Окрепилов В. - Стандартизация и метрология в нанотехнологиях (1027504), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Поскольку раман-феномен зависит от поляризации, поляризаторы являются одним из наиболее полезных элементов, которые могут быть использованы для блокирования некоторых сигналов и выделения других. Фотолюминесцеятяая сяектроскояия — мощный инструмент, который используется для исследования полупроводников, особенно тех, которые применяются для оптоэлектронных устройств. Это простой, гибкий, бесконтактный, неразрушающий метод зондирования электронных структур материалов.
Оборудование для ФЛ состоит из трех основных частей: 1) световой источник для обеспечения возбуждения; 2) дьюар для поддержания низкой температуры образцов во время оптического доступа к поверхности образца; 3) система обнаружения и регистрации для сбора и анализа фотонов, которые излучаются образцом (рис. 57). Фотолюминесцентная спектроскопия — широко используемый, недеструктивный метод исследования полупроводниковых материалов. Благодаря большой площади поверхности по отношению к объемной доле в наночастицах также предлагается способ для лучшего изучения поверхностей наноструктур.
Более того, наблюдение фиолетового смещения в положении полос показывает практичность его использования при изучении квантовых ограничений электронов в низкоразмерных системах. 3*рясно фл' — — — — Исто тннп потбупноння Монопрооп пт р Оврптоп ---- --.М..------.' Понто Рис. 57. Схема Фут-установки 140 14! Элекме)эолэоминесдеитния епектуоеколим Понятие электролюминесценции было введено в 1969 году Г Дестриау, когда он обнаружил люминофоры, такие как сульфид цинка, плакированный медью или марганцем, светящийся при воздействии поля высокого напряжения (обычно 10.000 В/см).
Хотя анализ светового излучения из нанокристаллов или объемной среды в основном проводится на основе фотолюминесцентных экспериментов, большинство светоизлучающих приборов зависят от электролюминесцентных свойств веществ. Электролюминесценция может отличаться от фотолюминесценции процессом электризации. В то время как при исследовании фотолюминесценции создание и рекомбинация диад-электронных вакансий происходит посредством оптического намагничивания вещества, при измерении электролюминесценции электрическая энергия облучает носители (137). Система измерения электролюминесценции такая же, как и фототюминесценции с одной дополнительной электрической системой измерения, показанной на рис. 58.
Система позволяет Рис. 58. Устройства, донолннюиеие с7ютолюминес центную систему длн измерение электролюминесценции проводить исследование как при комнатной, так и криогенной температуре. Передняя часть криостата присоединяется к трехмерному позиционирующему устройству для регулировки и имеет оптическое окно лля пропускания излучаемого света и монохроматор. Электролюминесцентная спектроскопия является полезным и важным средством электронного исследования электронных устройств в нанометричсском диапазоне.
Это позволяет исследователям понять механизмы светоизлучения в приборах, основанных на нанокристаллах. Приборы, позволяющие проводить измерения физических величин в нанометровом диапазоне, использующие вьппеизложенные методы измерений, существуют несколько десятилетий. Ими оснащены национальные метрологические институты стран с наиболее развитыми нанотехнологическими направлениями— Национальный институт стандартов и технологий 19!ЯТ (США), Национальная физическая лаборатория — )чРЕ (Великобритания), Физико-технический институт — РТВ (Германия), Национальный метрологический институт — ЕЖЕ (Франция) [701 Оснащение данных лабораторий включает в себя ряд приборов, позволяющих проводить измерения физических величин в нанометровом диапазоне.
К ним относятся сканирующие электронные микроскопы (СЭМ), просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ), сканирующие туннельные микроскопы (СТМ)» атомно-силовые микроскопы (АСМ), микроскопы ближнего поля, конфокальные микроскопы, интерференционные микроскопы и ряд других приборов обеспечивающих наивысшее разрешение по измеряемым физическим величинам при нанометровых размерах исследуемого объекта. Однако в процессе исследований различных наноструктур возникло понимание, что для решения задач обеспечения единства измерений параметров наноструктур данной приборной базы недостаточно.
Возникла необходимость значительно повысить точность измерений и увеличить количество измеряемых параметров. Поскольку пока не разработано приборов, основанных на новых физических принципах, повышение точности приборов 142 приведенных выше достигается за счет увеличения стабильности параметров окружающей среды, обеспыливания, всесторонней защиты от различных внешних воздействий. Получение информации о различных физических параметрах нанообъекта во многих случаях может быть достигнуто только путем одновременного измерения ряда физических параметров.
Поскольку при переносе объекта от одного прибора к другому ряд его свойства могут существенно измениться. Это привело к созданию комбинированных приборов, позволяющих, например, без выноса образца в атмосферу исследовать один и тот же участок образца методами сканирующей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, ближнепольной оптической микроскопии, дифрактометрии, поляриметрии ит.д. Приборы подобного типа разработаны и использузотся в Национальной физической лаборатории. Например, оптико-рентгеновский интерферометр и атомно-силовой микроскоп в комбинации с рентгеновским интерферометром.
Ввиду того, что появляется большое количество наноструктурированных материалов с новыми свойствами, количество нормируемых параметров, требующих проведения измерений постоянно возрастает. Также возникает необходимость создавать стандартные образцы новых наноструктурированных материалов и аттестовывать их. Поэтому для создания и исследования новых свойств нанострукутрированных материалов необходимо иметь возможность проводить изготовление таких материалов, а также оказывать на них различные воздействия в процессе измерений.
Этим требованиям соответствует измерительно-технологическая установка высшей точности для создания и исследования нанострукугур, созданная в Х1ЯТ (США). Данная установка считается одном из наиболее совершенных инструментов для исследований нанострукгурированных материалов. Ддя повышения достоверности регистрации параметров нанобъекта его исследование осуществляется непосредственно сразу после изготовления, причем транспорт объекта из технологической камеры в измерительную осуществляется с помощью специального робота в сверхвысоком вакууме. Это позволяет, например, в течение нескольких часов исследовать свойства поверхности свободной от газового монослоя.
В России (г. Зеленоград — Центр российской микроэлектроники) в 1989 г. была организована компания «НТ-МДТ», которая разработала научно-технологический комплекс на базе платформы «НаноФаб 100» для научно-исследовательских лабораторий, который является аналогом упомянутой установки, созданной 1~ПЯТ. Научно-технологический комплекс «НаноФаб» обеспечивает создание и измерение образцов в сверхвысоком вакууме [159). 3.3.
Метрологическое обеспечение измерений в нанотехнологиях В гл. 2 приведены основные методы и средства измерений, применяемые в настоящее время лдя количественной оценки основных свойств и характеристик нанообъектов и обладающее высоким разрешением. Как уже отмечалось, приборы для измерения физических величин в нанометровом диапазоне существуют достаточно давно, метрологическое обеспечение разработано и исследовано недостаточно.
При этом в метрологическом обеспечении нуждаются как сам технологический процесс создания новых наноструктур, так и измерения параметров создаваемых наноустройств, а также измерения характеристик материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами. Особую задачу представляют съем и обработка измерительной информации с устройств столь малых размеров, обеспечение достоверности и метрологической надежности измерений, выполняемых при этом [70]. Однако в области нанотехнологий существует потребность не только в измерительных инструментах и технологиях, но и в калибровочных мерах и обеспечении прослеживаемости (привязки) к эталонам.
Новые характеристики и возможности изделий наноиндустрии и свойств наноматериалов, создаваемых в результате приме- 144 145 147 146 ааапп нения нанотехнологий, предъявляют особые требования не только к применяемым средствам измерений, но и их метрологическому обеспечению. Зтн средства нзмеренай должны обладать новыми функциональными возмолпюстямп, расширенными диапазонами измерений и повьппенной точяостью (например, точность измерения длины должна возрасти в 10-15 раз), что ужесточает требования к уровню обеспечениа единства измерений в стране. В первую очередь это относится к точности, диапазонам измерений и функциональным возможностям первичных эталонов и обусловливает необходимость их совершенствования, а также, возможно, и создания новых, исходных эталонов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
