Азаренков Н.А. - Наноматериалы (1051240), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Сканирование пучка осуществляется ферромагнитной сканирующей системой, которая обеспечивает растр сканирования 0.5 × 0.5мм2 с частотой до 10 кГц. Для более быстрого сканирования примененаэлектростатическая система сканирования с частотой до 1 МГц и растромсканирования 50×50 мкм2. Трехкоординатный (XYZ) механизм перемещения компании Burleigh Inchworm позволяет позиционировать мишень впределах 25 × 25 мм2 с точностью 20 нм в замкнутом цикле. На этой микрозондовой установке получены размеры пятна на мишени 290×450 нм2 стоком протонного пучка 50 пА и размерами пучка ионов H +2 35 × 75 нм2при токе на уровне 1 фА.Несмотря на значительный прогресс в параметрах установок ядерных микрозондов и ряд предпочтительных свойств сфокусированных пучков ионов мегаэлектронвольтных энергий перед аналогичными пучкамиэлектронов и тяжелых ионов низких энергий, перспективы изготовлениякоммерческих образцов связаны, в первую очередь, с разработкой новыхсхем компоновки микрозондов, которые позволят создать более компактную установку.
В работах [75, 76] предложен один из вариантов такойкомпоновки, позволяющий уменьшить размеры установки более чем впять раз до пяти метров в длину и улучшить параметры пучка на мишени.Величина коэффициентов уменьшения зондоформирующих системядерных микрозондов находится на достаточно низком уровне по сравнению с SEM. Поэтому необходимо разрабатывать новые зондовые системыс коэффициентами уменьшения на уровне 1000 – 10000 на базе принципиально новых линз, позволяющих уменьшить рабочее расстояние до 5 мм.Системы с такими коэффициентами уменьшения будут обладать большими аберрациями, поэтому требуется применение новых типов источниковионов со значительно большей величиной яркости.
В работах [77 – 78]рассмотрено применение полевого источника ионов Не+ с яркостью109 А/м2ср, что на семь порядков превышает яркость существующих высокочастотных источников ионов. Однако невысокий суммарный ток такогоисточника (около 100 пА при энергетическом разбросе < 1 эВ) требуетразработки принципиально новых схем стабилизации высокого напряжения в электростатических ускорителях.Метрологические аспекты определения размеров пучка на мишени вустройствах использующих сфокусированные электронные пучки достаточно хорошо отработаны.
В связи с тем, что выход вторичных электронов при взаимодействии легких ионов с веществом значительно ниже исуществует принципиальное отличие их прохождения внутри самого вещества по сравнению с электронами, поэтому в настоящее время очень130остро стоит проблема разработки стандартов по определению размеровпучка < 30 нм [79].6.6.3. Взаимодействия ускоренных заряженных частицс резистивными материаламиУскоренные заряженные частицы, проходя в образце, вызывают изменение физико-химических свойств облученной области. При обработкеобразца соответствующим проявителем с применением в некоторых процессах электрохимического травления удаляется облученная область, вэтом случае резистивный материал называется позитивным, и напротив,удаление необлученной области присуще негативным резистивным материалам.
Так в полимерных материалах типа РММА прохождение в нихпротонов приводит к разрыву полимерных цепочек. В результате облученная область содержит молекулярные соединения с малым молекулярным весом, которая удаляется при воздействии, например, водного раствора изопропиллированного спирта (IPA) в соотношении 3:7 (рис. 6.30а).С другой стороны в материале SU-8 протоны создают межмолекулярныепоперечные связи, что приводит к увеличению стойкости к химическомупроявителю, который удаляет необлученную область и поэтому такой резистивный материал является негативным по отношению к процессу облучения пучком заряженных частиц (рис.
6.30б) [80].абвРис. 6.30. Изображение трехмерных наноразмерных структур, полученных спомощью технологии p-beam writing [81]: а – SEM изображение параллельныхлиний, полученных в слое РММА толщиной 350 нм; б – микроскопическаякопия монументального строения Stonehenge, полученная в однослойномрезистивном материале SU-8, за счет варьирования энергии протонов;в – массив иголок с высоким соотношением высоты к ширине, полученных вмассивном объеме кремния (кривизна острия 15 нм)Радиационные повреждения кремния р-типа приводят к увеличениюудельного сопротивления облученной области, что позволяет с помощьюэлектрохимического травления образовать в необлученной области порис131тую структуру, которая в последствии удаляется с мощью раствора гидроксида калия. Такая технология дает возможность создавать трехмерныенаноструктуры в массивном объеме кремния (рис. 6.30в).
Аналогичныймеханизм создания трехмерных структур применяется и для GaAs [81].Основной отличительной особенностью технологии с применениемпучка протонов по сравнению с электронным пучком является то, что вслучае более легких электронов с уменьшением размеров структур необходимо использовать меньшую толщину резистивных материалов(рис.
