Методика работы с NtegraSpectra (1060070)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Приложение б

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по экономике

и инновациям

МГТУ им Н.Э. Баумана

Е.А. Старожук

«____»__________2013 г.

МЕТОДИКА

диагностики наноразмерных полупроводниковых А3В5 гетероструктур и наноустройств на основе атомно-силовой микроскопии

Руководитель НИР:

к.т.н., доцент

С.А. Мешков

2013

1. Введение

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) — совокупность методов, основанных на использовании механического зонда для получения увеличенных изображений поверхности. Метод позволяет проводить изучение свойств поверхности как в микрометровом масштабе, так и на уровне отдельных атомов. Наиболее широкое применение метод СЗМ находит при диагностике поверхности. В условиях сверхвысокого вакуума он позволяет визуализировать структуру поверхности с атомным разрешением, наблюдать сверхрешетки, возникающие в результате перестройки поверхностных атомов, атомные ступеньки, химические реакции на поверхности и т.п. Этим методом можно получать трехмерное изображение на воздухе, в жидкости и в вакууме с разрешением до 0,1 нм. В конструкцию СЗМ входят зонд, пьезоэлектрические двигатели для перемещения зонда, электронная цепь обратной связи и компьютер для управления процессом сканирования, получения и обработки изображений.

Одной из задач при диагностике многослойных наноразмерных полупроводниковых А3В5 гетероструктур является изучение диффузионных процессов внутри гетероструктуры, приводящих к деградации ее электрических характеристик и параметров приборов на ее основе. Эта задача может решаться, в частности, путем послойного ионного травления гетероструктуры с Оже-анализом элементного состава слоев. При этом важно знать с высокой точностью скорость травления различных слоев для получения требуемого разрешения по глубине образца. Важно знать и профиль поверхности внутри кратера травления, что также влияет на разрешение Оже-анализа по глубине.

Для определения скорости травления и профиля поверхности внутри кратера травления могут использоваться методы СЗМ.

1. Краткие теоретические сведения

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) — один из мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением. В сканирующих зондовых микроскопах исследование микрорельефа поверхности и ее локальных свойств проводится с помощью специальных зондов в форме игл. Рабочая часть таких зондов (острие) имеет размеры порядка десяти нанометров. Характерное расстояние между зондом и поверхностью образцов в зондовых микроскопах по порядку величин составляет 0,1–10 нм. В основе работы зондовых микроскопов лежат различные типы взаимодействия зонда с поверхностью. Так, работа туннельного микроскопа основана на явлении протекания туннельного тока между металлической иглой и проводящим образцом; различные типы силового взаимодействия лежат в основе работы атомно-силового, магнитно-силового и электросилового микроскопов.

1. Общие положения: назначение и область применения

Методика предназначена для диагностики наноразмерных полупроводниковых А3В5 гетероструктур и наноустройств методом атомно-силовой микроскопии.

Цель работы – совершенствование методов диагностики при исследованиях надежности наноустройств на базе наноразмерных полупроводниковых А3В5 гетероструктур и определение конструкторско-технологических путей ее повышения.

Объекты диагностики – наноразмерные полупроводниковые А3В5 гетероструктуры и наноустройства на их основе.

1. Требования к погрешности измерений

Погрешность измерения требуемых параметров не должна превышать погрешности измерительного оборудования и метода измерения.

Диапазон сканирования в плоскости ХУ - 100х100 мкм;

Разрешение в плоскости ХУ не более - 0.15 нм;

Реально-контролируемое разрешение в плоскости ХУ – 0.24 нм.

Диапазон сканирования по оси Z – 7 мкм;

Разрешение по оси Z не более - 0.1 нм.

1. Требования к образцам наноразмерных полупроводниковых А₃В₅ гетероструктур для атомно-силовой микроскопии

Размер образца:

• Диаметр до 40 мм;

• Толщина до 15 мм;

• Вес до 100г.

Поверхностная и межслойная шероховатость – не более 2 мкм (не более 9-го квалитета).

1. Средства измерений и подготовки образцов

Перечень средств измерений представлен в таблице Б.1.

Таблица Б.1 – Средства измерений

При подготовке образцов к измерениям могут применяться следующие средства:

• очищение поверхности в ультразвуковой ванне (для неорганических образцов);

• изопропиловый спирт «особой чистоты ос.ч 11-5 ОП-1»;

• баллон со сжатым воздухом.

Работать с очищенными образцами следует в перчатках, непосредственно образцы брать пинцетом.

1. Требования безопасности и охраны окружающей среды

При обработке данных исследований (если она проводится с помощью ЭВМ) необходимо соблюдать меры электробезопасности по ГОСТ 12.1.019-79, если другое не установлено в технической документации на измерительное оборудование и применяемые средства измерений.

1. Требования к квалификации операторов

К работе с испытательным оборудованием допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности и допущенные к самостоятельной работе с измерительным оборудованием. Специальных требований к квалификации операторов в процессе проведения измерений не предъявляется.

