Пристрій для контролю формування нанорозмірних структур

Пристрій для контролю формування нанорозмірних структур, який містить блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а вихід якого зв'язаний з входом блока подачі вістря, вихід блока подачі вістря з'єднаний з входом блока керування тунельним струмом, вхід-вихід блока керування тунельним струмом зв'язаний з входомвиходом блока керування параметрами, який відрізняється тим, що містить блок керування нанесенням іонів, вхід-вихід якого зв'язаний з входомвиходом блока керування параметрами, а вихід з'єднаний з входом блока подачі вістря, другий вихід блока керування нанесенням іонів є виходом пристрою. (19) (21) 20040403235 (22) 28.04.2004 (24) 16.10.2006 (46) 16.10.2006, Бюл. № 10, 2006 р. (72) Золот Анатолій Іванович, Ходаковський Микола Іванович, Мержвинський Павло Анатолійович, Шкляр Михайло Петрович, Ларкін Сергій Юрійович, Коржинський Федор Йосипович (73) Інститут кібернетики ім.В.М.Глушкова НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК України (56) US 5116782, 26.05.1992 US 5512808, 30.04.1996 US 6608306, 19.08.2003 RU 2164718, 27.03.2001 Леонов И.Б. Программное обеспечение СТМ. Электронная промышленность, №3, 1991, С.45-51 3 подачі вістря, вихід якого зв'язаний з входом блоку точної подачі вістря. Причиною, що перешкоджає досягненню поставленої задачі є також обмежені функціональні можливості пристрою, обумовлені неможливістю одержання необхідної структури в результаті технологічного процесу при осаджуванні електронів з вістря. Найбільш близьким технічним рішенням по сукупності співпадаючих етапів технологічного процесу, що пропонується є пристрій контролю формування нанорозмірних структур [Леонов В.Б. Программное обеспечение СТМ // Электронная промышленность, 1991, №3, С.45-51], що містить блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а виходи якого зв'язані з входом блоку подачі вістря, входом блоку керування тунельним струмом, вихід блоку подачі вістря зв'язаний з блоком керування тунельним струмом, вихід якого з'єднаний з входом блоку керування параметрами. Спільними ознаками прототипу та пристрою, що пропонується є: блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а вихід якого зв'язаний з входом блоку подачі вістря, вихід якого зв'язаний з блоком керування тунельним струмом, вхід-вихід блоку керування тунельним струмом зв'язаний з входом-виходом блоку керування параметрами. Причиною, що перешкоджає досягненню поставленої задачі є те, що в прототипі не можна реалізувати кероване осаджування необхідних нанорозмірних структур з потрібними параметрами. В основу винаходу поставлена задача створити такий пристрій, в якому, через введення нових елементів було б можливо реалізувати кероване осаджування необхідних нанорозмірних структур з потрібними параметрами, що дозволить суттєво розширити функціональні можливості пристрою, що пропонується. Розв'язання поставленої задачі досягається тим, що, пристрій формування нанорозмірних структур, який пропонується і включає в себе блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а вихід якого зв'язаний з входом блоку подачі вістря, вихід блоку подачі вістря з'єднаний з входом блока керування тунельним струмом, вхідвихід блоку керування тунельним струмом зв'язаний з входом-виходом блоку керування параметрами, додатково містить блок керування нанесенням іонів, вхід-вихід якого зв'язаний з входомвиходом блоку керування параметрами, а вихід з'єднаний з входом блоку подачі вістря, другий вихід блоку керування нанесення іонів є виходом пристрою. Відмінною ознакою пристрою нанесення нанорозмірних структур є введення блоку керування нанесенням іонів, вхід-вихід якого зв'язаний з входом-виходом блоку керування параметрами, вихід з'єднаний з входом блоку подачі вістря, а другий вихід є виходом пристрою. Ця відмінна ознака пристрою, що пропонується, дозволяє реалізувати кероване осаджування необхідних нанорозмірних структур з потрібними параметрами, що дозволить суттєво розширити 77015 4 функціональні можливості пристрою, що пропонується. На Фіг.1 представлена структурна схема пристрою формування нанорозмірних структур. Структурна схема пристрою контролю формування нанорозмірних структур (Фіг.1) містить блок керування параметрами 1, вхід якого є входом пристрою, а вихід зв'язаний з входом блоку подачі вістря 2, входи-виходи блоку керування параметрами 1 зв'язані з входами-виходами блоку керування тунельним струмом 3 та блоку керування нанесенням іонів 4, вихід блоку керування нанесенням іонів 4 з'єднаний з другим входом блоку подачі вістря 2, а вихід блоку подачі вістря 2 з'єднаний з входом блоку керування тунельним струмом 3, другий вихід блоку керування нанесення іонів 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 ADVC812, що дозволяє здійснювати прийомпередачу інформації з USD-сигналів комп'ютера в ТТЛ-рівні мікроконтролера. Блок керування параметрами 1 дозволяє задавати основні режими роботи пристрою - величину напруженості електричного поля, час іонізації нейтральних молекул робочого газу та його концентрації у зоні стійкої поляризації в області