ФОРМИРОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ НАНОВИСКЕРОВ НА ВЕРШИНАХ ЗОНДОВ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ
ФОРМИРОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ НАНОВИСКЕРОВ НА ВЕРШИНАХ ЗОНДОВ …
6 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИ
УДК 53.084.2
ФОРМИРОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ НАНОВИСКЕРОВ НА ВЕРШИНАХ ЗОНДОВ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ
МИКРОСКОПИИ
А.О. Голубок, А.В. Ковров, В.В. Левичев, И.С. Мухин, О.А. Приходько
В настоящее время широко распространены такие методы роста вискеров, как рост в установках молекулярно-пучковой эпитаксии, рост из газовой фазы с использованием металлорганических соединений, выращивание вискеров методами электролиза, электропереноса, метод лазерной абляции и т.д. В данной работе предложено расширение метода неконтролируемого самоорганизованного роста ансамбля вискеров под действием электронного пучка. Предлагаемый метод предполагает контролирование геометрии роста и свойств вискеров. Данную технологию роста одиночных вискеров можно применять в атомносиловой микроскопии – создание суперзондов для исследования структур с развитым рельефом (глубокие каналы и впадины), для формирования острия при создании катодов и нанопинцетов. Ключевые слова: вискеры, зондовая микроскопия, кантилевер, электронная микроскопия, рост вискеров.
Введение
Диагностические возможности сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) во многом определяются параметрами используемых нанозондов. В качестве стандартных зондов обычно используются острые металлические иглы для работы в режиме СТМ и кремниевые кантилеверы для работы в режиме ССМ [1]. Для улучшения пространственного разрешения или для решения специализированных задач создают зонды с особыми параметрами, формируя, например, на конце зонда нитевидные кристаллы – нановискеры (НВ).
В настоящее время известны различные варианты технологии выращивания систем ориентированных нитевидных кристаллов [2, 3]. Например, известен способ выращивания НВ на плотно упакованных гранях монокристаллических подложек [4]. Первоначально на поверхность подложки в определенном порядке наносятся частицы растворителя. Затем осуществляется рост НВ по механизму «пар–жидкость–кристалл» [5] путем осаждения материала на поверхность при нагреве из паровой фазы через частицы растворителя. Известен также метод формирования одиночного НВ на вершине острия кремниевого кантилевера [6]. В этом методе на исходную поверхность зонда первоначально напыляется несколько слоев необходимого материала. Затем на поверхность зонда фокусируется электронный пучок. В области фокусировки возникает зарождение НВ. Управление ростом НВ осуществляется посредством механического перемещения зонда относительно фокуса электронного пучка. Недостатком такой технологии является необходимость выполнения достаточно трудоемкой процедуры по напылению нескольких слоев материалов на исходный зонд, а также определенная ограниченность в управлении динамикой процесса и контролировании параметров роста НВ. Целью данной работы было развитие метода формирования одиночных НВ на вершинах зондов СЗМ.
Экспериментальная установка
На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки. Эксперименты проводились в рабочей камере растрового электронного микроскопа (РЭМ) Inspect FEI.
82 Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета
информационных технологий, механики и оптики, 2009, № 4(62)
А.О. Голубок, А.В. Ковров, В.В. Левичев, И.С. Мухин, О.А. Приходько
Максимальное ускоряющее напряжение составляло 30 кВ, диаметр сфокусированного электронного пучка – 2 нм. Исходный СЗМ-зонд (1) размещается на столике (2) РЭМ. Ниже зонда располагается мишень (3), представляющая собой металлическую поверхность с углеродным покрытием. Электронный пучок (4) фокусируется на вершине зонда, и осуществляется сканирование по области с небольшой площадью. При этом производится экспонирование как участка зонда (1), так и участка расположенной ниже мишени (3). В зоне экспонирования на поверхности зонда происходит зарождение НВ (5), наблюдаемое на экране РЭМ в режиме вторичных электронов. Задавая направление и скорость перемещения пучка электронов относительно неподвижного зонда, а также площадь экспонирования, ускоряющее напряжение и ток пучка, можно управлять ростом НВ.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для формирования одиночного нановискера на вершине зонда СЗМ. На рисунке: 1 – исходный зонд СЗМ, 2 – столик РЭМ, 3 – мишень с углеродным покрытием, 4 – пучок электронов, 5 – растущий НВ
Результаты эксперимента
Было обнаружено, что под действием сфокусированного электронного пучка на облучаемой поверхности происходит нарастание материала. При длительной экспозиции нарастание материала наблюдается на площади, значительно превышающей область сканирования. При смещении электронного пучка наблюдается рост НВ вдоль направления смещения. Обнаружено, что в большинстве случаев рост начинается практически мгновенно, причем скорость роста не постоянна, а зависит от тока пучка и ускоряющего напряжения. Элементный состав растущего материала был исследован с помощью рентгеновского микроанализатора. Как видно из рис. 2, в спектре присутствуют ярко выраженный углеродный пик и пик от алюминиевой подложки мишени.
