширити функціональні можливості пристрою, що пропонується. Розв'язання поставленої задачі досягається тим, що пристрій формування наноелектронних структур, який пропонується, містить блок лазерної системи, оптично зв'язаний через блок оптоволоконного вістря, зразок та діафрагму з фотоприймачем, вихід якого зв'язаний з входом блока оптоволоконного вістря, вхід та вихід якого зв'язаний з відповідним входом та виходом блока вибору режимів роботи, другий вхід - вихід якого зв'язаний з входом-виходом фотоприймача, третій вхід-вихід зв'язаний з входом-виходом блока лазерної системи, четвертий вхід є входом пристрою, додатково містить блок керування лазером, вхід-вихід якого зв'язаний з блоком вибору режимів роботи, а другий вхід-вихід з'єднаний з входомвиходом блока лазерної системи. Відмінною ознакою пристрою формування наноелектронних структур є введення блока керування лазером, вхід-вихід якого зв'язаний з блоком вибору режимів роботи, а другий вхід-вихід з'єднаний з входом-виходом блока лазерної системи. Ця відмінна ознака пристрою, що пропонується, дозволяє реалізувати кероване формування необхідних наноелектронних структур з потрібними параметрами, що дозволить суттєво розширити функціональні можливості пристрою, а саме дасть змогу створювати наноструктури з роздільною здатністю 5-10 нанометрів. На фіг. представлена структурна схема пристрою формування наноелектронних структур. Структурна схема пристрою формування наноелектронних структур (фіг.) містить блок лазерної системи 1, оптичний вихід якого зв'язаний з оптичним входом блока оптоволоконного вістря 2, вхід - вихід якого зв'язаний з блоком вибору режимів роботи 3, вхід-вихід якого зв'язаний з входомвиходом фотоприймача 6, оптичний вихід блока оптоволоконного вістря 2 зв'язаний через зразок 4 та діафрагму 5 з фотоприймачем 6, блок керування лазером 7, вхід-вихід якого зв'язаний з блоком вибору режимів роботи 3, а другий вхід-вихід з'єднаний з входом-виходом блока лазерної системи 1. Блок лазерної системи 1 складається з лазерної системи ТиДи-скан фірми Техноскан (Росія) на основі твердотільного неперервного (титансапфірового, на фарбниках або їх комбінації) ла 58422 4 зера, що переналагоджується, з вузькою лінією випромінювання (в діапазоні 275-1750 нм). До складу системи входить також високоточний вимірювач довжин хвиль випромінювання та модуль, що забезпечує керування через USB інтерфейс. Блок оптоволоконного вістря 2 складається з п'єзо датчика на основі кварцового резонатора камертонного типу та зонду оптоволоконного вістря, який через можливість інтенсивної трансформації основної моди оптичного волокна в моду звуженого металевого хвилеводу дозволяє одержувати максимальну потужність випромінювання в області субхвильового отвору й проводити виготовлення зразків як на відбиття, так і на просвіт в режимах близькопольної оптичної літографії для реалізації просторової роздільної здатності на рівні 10 нм і краще. Зонд оптоволоконного вістря кріпиться до кварцевого резонатора. Змушені коливання камертона на частоті, близької до резонансної частоти системи зонд - кварцовий резонатор, збуджуються за допомогою додаткового п'єзовібратора. При цьому зонд робить коливальний рух паралельно поверхні зразка. Вимір сили взаємодії зонда з поверхнею виробляється за допомогою реєстрації зміни амплітуди й фази коливань кварцового резонатора на частоті порушення (по змінній складовій напруги на електродах резонатора U(t)). Блок вибору режимів роботи 3 складається з двохнаправленого конвертора МАХ3340Е, вхідвихід якого з'єднаний з входом-виходом центрального комп'ютера та входом-виходом мікроконтролера ADVC812, що дозволяє здійснювати прийомпередачу інформації USB - сигналів з комп'ютера в ТТЛ - рівні мікроконтролера. До блока 3 входить також електронний вузол керування просторовим положенням оптоволоконного зонда біля зразка, який складається з чотирьох цифро-аналогових перетворювачів МАХІММАХ522, виходи яких зв'язані з входами блока п'эзоелектричних двигунів, а саме - з трьома X, Y, Z - входами трьох координатного п'єзосканера та п'єзоелектричного крокового двигуна, які забезпечують керування просторовим положенням оптоволоконного зонда в зоні зразка по X, Y, Z координатам. Блок вибору режимів роботи забезпечує зв'язок між елементами пристрою і дозволяє задавати основні технологічні параметри та режими роботи пристрою. Зразок 4 складається з підкладки, на поверхню якої наноситься напівпровідникова структура InAs/GaAs із квантовими крапками. Як зразок можуть використовуватись світлочутливі плівки, до складу яких входять пігменти пептидної природи та оптоелектронні резисти на основі неорганічних матеріалів. Діафрагма 5 складається з фокусуючої лінзи та відповідного кріплення. Фотоприймач 6 складається з фотодетектора з можливістю налагодження змінної відстані від діафрагми 5. Блок керування лазером 7 складається з мікроконтролера АТМода-32, виходи якого з'єднані з 5 входами трьох цифро-аналогових перетворювачів МАХІМ-МАХ522, вихід одного з них з'єднаний з входом підсилювача струму, вихід другого з'єднаний з входом підсилювача напруги, вихід третього з'єднаний з входом вузла електрода керування та модулятора блока лазерної системи 1. Пристрій, що заявляється, працює наступним чином. Необхідна інформація про процес формування наноелектронних структур надходить в блок вибору режимів роботи 3, де формуються необхідні сигнали, які надходять на вхід блока оптоволоконного вістря 2, на вхід блока керування лазером 7 та на