Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии

Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии

В работе исследованы зондовые методы построения наноэлектронных приборов и их диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии. Рассмотрены пути повышения информативности измерений распределений зарядов и потенциалов в процессе получения элементов наноструктур....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2011
Автори: Ходаковский, Н.И., Ларкин, С.Ю., Галстян, Г.Г.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Назва видання:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74588
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии / Н.И. Ходаковский, С.Ю. Ларкин, Г.Г. Галстян // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 3. — С. 535-542. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-74588
record_format dspace
spelling irk-123456789-745882015-01-22T03:02:41Z Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии Ходаковский, Н.И. Ларкин, С.Ю. Галстян, Г.Г. В работе исследованы зондовые методы построения наноэлектронных приборов и их диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии. Рассмотрены пути повышения информативности измерений распределений зарядов и потенциалов в процессе получения элементов наноструктур. У роботі досліджено зондові методи побудови наноелектронних приладів та їх діягностики з використанням електростатичної силової мікроскопії. Розглянуто шляхи підвищення інформативности мірянь розподілів зарядів і потенціялів у процесі одержання елементів наноструктур. Probe methods for nanoelectronic devices design and their diagnostics using electrostatic force microscopy are studied. The ways of increasing of information capability of measurements of the charge and potentials distributions in the process of formation of nanostructure elements are analysed. 2011 Article Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии / Н.И. Ходаковский, С.Ю. Ларкин, Г.Г. Галстян // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 3. — С. 535-542. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 07.79.-v, 68.37.-d, 81.16.Rf, 81.16.Ta, 85.35.-p http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74588 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description В работе исследованы зондовые методы построения наноэлектронных приборов и их диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии. Рассмотрены пути повышения информативности измерений распределений зарядов и потенциалов в процессе получения элементов наноструктур.
format Article
author Ходаковский, Н.И.
Ларкин, С.Ю.
Галстян, Г.Г.
spellingShingle Ходаковский, Н.И.
Ларкин, С.Ю.
Галстян, Г.Г.
Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Ходаковский, Н.И.
Ларкин, С.Ю.
Галстян, Г.Г.
author_sort Ходаковский, Н.И.
title Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии
title_short Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии
title_full Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии
title_fullStr Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии
title_full_unstemmed Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии
title_sort исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2011
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74588
citation_txt Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии / Н.И. Ходаковский, С.Ю. Ларкин, Г.Г. Галстян // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 3. — С. 535-542. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT hodakovskijni issledovaniezondovyhmetodovpolučeniâélementovnanoélektronnyhpriborovitehnologiidiagnostikisispolʹzovaniemélektrostatičeskojsilovojmikroskopii
AT larkinsû issledovaniezondovyhmetodovpolučeniâélementovnanoélektronnyhpriborovitehnologiidiagnostikisispolʹzovaniemélektrostatičeskojsilovojmikroskopii
AT galstângg issledovaniezondovyhmetodovpolučeniâélementovnanoélektronnyhpriborovitehnologiidiagnostikisispolʹzovaniemélektrostatičeskojsilovojmikroskopii
first_indexed 2025-07-05T22:59:41Z
last_indexed 2025-07-05T22:59:41Z
_version_ 1836849699756179456
fulltext 535 PACS numbers: 07.79.-v, 68.37.-d, 81.16.Rf, 81.16.Ta, 85.35.-p Исследование зондовых методов получения элементов наноэлектронных приборов и технологии диагностики с использованием электростатической силовой микроскопии Н. И. Ходаковский, С. Ю. Ларкин, Г. Г. Галстян* ГП «Государственный научно-исследовательский центр «Фонон», ул. Довнар-Запольского, 2/20, 03060 Киев, Украина *Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Акад. Вернадского, 36, 03680, ГСП, Киев-142, Украина В работе исследованы зондовые методы построения наноэлектронных приборов и их диагностики с использованием электростатической сило- вой микроскопии. Рассмотрены пути повышения информативности изме- рений распределений зарядов и потенциалов в процессе получения эле- ментов наноструктур. У роботі досліджено зондові методи побудови наноелектронних приладів та їх діягностики з використанням електростатичної силової мікроскопії. Розглянуто шляхи підвищення інформативности мірянь розподілів заря- дів і потенціялів у процесі одержання елементів наноструктур. Probe methods for nanoelectronic devices design and their diagnostics using electrostatic force microscopy are studied. The ways of increasing of infor- mation capability of measurements of the charge and potentials distributions in the process of formation of nanostructure elements are analysed. Ключевые слова: зондовые методы, электростатическая силовая микро- скопия, продольные кристаллы, наноэлектронные структуры, нанопри- боры. (Получено 25 ноября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Вызывает очевидный интерес характер продольной проводимости кристаллов продольной структуры (КПС), а также связь проводи- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 3, сс. 535—542 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 536 Н. И. ХОДАКОВСКИЙ, С. Ю. ЛАРКИН, Г. Г. ГАЛСТЯН мости со структурными параметрами КПС. Более того, на настоя- щий момент практически отсутствует информация об особенностях формирования и электрических свойствах гетеропереходов в КПС, а также амплитуде потенциальных барьеров на границах раздела возможных структурных фаз. Точность сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) – базового метода нанотехнологии при иссле- довании топографических особенностей рельефа определяется ка- либровкой сканера в XYZ-направлениях и формой острия зонда. Процесс калибровки СЗМ-измерений рельефа, а также тестирова- ние формы зонда достигается путем определения граничного лате- рального разрешения при использовании эталонов хорошо ориен- тированного пиролитического графита и подложки слюды. Значительная информативность измерений распределений заря- дов и потенциалов с помощью электростатической силовой микро- скопии (ЭСМ) может быть использована в полной мере, поскольку соответствующие эталоны калибруются с использованием про- мышленных стандартов. В работе ставилась задача исследовать возможности повышения информативности измерений с помощью ЭСМ для использования в процессе получения элементов наноструктур зондовыми методами. Также необходимо было выяснить степень влияния формирования КПС на электрические свойства гетеропереходов, а также амплиту- ду потенциальных барьеров на границах раздела возможных струк- турных фаз получаемых наноструктур. Решение задачи выполня- лось путем измерения распределения зарядов и потенциалов в КПС с помощью экспериментальных образцов эталонов, которые долж- ны иметь гладкий на нанометровом уровне топографический рель- еф и резкие границы в рельефе потенциала. 2. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ПРОДОЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИБОРОВ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Исследование кристаллов продольной структуры является эффек- тивным подходом к формированию приборов наноэлектроники по технологии «снизу вверх», когда прибор мог бы собираться из от- дельных заранее приготовленных элементов. Под КПС подразуме- ваются полупроводниковые сплошные стержни с диаметром менее 100 нм и длиною от сотен нм до нескольких микрон. КПС могут по- лучаться с контролируемо изменяемыми электрическими свойства- ми и составом, как вдоль их оси, так и в поперечном направлении. Таким образом, КПС могут выступать в качестве специфических «строительных» блоков наноприборов и наноустройств. Это откры- вает путь в создании наноминиатюрных приборов и устройств, в свя- зи с ожидающимся развитием возможностей традиционного подхода ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОНДОВЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИБОРОВ 537 «сверху вниз», реализуемого на объемных материалах за счет при- менения методов нанолитографии высокого разрешения. КПС имеют преимущество и перед аналогичными элементами, получаемыми ме- тодами нанолитографии. КПС получаются ростовыми методами, что снижает их дефектность и позволяет придавать им более широкий спектр свойств. Ростовые методы получения КПС позволяют сильнее варьировать и лучше контролировать их ключевые свойства, как-то: химический состав, структуру, легирование и морфологию [1]. Работы по созданию КПС ведутся на протяжении последних лет, и в настоящее время достигнут значительный прогресс в развитии технологий их получения практически для всех полупроводнико- вых систем Si, III—V и II—VI [2—4]. Основная идея роста КПС состоит в избирательном росте ПКНС на поверхности