6.31) (как правило, резистивный материал наносится на подложку сприменением центрифуги).Это является следствием рассеяния электронов при их прохождениив образце и структуры при этом являются практически двумерными. В тоже время пучок протонов практически не уширяется в резистивных материалах, что в этом случае позволяет создавать трехмерные наноструктуры.Немаловажным фактором является также величина необходимой дозы приоблучении резистивных материалов с целью получения желаемого результата. Для случая протонов по оценке работы [81] она на два порядка ниже,чем необходимо для электронного пучка.
В таблице 6.3 приведены значения дозы для различных материалов [82].Рис. 6.31. Зависимость толщины слоя резистивного материала РММАот поверхностного размера наноструктуры для технологии EBL132Таблица 6.3Применение различных резистивных материалов в технологии PBWРезистивныйматериалТипНеобходимаядоза, нК/мм2РММАSU-8HSQPMGIWL-7154TiO2SiDiaPlateADEPRForturanPADC (CR-39)ma-N 440GaAsпозитивныйнегативныйнегативныйпозитивныйнегативныйнегативныйнегативныйнегативныйнегативныйпозитивныйпозитивныйнегативныйнегативный80 – 15030301504800080 00010125 – 2381600200100 000Наименьшийполученныйхарактерный размер20 – 30 нм60 нм22 нм1.5 мкм800 нм5 мкм15 нм (острие иголки)10 мкм5 мкм3 мкм5 мкм400 нм12 мкмКак видно из таблицы, в зависимости от материала и дозы можнополучить наноструктуры с характерным размером 20 – 30 нм для материала РММА, а для кремния 15 нм.Контрольные вопросы1.
Перечислите основные методы получения наноматериалов.2. Каковы особенности получения нанопорошков?3. Что такое компактирование?4. Способы получения беспористых нанокристаллических материалов.5. Недостатки метода интенсивной пластической деформации для получения нанокристаллических материалов.6. Какие методы положены в основу тонкопленочной технологии получения наноструктурных пленок, покрытий?7. В чем отличия метода магнетронного распыления от метода вакуумно-дугового осаждения?8. С помощью, каких методов можно получать фуллерены?9. Какие атомные субстанции являются эффективными катализаторамироста УНТ, в частности, массивов ориентированных УНТ?10.
Каковы основные особенности выращивания УНТ методом дуговогоразряда?11. Какова роль шаблонов при выращивании массивов ориентированныхУНТ?13312. Каковы особенности прохождения ускоренных низкоэнергетическихпучков электронов и ионов, а также пучков легких ионов средних энергийв веществе? В чем отличия?13. Основные отличия электронной пучковой литографии от сканирующей электронной микроскопии.14. Отличительные особенности применения пучка протонов в сравнениис электронным пучком для резистивных материалов.Литература к разделу 61.
Гусев А. И., Ремпель А. Л. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит, 2001. – 224 с.2. Поздняков В. А. Физическое материаловедение наноструктурных материалов. – М.: МГИУ, 2007. – 424 с.3. Суздалев И. П. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – М.: КомКнига, 2006.
– 592 с.4. Алымов М. И., Зеленский В. А. Методы получения и физикомеханические свойства объемных нанокристаллических материалов. – М.:МИФИ, 2005. – 52 с.5. Новые материалы. Под ред. Ю. С. Карабасова. – М.: МИСИС, 2002. –736 с.6. Новое в технологии получения материалов / Под ред.
Ю. А. Осипьяна иА. Хауффа. – М.: Машиностроение, 1990. – 448 с.7. Gunter B., Kumpmann A. Ultrafine oxide powdes prepareted by inert gasevaporation // Nanostruct. Mater. – 1992. – Vol. 1. – No. 1. – P. 27-30.8. Котов Ю. А., Яворский Н. А. Исследование частиц, образующихся приэлектрическом взрыве проводников // ФИХОМ.
– 1978. – № 4. – С. 24-30.9. Ivanov V. V., Kotov Y. A., Samatov O. H. et al. Synthesis and dynamic compaction of ceramic nanopowders by techniques based on electric pulsed powder// Nanostruct. Mater. – 1995. – Vol. 6, No. 1–4. – P. 287-290.10. Ген М. Я., Миллер А. В. Левитационный метод получения ультрадисперсных порошков металлов // Поверхность. Физика, химия, механика.
–1983. – № 2. – С. 150-154.11. Champion Y., Bigot J. Preparation and characterization of nanocrystallinecopper powders // Scr. Met. – 1996. –Vol. 35, No. 4. – P. 517-522.12. Благовещенский Ю. В., Панфилов С. А. Струйно-плазменные процессы для порошковой металлургии // Электрометаллургия. – 1999. – № 3.
–С. 33-41.13. Кипарисов С. С., Падалко О. В. Оборудование предприятий порошковой металлургии. – М.: Металлургия, 1988. – 448 с.14. Карлов Н. В, Кириченко М. А., Лукьянчук Б. С. Макроскопическая кинетика термохимических процессов при лазерном нагреве: состояние иперспективы // Успехи химии. – 1993. – Т. 62, № 3. – С. 223-243.13415.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