1. Условия измерений

Проведение измерений на зондовой нанолаборатории Ntegra Spectra осуществлять при следующих условиях :

• температура – (20  5) С;

• относительная влажность – от 30 до 70 %;

• атмосферное давление – (76030 мм рт. ст);

• электрическая сеть с напряжением 110/220 В (+10 % / –15 %), 50/60 Гц и заземлением;

• рабочее помещение должно быть защищено от механических вибраций и акустических шумов как внутренних, так и внешних;

• прибор должен быть защищен от воздействия прямых солнечных лучей;

• базовый блок прибора следует разместить на отдельном столе, на расстоянии не менее 1 м. от компьютера и мониторов, чтобы уменьшить влияние электромагнитных помех.

1. Подготовка к измерениям

• Визуальный контроль образцов на наличие загрязнений поверхности измеряемого образца.

• Протирка поверхности покрытий чистой тканью либо ее обдув сжатым воздухом.

Включение зондовой нанолаборатории Ntegra Spectra осуществляется в следующей последовательности:

1. Включить компьютер и монитор. Загрузить программное обеспечение (ПО) NOVA.

2. Включить прибор тумблером на передней панели СЗМ контроллера.

1. Меры предосторожности, соблюдаемые при подготовке образцов

Проведение операции очистки образцов необходимо осуществлять в хорошо проветриваемом помещении во избежание попадания паров спирта в дыхательные пути.

1. Основные принципы атомно-силовой микроскопии

Атомно-силовой микроскоп (АСМ) был изобретён в 1986 году Гердом Биннигом, Кэлвином Куэйтом и Кристофером Гербером. В основе работы АСМ лежит силовое взаимодействие между зондом и поверхностью, для регистрации которого используются специальные зондовые датчики, представляющие собой упругую консоль с острым зондом на конце (рисунок Б.1). Сила, действующая на зонд со стороны поверхности, приводит к изгибу консоли. Регистрируя величину изгиба, можно контролировать силу взаимодействия зонда с поверхностью.

Рисунок Б.1 – Схематическое изображение зондового датчика АСМ

Качественно работу АСМ (при расстояниях между зондом и образцом r > 1 нм) можно пояснить на примере сил Ван-дер-Ваальса. Наиболее часто энергию ван-дер-ваальсова взаимодействия двух атомов, находящихся на расстоянии r друг от друга, аппроксимируют степенной функцией — потенциалом Леннарда–Джонса:

(1)

Первое слагаемое в данном выражении описывает дальнодействующее притяжение, обусловленное, в основном, диполь — дипольным взаимодействием атомов. Второе слагаемое учитывает отталкивание атомов на малых расстояниях. Параметр r₀ — равновесное расстояние между атомами; U₀ — значение энергии в минимуме (рисунки Б.2, Б.3).

Рисунок Б.2 — Качественный вид потенциала Леннарда–Джонса

Рисунок Б.3 — К расчёту энергии взаимодействия зонда и образца

Потенциал Леннарда–Джонса позволяет оценить силу взаимодействия зонда с образцом. Общую энергию системы можно получить, суммируя элементарные взаимодействия для каждого из атомов зонда и образца.

Тогда для энергии взаимодействия получаем:

(2)

где n_s(r) и n_p(r’) — плотности атомов в материале образца и зонда. Соответственно сила, действующая на зонд со стороны поверхности, может быть вычислена следующим образом:

(3)

В общем случае данная сила имеет как нормальную к поверхности, так и латеральную (лежащую в плоскости поверхности образца) составляющие. Реальное взаимодействие зонда с образцом имеет более сложный характер, однако основные черты данного взаимодействия сохраняются — зонд АСМ испытывает притяжение со стороны образца на больших расстояниях и отталкивание на малых.

Получение АСМ изображений рельефа поверхности связано с регистрацией малых изгибов упругой консоли зондового датчика. В атомно-силовой микроскопии для этой цели широко используются оптические методы (рисунок Б.4).

Рисунок Б.4 — Схема оптической регистрации изгиба консоли зондового датчика АСМ

Оптическая система АСМ юстируется таким образом, чтобы излучение полупроводникового лазера фокусировалось на консоли зондового датчика, а отражённый пучок попадал в центр фоточувствительной области фотоприёмника. В качестве позиционно-чувствительных фотоприёмников применяются четырёхсекционные полупроводниковые фотодиоды.

Основные регистрируемые оптической системой параметры — это деформации изгиба консоли под действием Z-компонент сил притяжения или отталкивания (F_L) взаимодействия зонда с поверхностью. Если обозначить исходные значения фототока в секциях фотодиода через I₀₁, I₀₂, I₀₃, I₀₄, а через I₁, I₂, I₃, I₄ — значения токов после изменения положения консоли, то разностные токи с различных секций фотодиода ∆I_i = I_i - I_0i будут однозначно характеризовать величину и направление изгиба консоли зондового датчика АСМ. Действительно, разность токов вида:

∆I_Z = (∆I₁ + ∆I₂) - (∆I₃ + ∆I₄) (4)

пропорциональна изгибу консоли под действием силы, действующей по нормали к поверхности образца (рисунок Б.5), а комбинация разностных токов вида

∆I_L = (∆I₁ + ∆I₄) - (∆I₂ + ∆I₃) (5)

характеризует изгиб консоли под действием латеральных сил.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги