Диссертация (1102985), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Например, при размещении электрода управленияпод исследуемым объектом гораздо проще теоретически предсказатьсоздаваемое им электрическое поле в области размещения исследуемогообъекта и, соответственно, эффективность управления.Создание многоуровневых систем наноэлектродов содержит в себенемало трудностей. Во-первых, появляется необходимость учитыватьтолщины тонкопленочных нанопроводов в местах соединения. Во-вторых,могут появляться сложности с адгезией разных металлов в местахсоединения нанопроводов.
В-третьих, встает вопрос о способах совмещенияслоев между собой. Наконец, очень важным становится вопрос обэлектрической изоляции между слоями.Определенные в данной работе режимы нанесения и засветкиполимерных масок позволяют создавать нанопровода с толщинами от 15 до100 нм. В качестве материала нанопроводов для всех слоев (кроме электродауправления) выбрано золото за счет его большой химической инертности.Материалом электрода управления, напротив, выбран быстро окисляющийсяалюминий. Подробнее необходимость такого выбора и процесс окисленияалюминия рассмотрены при описании этапа создания (2 этап) электродауправления.Для совмещения различных слоев с нанопроводами между собойпринято использовать специальные металлические метки (маркеры), которыемогут быть обнаружены сквозь полимерные пленки.
Сложность ихприменения в том, что маркеры нельзя использовать многократно, с каждымновым слоем нанопроводов два использованных для совмещения маркераприходят в негодность (запыляются слоем металла). Кроме того, очень важен38подбор размера маркера, поскольку, во-первых, он занимает часть рабочейобласти, во-вторых, должен сразу попадать в поле зрения при поиске.
Все этоприводит к тому, что необходимо, по возможности, минимизироватьколичествослоев,создаваемыхдляисследованияопределеннойнаноструктуры.Создание надежного слоя изоляции между слоями нанопроводовтакже является крайне важной задачей. Сложность ее при создании слоевизоляциизаключаетсявограничениинамаксимальнуютолщинудиэлектрических слоев. Это обусловлено большой сложностью созданиянанопроводов, лежащих "на ступеньке", то есть таких, которые соединяютнанопровода, лежащие на диэлектрическом покрытии (нанопровода верхнегоуровня), и нанопровода, лежащие рядом с диэлектрическим слоем(нанопровода нижнего уровня).Напыление толстых слоев диэлектрика также ограничивают толщиныиспользуемых полимерных масок, через которые производится напыление.
Иконечно, возможная потеря видимости маркеров под толстыми слоямидиэлектрика тоже является актуальной сложной проблемой.Принимая во внимание все выше сказанное, нами была разработанатехнология создания многослойной (4 слоя) системы нанопроводов, надежноизолированных друг от друга. Реализованная технология подразумеваетсоздание металлического управляющего электрода, покрытие его слоемдиэлектрика и размещение поверх этого диэлектрика нанопроводов,служащих наноэлектродами к рабочему объекту (молекуле или наночастице).Схематично процесс создания многослойной системы нанопроводов сизолированным электродом управления представлен на рисунке 17.39Рис.
17. Схематичное изображение этапов создания многослойной (4слоя) структуры нанопроводов с изолированным электродом управления. (1 создание грубой структуры подводящих электродов, 2 - формированиеизолированного электрода управления, 3 - создание тонких (15 нм) и узких(50 нм) нанопроводов, 4 создание нанопроводов межсоединений) )На первом этапе (рисунок 17) технологии на образце (пластинке Siразмером 10х10 мм) с диэлектрическим покрытием (400 нм SiO2) создавалисьотносительно толстые (50 нм) подводящие электроды золота.Этиподводящие электроды выполняли две задачи: во-первых, обеспечитьэлектрическое подключение внешних приборов к центральной областиобразца, и, во-вторых, с использованием именно электродов грубой разводкивыполнялось первоначальное выравнивание (юстировка) положения образцадля последующего совмещения нескольких слоев нанопроводов междусобой.Дляизготовлениятакойсистемыэлектродовиспользоваласьдвухслойная маска ПММА/ММА.
Параметры нанесения и засветки которойбыли аналогичны приведенным в первой части главы.Засветка структуры подводящих электродов проводилась по шаблону,представленному на рисунке 18.40Рис 18. Кварцевый фотошаблон, формирующий маску для подводящихэлектродов (1-й слой электродов). Красным выделены области выравниванияугла поворота образца. Зеленым выделены области корректировки координатмикрометрических двигателей столика растрового микроскопа.Напыление металлических подводящих электродов проводилось вустановке Leybold L-560 (при давлении не хуже 8*10-7 мбар).