вхід фотоприймача 6. На вхід блока вибору режимів роботи 3 з комп'ютера надходить в цифровому вигляді інформація про просторове розташування оптоволоконного вістря. На вхід блока лазерної системи 1 з блока керування лазером 7 надходить в цифровому вигляді інформація про режими технологічного процесу формування наноелектронних структур із зони субхвилевої діафрагми, що знаходиться на вершині вістря оптичного зонду блока оптоволоконного вістря 2. З блока 1 вказана інформація в оптичному вигляді передається на вхід блока оптоволоконного вістря 2 і далі через оптоволоконний зонд на зразок. На вхід блока вибору режимів роботи 3 з фотоприймача 6 надходить в аналоговому вигляді інформація про характеристики одержуваних наноструктур завдяки вимірюванням та обробки даних про криву сканування поверхні зразка при скануванні вістря над одержуваними наноструктурами. Коригування параметрів наноструктур, що формуються, здійснюється завдяки наявності зворотного зв'язку між фотоприймачем і блоком 3, блоками 2 і 3, та 1 і 7. Одержана в блоці 3 інформація в аналоговому вигляді поступає в блок оптоелектронного вістря 2, а одержана в блоці 7 інформація у цифровому вигляді надходить на вхід блока лазерної системи 1, з допомогою якого виконується також корегування технологічних процесів з метою одержання оптимальних параметрів структур, що виготовляються. Сигнал, що формується в блоці вибору режимів роботи 3 та подається на вхід блоків 2 і 7, визначає параметри формування наноструктури та переміщення вістря в зоні зразка по взаємно перпендикулярним X, Y, Z - координатам за допомогою трьохкоординатного п'єзосканера та крокового п'єзо двигуна. При експлуатації пристрою здійснюється формування наноелектронних структур, інформація про яке представляється на екрані монітору у вигляді ряду параметрів: - необхідний вибір режимів технологічного процесу; - помилки оператора та шляхи їх усунення; - стан процесу сканування поверхні з можливістю зміни режиму сканування; - властивості досліджуваної поверхні зразка та шляхи можливої корекції процесу формування структур. Даний пристрій побудований на використанні близькопольної оптичної мікроскопії, в якій використовуються інші принципи побудови зображення 58422 6 об'єкта, ніж в класичній оптиці, що дозволяють перебороти труднощі, пов'язані з дифракцією світла, і реалізувати просторове розрішення на рівні 10 нм і краще. Це пов'язано з тим, що одним з основних законів оптики є існування так званої дифракційної межі, що встановлює мінімальний розмір (R) об'єкта, зображення якого може бути побудовано оптичною системою при використанні світла з довжиною хвилі : R=/2n де: n - показник переломлення середовища. Для звичайного оптичного діапазону довжин хвиль граничний розмір становить величину порядку 200-300 нм. Щоб зменшити на порядок і більше цей показник і використовується близькопольний оптичний мікроскоп . В основі його роботи використовується явище проходження світла через субхвильові діафрагми (отвору з діаметром багато менше довжини хвилі падаючого випромінювання). При проходженні світла через субхвильовий отвір спостерігається ряд особливостей. Електромагнітне поле в області діафрагми має складну структуру. Безпосередньо за отвором на відстанях Z100а розташовується далека зона, у якій спостерігаються лише випромінювальні моди. Потужність випромінювання за субхвильовою діафрагмою в далекій зоні може бути оцінена по наступній формулі: 4 6 Р=(128/27)*к а Wо, де к - хвильовий вектор, Wо щільність потужності падаючого випромінювання. Для випромінювання з довжиною хвилі порядку =500 нм і діафрагми з отвором а ~ 5 нм потужність випромінювання в далекій зоні становить близько 10-10 від потужності падаючого випромінювання. Найбільш широке застосування знайшли близькопольні оптичні мікроскопи із зондами на основі оптичного волокна, що представляє собою аксиально - симетричний оптичний хвилевід із матеріалів з показниками переломлення, що відрізняються. Оптичне волокно складається із серцевини і оболонки. Зовні волокно покривається захисним шаром. Серцевина й оболонка виготовляються, як правило, з особливого кварцового скла. При цьому скло, що використовується для оболонки, має менший показник переломлення, ніж скло для серцевини. Зонди для близькопольного оптичного мікроскопа виготовляються шляхом очищення від захисного шару кінця оптичного волокна через занурювання в розчин, що складається із двох рідин, що не змішуються, - суміші HF, NH4F, Н2О, що є травником для кварцу, і рідини з меншою щільністю, наприклад, толуолу. Толуол розташовується поверх травника й служить для формування меніска змочування на границі толуол - травник - волокно. У міру травлення товщина волокна зменшується, що приводить до зменшення висоти меніска. У результаті в процесі травлення на кінці волокна відбувається формування конусоподібного вістря з характерними розмірами менше 100 нм. Потім 7 58422 кінчик зонда покривається тонким шаром металу. Покриття наноситься за допомогою вакуумного напилювання під кутом порядку 30° до осі волокна, так що на кінчику вістря в області тіні залишається ненапилена ділянка малої апертури, що і є близь Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 8 копольним джерелом випромінювання. Оптимальний кут при вершині зондів становить близько 20°. Сучасний рівень мікро- та нанотехнологій дозволяє розробити та побудувати пристрій формування наноелектронних структур, що заявляється. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601