Пристрій для виготовлення наноструктур

1. Пристрій для виготовлення наноструктур, який містить блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а вихід якого зв'язаний з входом блока подачі вістревої структури, вихід блока подачі вістревої структури з'єднаний з входом блока керування тунельним струмом, вхідвихід блока керування тунельним струмом зв'язаний з входом-виходом блока керування параметрами, який відрізняється тим, що додатково містить блок технологічного контролера, вхід-вихід якого зв'язаний з входом-виходом блока керування параметрами, а вихід з'єднаний з входом блока подачі вістревої структури, другий вихід блоку технологічного контролера є виходом пристрою. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блок подачі вістревої структури виготовлений у вигляді матриці з 8 вістревих модулів. Винахід відноситься до мікрооптоелектронної техніки і може бути використаний в технологічних процесах нанесення нанорозмірних структур. Відмінною рисою скануючих тунельних мікроскопів є їх здатність аналізувати топографію поверхні досліджуваних структур за рахунок розташування металевого вістря на молекулярних відстанях від поверхні підкладки. В додаток до вказаного використання отримані певні результати по використанню скануючого тунельного літографа, в якому за рахунок явища електронної емісії електронів з вістря можна отримувати необхідні осаджувані структури. Відомий пристрій формування нанорозмірних структур [McCord M.A., Pease R.F.W. Scanning tunneling microscope as a micromechanical tool // Apply physics letters, 50(10), 1987, P.569-570 ], який містить блок вибору режиму, вихід якого зв'язаний з входом блоку керування параметрами пристрою, вихід якого зв'язаний з блоком подачі вістревої структури, вихід якої зв'язаний з входом блоку графічної реєстрації досліджуваної поверхні. Спільними ознаками аналога та пристрою, що заявляється є: блок керування параметрами при строю, вихід якого зв'язаний з блоком подачі вістревої структури. Причиною, що перешкоджає досягненню поставленої задачі є обмежені функціональні можливості пристрою, обумовлені неможливістю одержання необхідної структури в результаті технологічного процесу при осаджуванні електронів з вістря. Відомий пристрій одержання 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 вістревої структури, входом блоку керування тунельним струмом, вихід блоку подачі вістревої структури зв'язаний з блоком керування тунельним струмом, вихід якого з'єднаний з входом блоку керування параметрами. Спільними ознаками аналога та пристрою, що заявляється є: блок керування параметрами пристрою, вихід якого зв'язаний з блоком подачі вістревої структури, входом блоку керування тунельним струмом, вихід блоку подачі вістревої структури зв'язаний з блоком керування тунельним (19) UA (11) 80154 (13) C2 (21) a200503760 (22) 20.04.2005 (24) 27.08.2007 (46) 27.08.2007, Бюл. № 13, 2007 р. (72) Золот Анатолій Іванович, Ларкін Сергій Юрійович, Ходаковський Микола Іванович, Коржинський Федір Йосипович, Мержвинський Павло Анатолійович (73) ІНСТИТУТ КІБЕРНЕТИКИ ІМ.В.М.ГЛУШКОВА НАН УКРАЇНИ (56) US 5227626, 13.07.1993 RU 2183364 C2, 10.06.2002 RU 2164718 C1, 27.03.2001 WO 2004001926, 31.12.2003 US 5116782, 26.05.1992 US 5512808, 30.04.1996 US 6608306, 19.08.2003 3 струмом, вихід якого з'єднаний з входом блоку керування параметрами. Причиною, що перешкоджає досягненню поставленої задачі є також обмежені функціональні можливості пристрою, обумовлені неможливістю одержання необхідної структури з заданими параметрами. Найбільш близьким технічним рішенням по сукупності співпадаючих етапів технологічного процесу, що пропонується є літографічна установка на базі скануючого тунельного мікроскопа [Lithography apparatus using Scanning Tunneling Microscopy, патент США №5227626, H01J3/14, 1993], що містить блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а виходи якого зв'язані з входом блоку подачі вістревої структури, входом блоку керування тунельним струмом, вихід блоку подачі вістревої структури 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 вістревої структури, вихід якої 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 та промислово реалізованою продуктивністю. 