Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика) (1051247), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Этим требованиям в определенной степени удовлетворяют электролиты, приготовленные на основе органических растворителей, таких как этиленгликоль, изопропиловый спирт, диметилформамнд, диметилсульфоксид, тетрагидрофурфуриловый спирт и другие. Они содержат электропроводяшие добавки слабых кислот (борная, пирофосфорная, уксусная, винная, сульфосалициловая и др.) или оснований (гидроксид аммония, гуанидин), их солей, окислителей (нитраты, феррицианид). Нежелательно присутствие в электролите ионов металлов, особенно щелочных, которые способны внедряться в оксид и ухудшать его электрофизические свойства.
Формирование анодных оксидных пленок на кремнии осложнено трудностями достижения равновесного потенциала как за счет малых токов обмена на границе полупроводник/электролит, обусловленных высоким сопротивлением материала, так и вследствие склонности кремния к пассивации.
Анодное окисление кремния обычно осуществляют в электролитах на основе этиленгликоля и Х-метилацетамида при плотностях тока 3 — ! 5 мА/ем~. Анодное окисление германия обычно сопровождается образованием нескольких оксидов — ОеО и ОеОп толщиной до десятков нм. Аналогичные ограничения, а именно композиционный состав и малые толщины, присуши анодным оксидным пленкам и на полупроводниковых соединениях, вследствие чего такие пленки не находят практического применения.
Анодные же оксидные пленки металлов, наряду с традиционными приложениями в микроэлектронике для тонкопленочных конденсаторов, межуровневой и межкомпонентной изоляции, за- Глава 2. Методы формироввиил ивиоэле ииыхетр 102 шиты и пассивации поверхности элементов интегральных микросхем, получают все большее распространение в технологии изготовления наноэлектронных приборов и схем. Так, матрицы из пористого анодного оксида алюминия А)зОз используются в качестве трафарета при изготовлении эмиссионных нанокатодов, массивов наноточек из золота и других металлов. Нанопористые и нанотрубчатые структуры нз ТЮп %0„, являющихся широкозонными полупроводниками, активно осваиваются для фотоэлектрических и фотокаталитических применений. Главными достоинствами метода электрохимического оксидирования являются: простота, экономичность, низкая температура (чаше всего комнатная), пригодность для обработки изделий любой сложности (формы), равномерность формируемых оксидных пленок по толщине на изделиях большой площади.
К недостаткам следует отнести необходимость применения токсичных, экологически небезопасных электролитов, сопутствующую им коррозию технологического оборудования, что зачастую требует существенных затрат на противокоррозионную защиту и на утилизацию использованных химических реагентов. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. В чем сущность метола злектрохимического оксидироваиия (аиодирования) материалов? 2. Как выглядит аиодная поляризациониая кривая и каким процессам соответствуют ее основные участки? 3. Какими параметрами процесса злектрохимического оксилирования определяются свойства сформированных таким образом оксилных пленок? 4.
В каких режимах проводят аиодное оксилирование и чем оии отличаются? 5. Какова раль электролита в формировании анолных оксидных пленок? 6. Каковы особенности злектрохимического оксидирования металлов и полупроводников? 7. В чем состоят основные достоинства н недостатки метода злектрохимического оксиаированил материалов? 2.2. МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ СКАНИРУЮЩИХ ЗОНДОВ Методы создания наноразмерных структур с применением сканирующих точечных зондов берут свое начало от сканирующей тун- 2 Д Меюоды, основанные на использовании сиани ующих зондов 103 нельной микроскопии и атомной силовой микроскопии.
Роль этих методов быстро эволюционировала от фундаментальной (научной) к прикладной (технологической). Они сочетают возможности получения наноструктур с проведением их исследования с атомным разрешением. В связи с этим в данном разделе рассмотрены как фундаментальные основы зондовых методов анализа, так и их технологическое применение.
2.2.1. Физические основы Нанотехнологические подходы, применяющие сканирующие зонды, базируются на научном фундаменте и технических приемах, разработанных для сканаруюзаей туннельной микроскопии (зсапп(пя гиппейпй тгспззсору, БТМ) и атомной силовой микроскопии (аготус/оса тгспззсору, АРМ). Они используют возможность позиционирования атомарно острого зонда вблизи поверхности образца с высокой точностью. Физическую основу сканирующей туннельной микроскопии составляют явления, определяемые туннелированием электронов в зазоре между атомарно острым зондом и поверхностью анализируемого образца. Рассмотрим ситуацию, когда к поверхности проводящего электричество образца подведен металлический зонд, на острие которого находится один атом.
