Введение к работе
Актуальность работы.
В рамках данной диссертации проводились экспериментальные и еоретические исследования методов локального изменения лектрофизических свойств поверхности проводящих подложек методом 'канирующей Туннельной Микроскопии (СТМ).
Низкие энергии туннелирующих электронов (десятки мэВ) в ежиме измерения в совокупности с возможностью получения высокой апряженнрсти электрического поля (~108 В/см) и плотности электронного ока (>10 А/см2) в локальной области на поверхности под острием гольчатого зонда туннельного микроскопа позволяют совмещать в СТМ, аряду с метрологическими функциями - технологические, делая СТМ никальным методом, позволяющим формировать и исследовать труктуры, размеры которых пока не доступны современным методам итографии таким, например, как электронно-лучевая, рентгеновская ~1..10нм).
Исследование методов локальной модификации поверхности роводящих материалов с помощью СТМ актуально в целях развития овой технологии - нанотехнологии и создания на ее основе элементной азы нового перспективного направления электроники - наноэлектроники, ак как резервы дальнейшего повышения быстродействия шкроэлектронных приборов, работающих на основе дрейфово-иффузионного переноса носителей, практически исчерпаны.
Несмотря на то, что СТМ-нанолитография не ішеет конкурентов по азрешающей способности и потенциальным возможностям [анипулирования отдельными атомами, метод СТМ не получил пока шрокого применения, ввиду ряда имеющихся проблем:
-относительно невысокой производительности процесса юдификации с помощью СТМ по отношению к процессам традиционной їланарной технологии;
-неизученностью процессов, протекающих на локальном (десятки анометров) участке поверхности подложки под игольчатым зондом;
-неизученностью набора технологических параметров и влияния нешних факторов, определяющих воспроизводимость процесса юдификации;
-отсутствие адекватных теоретических моделей предполагаемых іроцессов, протекающих в приповерхностном слое подложки при юдификации поверхности методами СТМ;
-современным состоянием теории движения ускоренных электронов твердом теле, пока не позволяющим с достаточной точностью оличественно описывать основные закономерности поглощения энергии [нжектируемых электронов.
В настоящее время известен ряд физических процессов, которые югуг быть использованы в качестве доминирующих при локальной юдификации поверхности. Тем не менее, для получения надежно оспроизводимых результатов необходимы более детальные исследования тих процессов, что является достаточно непростой задачей, ввиду ложности проведения анализа наноразмерных объектов в процессе их юрмирования. Это в свою очередь требует создания соответствующих
технологических устройств и методик измерения, позволяющих локальне изменять электрофизические свойства приповерхностной области образца и затем проводить исследования сформированных на поверхности наноразмерных неоднородностей.
Чтобы частично восполнить эти пробелы, были поставлены соответствующие цели и задачи диссертационной работы.
Цель работы:
Исследование методов наномасштаб ной модификации поверхности проводящих материалов.
Определение основных физических процессов, протекающих Е приповерхностной области подложки при технологическом воздействии.
Установление основных закономерностей воспроизводимого получения локальных неоднородностей на поверхности образцов.
Нахождение параметров режимов устойчивого формирования наноструктур.
Цель достигается экспериментальным исследованием процессов, протекающих на поверхности проводящих подложек при создании е локальной области сильного электрического поля; установлением механизмов и выявлением оптимальных параметров воздействия игольчатого зонда на приповерхностную область подложки, при котором имеет место устойчивое формирование наноструктур. Проведение таких исследований требует создания туннельно-зондовых устройств, совмещающих в себе технологические и метрологические функции, требования к которым несколько отличаются от таковых для исследовательских туннельных микроскопов.
В качестве объекта исследований использовались металлические пленки Аи, Си, Ni и высокоориентированный пиролитический графит.
Научная новизна:
Разработаны методики исследования поверхностей проводящш материалов с помощью СТМ на воздухе и в жидких диэлектриках.
Рассмотрены физические процессы, приводящие к необратимым изменениям в локальных областях подложки.
Получены новые результаты по контактной и бесконтактно? модификации поверхности металлических пленок: Аи, Си, Ni.
Получены качественно новые экспериментальные результаты пс созданию локальных неоднородностей на поверхности графита.
Предложена физическая модель электродинамическогс воздействия игольчатого зонда на образец, представляющий собой тонки? проводящий слой, удовлетворительно согласующаяся с экспериментом.
Практическая значимость:
Результаты диссертационной работы позволяют лучше поняті физику процессов, протекающих в локальной области (единицы, десяткі нанометров) поверхности подложки при воздействии сильньш электрическим полем. Установить механизмы и выявить оптимальные параметры воздействия игольчатого зонда на приповерхностную області образцов.
Разработанные методики измерения электрофизических свойств поверхности и способы их локального изменения могут быть использованы в приложениях физики поверхности, а также при разработке новой технологии - нанотехнологии.
Достоверность результатов
Полученные соискателем экспериментальные результаты и выводы на их основе подтверждают ряд гипотез и теоретических моделей, описанных как в отечественной, так и в зарубежной периодической печати. Кроме того, имеется ряд зарубежных экспериментальных результатов, так или иначе повторяющих некоторые результаты, опубликованные соискателем. Это свидетельствует о высокой степени обоснованности предположений и выводов, а также достаточной достоверности исходных данных и численных оценок, сделанных автором диссертационной работы.
На защиту выносятся следующие положения.
-
Анализ физических процессов, которые могут иметь место в системе игольчатый зонд-образец и определяют необратимые изменения в локальной области проводящих подложек.
-
Основные требования и технические параметры туннельных технологических устройств на базе СТМ.
3. Результаты экспериментальных исследований методов локальной
модификации поверхности металлических пленок (Аи, Си, Ni) на воздухе и
в жидких диэлектриках. Основные закономерности процессов.
4. Результаты экспериментальных исследований влияния
промежуточной среды (воздух, вода, эпоксидная смола) на процесс
модификации поверхности пиролитического графита.
5. Физическая модель процесса модификации пиролитического
графита посредством послойного скалывания в результате действия
пондеромоторных объемных сил электромагнитного поля.
Апробация работы.
Результаты, представленные в диссертации, докладывались на следующих конференциях: Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991 г.), II Всесоюзный симпозиум по перспективным металлическим материалам "Новые технологии получения и свойства металлических материалов" (Москва, 1991 г.), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (Таганрог, 1994 г.), Российская конференция с участием зарубежных ученых "Микроэлектроника-94" (Звенигород, 1994 г.), Первой научно-технической конференции "Состояние и проблемы технических измерений" (Москва, 1994 г.), Межвузовской научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москва, 1995 г.), International Conference Physics, Chemistry, and Application of Nanostractures "Nanomeeting-95" (Minsk, 1995 г.), Всероссийской конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (Дивноморское, 1995г.),
Международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москва, 1995 г.).
Публикации. По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 12 работ: две статьи и десять тезисов и докладов на конференциях.
Структура диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 177 страниц машинописного текста, включая, 7_ таблиц, 67 рисунков и списка литературы в количестве 106 наименований.