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 та промислово реалізованою продуктивністю, що дозволить суттєво розширити функціональні можливості пристрою, що пропонується. Розв'язання поставленої задачі досягається тим, що, пристрій для виготовлення наноструктур, який пропонується і включає в себе блок керування параметрами, вхід якого є входом пристрою, а вихід якого зв'язаний з входом блоку подачі вістревої структури, вихід блоку подачі вістревої структури з'єднаний з входом блоку керування тунельним струмом, вхід-вихід блоку керування тунельним струмом зв'язаний з входом-виходом блоку керування параметрами, додатково містить блок технологічного контролера, вхід-вихід якого зв'язаний з входом-виходом блоку керування параметрами, а вихід з'єднаний з входом блоку подачі вістревої матричної структури, другий вихід блоку технологічного контролера є виходом пристрою. Відмінною ознакою пристрою для виготовлення наноструктур є введення блоку технологічного контролера, що складається з модуля керування нанесенням іонів, вхід-вихід якого зв'язаний з входом-виходом блоку керування параметрами, вихід з'єднаний з входом блоку подачі вістревої матричної структури, а другий вихід є виходом пристрою. 80154 4 Ця відмінна ознака пристрою, що пропонується, дозволяє реалізувати кероване осаджування необхідних нанорозмірних структур з потрібними параметрами та промислово реалізованою продуктивністю, що дозволить суттєво розширити функціональні можливості пристрою, що пропонується. На Фіг.1 представлена структурна схема пристрою для виготовлення наноструктур. На Фіг.2 приведена функціональна схема технологічного контролера. На Фіг.3 показаний алгоритм роботи технологічного контролера. Структурна схема пристрою для виготовлення наноструктур містить блок керування параметрами 1, вхід якого є входом пристрою, а вихід зв'язаний з входом блоку подачі вістревої матричної структури 2, входи-виходи блоку керування параметрами 1 зв'язані з входами-виходами блоку керування тунельним струмом 3 та блоком технологічного контролера 4, вихід блоку технологічного контролера 4 з'єднаний з другим входом блоку подачі вістревої матричної структури 2, а вихід блоку подачі вістревої матричної структури 2 з'єднаний з входом блоку керування тунельним струмом 3, другий вихід блоку технологічного контролера 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 шляхом перетворення інформації з формату USD-сигналів комп'ютера в ТТЛрівень мікроконтролера. Блок керування параметрами 1 дозволяє задавати основні режими роботи пристрою: величину напруженості електричного поля, час іонізації нейтральних молекул робочого газу та їх концентрації у зоні стійкої поляризації в області вістря. Блок подачі матричної вістревої структури 2 складається з 8 вістревих модулів. Кожний вістревий модуль створений на базі мікропроцесорного модулю TMS5501, що керує трьома цифроаналоговими перетворювачами МАХІМ-МАХ522, виходи яких зв'язані з входом вузла біморфних п'єзоманіпуляторів, забезпечує керування вістревим модулем по Χ,Υ,Ζ координатам. Блок керування тунельним струмом 3 складається з мікропроцесорного вузла типу TMS6416PCI зі швидкодією 5760 MIPS на частоті 720МГц. В блоці також використаний підсилювач тунельного струму AD626 для передачі даних про струм в аналоговому вигляді. Блок технологічного контролера 4 реалізовано на базі сучасного сигнального процесору ADS 21XX зі швидкодією не менше 100 MIPS. До складу технологічного контролера (Фіг.2) входить модуль керуванням нанесенням іонів на основі мікроконтролера АТМода-32, виходи якого з'єднані з входами трьох цифро-аналогових перетворювачів ЦАП AD9772 , 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. 5 В блоці технологічного контролера використовуються вихідні цифро-аналогові перетворювачі з такими характеристиками: два синхронні канапи ЦАП AD9772 14 розрядів; вихідна напруга ЦАП±1,0В; Rвиx=50Ом; пристрій програмування частоти дискретизації ЦАП до 100МГц; буферна пам'ять FIFO ЦАП до 256К слів на канал. Системний інтерфейс із Хост-ПК РСІ 64/66 забезпечує швидкість передачі даних до 250МБ/с з можливістю сумісної синхронної або незалежної роботи кількох модулів. Буферна пам'ять тракту введення/виведення DDR SDRAM ємністю 2-4ГБ. Сумарний потік даних може складати до 800Мбайт/с на один канал введення-виведення. 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 вістревої матричної структури 2, вхід блоку технологічного контролера 4 та вхід блоку керування тунельним струмом 3. На вхід блоку подачі вістревої матричної структури 2 з блоку керування параметрами 1 надходить в цифровому вигляді інформація про просторове розташування окремого модуля вістревої матричної структури, де цифровий сигнал перетворюється в аналоговий і подається в вістреву матричну структуру для переміщення окремих модулів вказаної структури по Χ,Υ,Ζ координатам. На вхід блоку технологічного контролера 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 передається в аналоговому вигляді на вхід блоку подачі вістревої матричної структури 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 вістревих модулів 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 вістревих модулів в зоні підкладки по взаємно перпендикулярним Χ,Υ,Ζ- координатам за допомогою трьох біморфних п'єзоманіпуляторів. Управління роботою пристрою при формуванні нанорозмірних структур забезпечує представлення на моніторі інформації про: - реєстрацію помилок оператора, 80154 6 - контроль за переміщення вістревих модулів в потрібних напрямках з необхідною швидкістю та заданим кроком АЦП, - контроль за величиною відстані між вістрям та поверхнею, Блок керування параметрами представляє виділений блок, що одержуючи вихідну інформацію, яку задає оператор для формування вихідного технологічного шаблону, забезпечує визначення первинних параметрів переміщення вістревих модулів. Блок подачі вістревої матричної структури безпосередньо обробляє команди переміщення на задане число позицій. Вони також синхронізуються між собою для підвищення продуктивності системи. В залежності від завдання дані керування поступають у відповідний вістревий модуль. Кожен модуль має незалежне керування своїм каналом. При роботі окремий модуль взаємодіє із внутрішньою пам'яттю і пристроями цифро-аналогового перетворення, при цьому швидкість видачі даних і команд керування на виконавчі пристрої максимальна. Виведення даних здійснюється по відповідним каналам, що забезпечує безперервність технологічних операцій. По завершенні технологічного завдання процесорний модуль подає відповідний сигнал на програмний монітор Хост ПК. У процесі роботи монітор Хост ПК дозволяє вносити корекцію в режими роботи необхідного вістревого модулю для заданого каналу. Вихідні вимоги до процесорного блоку визначаються технологічними нормами формування структур. Програма обробки завантажується у технологічний контролер з хост-станції керуючої ПК та за відповідної команди оператора завантажується на виконання. Робоча станція Хост-ПК має таку конфігурацію: Intel ΡVI 2.5GHz, 1GB RAM, 200GB HDD. Плати керування Хост-ПК на базі плат паралельного введення/виведення сигнальних процесорів Texas Instrument TMS6416 встановлюються в РСІ слоти Хост-ПК. Розпаралелювання роботи здійснюється наявністю кількох плат в одному модулі з одночасним виданням даних керування по кожному каналу окремим процесором. 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 вістревого модулю. Реалізація інтерфейсу між блоком керування параметрами та блоком технологічного контролеру забезпечує необхідну продуктивність системи в цілому. До складу технологічного контролеру також входять: інтерфейсні перетворювачі інформаційних джерел, перетворювачі керуючої інформації та передавачі її на виконавчі пристрої переміщення, вузол обчислювальної обробки та система датчиків. Сучасний рівень нанотехнології дозволяє розробити та побудувати пристрій для виготовлення наноструктур, що заявляється. 7 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 80154 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