При расстоянии между ними, сравнимом с межатомным (0,1 — 0,3 нм), волновые функции электронов, принадлежащих атому зонда и ближайших к нему атомов на поверхности образца, будут перекрываться, обеспечивая таким образом благоприятные условия для туп нелирования электронов через этот зазор. В квазиклассическом приближении вероятность туннелирования Иу определяется преимущественно шириной зазора я и приложенным напряжением К (2.2.1) где й — постоянная Планка; т и е — масса и заряд электрона; У— электрический потенциал, характеризующий потенциальный барьер в зазоре между зондом и поверхностью образца.
Туннельный ток через зазор пропорционален вероятности туннелирования. Он экспоненциально зависит от ширины зазора, а следовательно, очень чувствителен к структурным неоднородностям поверхности образца. Поэтому, перемещая зонд вдоль поверхности и контролируя протекающий по нему туннельный ток, можно анализировать топологию поверхности с атомным разрешением. Г л а а а 2. Меголы формнроаания наноэлектроиныл структур Склнйроаа' ма Рис.
2.11. Принцип работы еканируклцего туннельного микроскопа В сканирующем туннельном микроскопе эта идея реализуется следующим образом (рис. 2.11). Металлический зонд, обычно изготавливаемый из вольфрама, закрепляют в держателе, пространственное положение которого регулируется тремя пьезоэлементами с помощью подаваемого на них управляющего напряжения. Зонд подводят к образцу на расстояние, обеспечивающее протекание туннельного тока, и сканируют вдоль поверхности пьезоэлементами, задающими положение зонда в плоскости образца ху. Изменение туннельного тока при неизменной высоте расположения зонда и постоянном приложенном напряжении отражает изменение топологии поверхности.
Этот режим называют режимом с постоянной высотой зонда (соплгалг Ьею8йг июгге). Возможно также поддерживать постоянным туннельный ток, меняя с помощью системы обратной связи приложенное напряжение К Этот режим называют режимом с постоянным током (соплгапг сштепг тог)е). Зависимость ~х, у) отражает атомный рельеф поверхности.
Локальное изменение работы выхода, характерное для образцов, состоящих из различных по своим свойствам атомов, учитывается с помощью дополнительной небольшой модуляции ширины зазора между зондом и анализируемой поверхностью. Таким образом удается не только «увидеть» расположение атомов на поверхности, но и различить области с разным химическим составом. Вертикальное разрешение достигает 0,01 — 0,05 нм, а горизонтальное — 0,3 нм. Размер анализируемой поверхности обычно составляет сотни микрометров.
Ограничением метода является требование высокой электропроводности исследуемого материала, что необходимо для протекания достаточного для регистрации туннельного тока. 2 2 Методы, основанные на иснол»зоеании сиани унниихзондое 105 пыла( Сансоо отклонения 1~к Уп упш консоль О. ыюненн . )п с,' ,,::,-, »!,::.!!!.!!'::-!:,":,:.'.;!$~~~%$3фй', Силы .ттнсснаа,тв подйсжса «шм притвжвнай б Рис. 2.12. Относительное расположение зонда и подложки (а) и соотноше- ние сил, действующих между зондом и подложкой в атомном силовом микро- скопе (б) В атомной силовой микроскопии для анализа поверхности вмесго туннельного тока регистрируется сила взаимодействия между зондом и подложкой (рис. 2.! 2).
Для определения этой силы острый зонд закрепляют на упругой консоли. Отклонение консоли пропорционально действующей на нее силе. Это отклонение регистрируется с высокой точностью оптическими (например, посредством лазерной интерференции) или электронными (например, зондом сканирующего туннельного микроскопа) методами. При сканировании зонда вдоль анализируемой поверхности сигнал об отклонении консоли дает информацию о распределении атомных и молекулярных сил по поверхности образца, а следовательно, и о расположении и природе поверхностных атомов.
Атомная силовая микроскопия, в отличие от сканирующей туннельной микроскопии, может быть использована для анализа поверхности как проводящих, так и диэлектрических материадов. Обычно атомную силовую микроскопию проводят в контактном (зонд контактирует с анализируемой поверхностью) или бесконтактном режиме. В контактном режиме на зонд действует сила опалкивания величиной порядка 10 з Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