вістря. Блок подачі вістря 2 складається з трьох цифро-аналогових перетворювачів МАХІМ-МАХ522, виходи яких зв'язані з входом вузла біморфних п'єзоманіпуляторів, які забезпечують керування вістрям по X, Y, Z координатам. Блок керування тунельним струмом 3 складається з підсилювача тунельного струму AD626 для передачі даних про струм в аналоговому вигляді. Блок керування нанесення іонів 4 складається з мікроконтролера АТМода-32, виходи якого з'єднані з 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 розподілу газових потоків. Пристрій, що заявляється, працює наступним чином. Необхідна інформація про процес нанесення нанорозмірних структур надходить в блок керування параметрами 1, де формується необхідний сигнал, який надходить на вхід блоку подачі вістря 2, вхід блоку керуванням нанесенням іонів 4 та вхід блоку керування тунельним струмом 3. На вхід блоку подачі вістря 2 з блоку керування параметрами 1 надходить в цифровому вигляді інформація про просторове розташування вістря, де цифровий сигнал перетворюється в аналоговий і подається в вістреву систему для переміщення вістря по X, Y, Z координатам. На вхід блоку керування нанесення іонів 4 з блоку керування параметрами 1 надходить в цифровому вигляді інформація про режими технологічного процесу нанесення іонів - величину напруги, дані про топологію, полярність напруги, напруженість поля, види іонів. З блоку 4 вказана інформація передаєть 5 ся в аналоговому вигляді на вхід блоку подачі вістря 2. На вхід блоку керування тунельним струмом 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 3, 4 та блоком керування параметрами 1. Одержана в блоці 4 інформація у цифровому вигляді поступає на вхід блоку керування параметрами 1, з допомогою якого виконується також корегування технологічних процесів з метою одержання оптимальних параметрів структур, що виготовляються. Сигнал, що формується в блоці керування параметрами 1 та подається на вхід блоків 2, 3 і 4, визначає параметри переміщення вістря в зоні підкладки по взаємно перпендикулярним X, Y, Z координатам за допомогою трьох біморфних п'єзоманіпуляторів. Управління роботою пристрою при формуванні нанорозмірних структур забезпечує представлення на моніторі інформації про: - вибрані режими технологічного процесу, - реєстрацію помилок оператора, - сканування поверхні з можливістю зміни режиму сканування, - грубе та точне переміщення вістря в потрібних напрямках з необхідною швидкістю та заданим кроком АЦП, - контроль за величиною відстані між вістрям та поверхнею, - запис інформації про режими сканування, - властивості досліджуваної поверхні підкладки. За допомогою пристрою, що пропонується можна здійснювати газофазне осадження в потужному електричному полі металевих та напівпровідникових шарів в зоні мікровістря на підкладці, що, в свою чергу, дає можливість одержувати наноструктури з розмірами в одиниці нанометрів, зокрема для квантових приладів обчислювальної техніки. 77015 6 Пристрій, що заявляється, дозволяє забезпечувати стійку роботу вістря без його хімічного руйнування активними газами, а також відведення відпрацьованих газових продуктів реакції системою вакуумної відкачки. Для забезпечення роботи пристрою при формуванні елементів наноструктур в зоні мікровістря в робочий об'єм камери з газом-носієм, яким може бути водень, подаються гази SiH4, AsH3, або такі, що мають в своєму складі хлор або фтор - SiCl4, SiF4, WCl6 з метою іонізаціїта подальшого осадження на напівпровідникову підкладку у сильному електричному полі. Процес осадження іонів з вістря на підкладку здійснюється за рахунок розкладання газів в потужному електричному полі. В зоні робочої частини вістря можна виділити з врахуванням градієнту напруженості електричного поля, три основні характерні зони. Перша зона, яка знаходиться найближче до вістря (кілька ангстрем), характеризується іонізацією молекул робочого газу (наприклад, гексахлориду вольфраму WCl6). Друга характерна зона розташована від вістря на відстані приблизно 10rо (rо - радіус вершини вістря). У вказаній зоні відбувається захват електричним полем нейтральних молекул робочого газу та їх поляризація. Далі за цією зоною розташована третя зона з відносно слабким електричним полем та хаотичним рухом нейтральних молекул. При цьому, в зоні вістря, в першій зоні при напруженості електричного поля 10В/нм, електрони за рахунок ефекту тунелювання відриваються від нейтральної поляризованої частки, що спричиняє появу позитивного іона: MeCl 6 MeCl 6 2 e . Результатом закінчення процесу іонізації є швидке розділення електронів та іонів за рахунок наявності потужного електричного поля. Позитивні іони зосереджуються на підкладці з від'ємним потенціалом, а електрони прямують до аноду. При цьому, температурний режим в зоні напівпровідникової підкладки вибирається з огляду на забезпечення необхідної адгезії матеріалу, що осаджується. Сучасний рівень нанотехнології дозволяє розробити та побудувати пристрій формування нанорозмірних структур, що заявляється. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 77015 8 Підписне Тираж 26 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