Термическимспособом сначала напылялся 2 нм слой Cr, необходимый для адгезии толстойпленки золота к поверхности диоксида кремния. Затем напылялся слой Auтолщиной 50 нм. После напыления остатки двухслойной полимерной маскирастворялись в ацетоне в течение 20 минут.Таким образом, на образце была сформирована структура подводящихэлектродов, обеспечившая электрическое подключение наноструктур вцентре образца (которые создавались на следующих этапах) к измерительнойаппаратуре. Кроме того, эта структура служила начальной системойкоординат для напыления всех последующих слоев наноэлектродов.На рисунке 18 области, выделенные красным цветом, соответствуютместам, по которым осуществлялись определение и корректировка углаповорота образца.
Области, выделенные зеленым цветом, указывают наместа, в которых проводилась подстройка координат микрометрических41двигателей столика растрового электронного микроскопа при засветкекаждого слоя нанопроводов.При создании грубой структуры подводящих электродов центральнаяобласть образца (размером 80 х 80 мкм) оставалась без изменений. Однакоименно в этой области на последующих этапах формировалась многослойнаянаноструктура. Изложение дальнейших этапов создания наноструктурыбудет подразумевать проведение всех операций (засветки, проявки инапыления нанопроводов) в центральной части образца.Следующим этапом (Рис. 17.
этап 2) было создание металлическогоэлектрода управления в центральной части образца и покрытие его слоемдиэлектрика.Тщательныйанализдоступныхметодовсозданиядиэлектрического покрытия привел к тому, что нами была предложенатехника формирования диэлектрического слоя, полностью закрывающегоэлектрод управления, в том же самом технологическом процессе, в которомформируется и электрод управления.
Это было достигнуто за счетиспользования относительно толстых двухслойных полимерных масокПММА/ММА.Найденные в работе параметры нанесения и засветки такой маскипозволяют обеспечить нависание верхнего слоя маски над поверхностьюобразца. Это приводит к возможности напыления различных материалов (втом числе и тонких слоев диэлектрика) под небольшими угламиотносительно вертикали. Такое напыление под разными углами позволяетнадежно закрывать электрод управления желаемым слоем диэлектрика c двухсторон. Полученные результаты (представлены ниже) подтверждают это.Процесс нанесения двухслойной полимерной пленки на образец быланалогичен этапу 1 (подробно определенные оптимальные параметры и сампроцесс нанесения описаны в первой части главы).Засветка топологии электрода управления, в отличие от засветкиподводящих электродов, проводилась в растровом электронном микроскопе42CarlZeissSupra40слитографической платформыиспользованиемпрограммно-аппаратнойElphy Quantum.
Ускоряющее напряжениезадавалось 20 КВ, ток электронного луча 20 пА. Засветка шаблона (рис 19)электрода управления и маркеров проводилась с шагом 2 нм. Эквивалентнаядоза засветки для электрода управления составляла 300 мкКл/см2, а длямаркеров - 550 мкКл/см2. Геометрия электрода управления представляетсобой две широкие (7 мкм) полосы длиной 50 мкм, соединенные междусобой и соединенные с тремя (для последующего контроля качества)электродами грубой разводки. Полоски выбраны такой ширины для, с однойстороны, обеспечения совмещения последующих слоев наноструктуры и, сдругой стороны, для минимизации токов утечки диэлектрического слоя.Рис 19.
Шаблон для засветки с помощью растрового электронногомикроскопа топологии электрода управления (темно-зеленый цвет) исистемы маркеров (светло-зеленый цвет) в центральной области образцаразмером 80х80 мкм.Своеобразие многослойной структуры состоит в том, что рисункинанопроводов во всех слоях должны быть согласованы (соединены) между43собой, для чего их расположение должно быть тщательно совмещено(отъюстировано). Совмещение невозможно без создания единой системыориентиров, поэтому в самом нижнем слое нанопроводов помимо электродауправлениясоздавалисьвыравнивающиеметки(маркеры),которыемаксимально точно совмещались с соответствующими маркерами в каждомслое.При засветке электрода управления в центральной области, кромеметок совмещения (маркеров) в области 80 х 80 мкм проводилась засветкаеще и точки фокуса рядом с областью 80 х 80 мкм. Для этого первоначальноугол поворота координатной сетки электронного микроскопа выравнивался сточностью до 0.02 градуса по крайним контактным площадкам грубойразводки подводящих электродов (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