В результате экспериментов выявлено следующее. 1. Рост НВ наблюдается при малых площадях сканирования S
6 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИ
УДК 53.084.2
ФОРМИРОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ НАНОВИСКЕРОВ НА ВЕРШИНАХ ЗОНДОВ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ
МИКРОСКОПИИ
А.О. Голубок, А.В. Ковров, В.В. Левичев, И.С. Мухин, О.А. Приходько
В настоящее время широко распространены такие методы роста вискеров, как рост в установках молекулярно-пучковой эпитаксии, рост из газовой фазы с использованием металлорганических соединений, выращивание вискеров методами электролиза, электропереноса, метод лазерной абляции и т.д. В данной работе предложено расширение метода неконтролируемого самоорганизованного роста ансамбля вискеров под действием электронного пучка. Предлагаемый метод предполагает контролирование геометрии роста и свойств вискеров. Данную технологию роста одиночных вискеров можно применять в атомносиловой микроскопии – создание суперзондов для исследования структур с развитым рельефом (глубокие каналы и впадины), для формирования острия при создании катодов и нанопинцетов. Ключевые слова: вискеры, зондовая микроскопия, кантилевер, электронная микроскопия, рост вискеров.
Введение
Диагностические возможности сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) во многом определяются параметрами используемых нанозондов. В качестве стандартных зондов обычно используются острые металлические иглы для работы в режиме СТМ и кремниевые кантилеверы для работы в режиме ССМ [1]. Для улучшения пространственного разрешения или для решения специализированных задач создают зонды с особыми параметрами, формируя, например, на конце зонда нитевидные кристаллы – нановискеры (НВ).
В настоящее время известны различные варианты технологии выращивания систем ориентированных нитевидных кристаллов [2, 3]. Например, известен способ выращивания НВ на плотно упакованных гранях монокристаллических подложек [4]. Первоначально на поверхность подложки в определенном порядке наносятся частицы растворителя. Затем осуществляется рост НВ по механизму «пар–жидкость–кристалл» [5] путем осаждения материала на поверхность при нагреве из паровой фазы через частицы растворителя. Известен также метод формирования одиночного НВ на вершине острия кремниевого кантилевера [6]. В этом методе на исходную поверхность зонда первоначально напыляется несколько слоев необходимого материала. Затем на поверхность зонда фокусируется электронный пучок. В области фокусировки возникает зарождение НВ. Управление ростом НВ осуществляется посредством механического перемещения зонда относительно фокуса электронного пучка. Недостатком такой технологии является необходимость выполнения достаточно трудоемкой процедуры по напылению нескольких слоев материалов на исходный зонд, а также определенная ограниченность в управлении динамикой процесса и контролировании параметров роста НВ. Целью данной работы было развитие метода формирования одиночных НВ на вершинах зондов СЗМ.
Экспериментальная установка
На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки. Эксперименты проводились в рабочей камере растрового электронного микроскопа (РЭМ) Inspect FEI.
82 Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета
информационных технологий, механики и оптики, 2009, № 4(62)
А.О. Голубок, А.В. Ковров, В.В. Левичев, И.С. Мухин, О.А. Приходько
Максимальное ускоряющее напряжение составляло 30 кВ, диаметр сфокусированного электронного пучка – 2 нм. Исходный СЗМ-зонд (1) размещается на столике (2) РЭМ. Ниже зонда располагается мишень (3), представляющая собой металлическую поверхность с углеродным покрытием. Электронный пучок (4) фокусируется на вершине зонда, и осуществляется сканирование по области с небольшой площадью. При этом производится экспонирование как участка зонда (1), так и участка расположенной ниже мишени (3). В зоне экспонирования на поверхности зонда происходит зарождение НВ (5), наблюдаемое на экране РЭМ в режиме вторичных электронов. Задавая направление и скорость перемещения пучка электронов относительно неподвижного зонда, а также площадь экспонирования, ускоряющее напряжение и ток пучка, можно управлять ростом НВ.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для формирования одиночного нановискера на вершине зонда СЗМ. На рисунке: 1 – исходный зонд СЗМ, 2 – столик РЭМ, 3 – мишень с углеродным покрытием, 4 – пучок электронов, 5 – растущий НВ
Результаты эксперимента
Было обнаружено, что под действием сфокусированного электронного пучка на облучаемой поверхности происходит нарастание материала. При длительной экспозиции нарастание материала наблюдается на площади, значительно превышающей область сканирования. При смещении электронного пучка наблюдается рост НВ вдоль направления смещения. Обнаружено, что в большинстве случаев рост начинается практически мгновенно, причем скорость роста не постоянна, а зависит от тока пучка и ускоряющего напряжения. Элементный состав растущего материала был исследован с помощью рентгеновского микроанализатора. Как видно из рис. 2, в спектре присутствуют ярко выраженный углеродный пик и пик от алюминиевой подложки мишени.
В результате экспериментов выявлено следующее. 1. Рост НВ наблюдается при малых площадях сканирования S