подложки под «нано- малым» бугорком металлического катализатора. Поставка матери- ала для роста ПКНС осуществляется за счет его депозиции на по- верхность из газовой фазы или методом молекулярно-пучковой эпитаксии с последующей диффузией в область роста под «шапоч- кой» катализатора. Данная технология за счет контроля работы ис- точников депозиции материала позволяет контролируемо изменять химический состав КПС по его длине, а также осуществлять леги- рование нужного уровня и типа. Таким образом, появляется прин- ципиальная возможность формирования в КПС встроенных гетеро и электрических переходов. Уже получены индивидуальные КПС в полевых транзисторах, фотодетекторах и биохимических детекторах [5]. Для их успешного развития требуется многое и, в частности, создание новых диагно- стических методов контроля свойств КПС. 3. ВЛИЯНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ КПС НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ, А ТАКЖЕ АМПЛИТУДУ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ БАРЬЕРОВ НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА ВОЗМОЖНЫХ СТРУКТУРНЫХ ФАЗ Характер продольной проводимости КПС, а также связь проводи- мости со структурными параметрами КПС, являются определяю- щими при определении процессов формирования КПС. Для этого необходима информация об особенностях формирования и свой- ствах электрических и гетеропереходов в КПС, а также амплитуде потенциальных барьеров на границах раздела возможных струк- турных фаз [6]. Возможны две геометрии применения КПС в приборных струк- турах: планарная и объемная. В первом случае выращенные КПС отделяются от ростовой подложки и укладываются на изолирую- щий слой, образуя необходимый для прибора рисунок. В планарной геометрии оба окончания КПС имеют контакт с зара- 538 Н. И. ХОДАКОВСКИЙ, С. Ю. ЛАРКИН, Г. Г. ГАЛСТЯН нее приготовленными планарными контактами на поддерживающей поверхности. В результате одновременно реализуется фиксация КПС и обеспечивается возможность их электрических исследований. Особый интерес вызывает, однако, применение КПС, неотделен- ных от подложки. Прежде всего, потому, что в этом случае возника- ет возможность одновременного создания больших массивов нано- приборов, а не нескольких за счет поштучного перенесения кон- кретных КПС. В такой геометрии возникает проблема контакта к верхнему окончанию КПС для выборочной или полной проверки их электри- ческих характеристик. Легко видеть, что техника электростатиче- ской силовой микроскопии предоставляет уникальные возможно- сти для изучения электрических и структурных свойств КПС, вер- тикально растущих из подложки. Соответствующая информация может получаться путем изучения продольных вольтамперных ха- рактеристик (ВАХ) КПС. Для их получения зонд ЭСМ может быть прецизионно приведен в контакт с вершиной КПС даже малого диаметра, что позволит выполнять измерения на одиночном кон- кретном КПС. Вторым контактом будет являться подложка, на ко- торой вырос КПС. На вершине КПС может сохраняться наноостро- вок золота, который играл роль катализатора при росте КПС. Это может создать условия для омического контакта проводящего ЭСМ- зонда с КПС и позволит выявлять по получаемым ЭСМ ВАХ- данным информацию о внутреннем устройстве одиночных КПС [5]. 4. ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ЗАРЯДОВ И ПОТЕНЦИАЛОВ В НАНОСТРУКТУРАХ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ Информация об измерениях распределений зарядов и потенциалов с помощью ЭСМ может быть в значительной мере использована при условии, когда соответствующие эталоны калибруются с использо- ванием промышленных стандартов. Для получения необходимых структур для калибровки ЭСМ- измерений могут быть использованы различные эталоны. Одномер- ный эталон имеет резкую ступеньку поверхностного потенциала, а также периодические комбинации двух ступеней тонких полос по- верхностного потенциала разного знака. Для калибровки измерений локального сопротивления растека- ния можно использовать скол полупроводниковой гетероструктуры с решеткой слоев различного легирования и толщины [6]. Разреше- ние измерений для реального зонда может быть определено экспе- риментально по отклику на резкую ступеньку в потенциале на по- верхности тестового образца, а также с помощью численного моде- ИССЛЕДОВ лирован лы на ст GaAs, ку Было этого бы электрос стью, ра поверхн можно н могло бы Решен интеграл распреде дов на э ствия и сматрив Использ потенци тактная вторяетс направл Для м из двух б лом, раз кое согл было по метрам з угол кон рическог бранного моделир профиля жиме ре Процесс ВАНИЕ ЗОНД ия экспери тупенчатый уда выходи выполнен ыл примен статическо ассмотренн ость и рас найти расп ы обеспечи ние задачи льного ура еления свя электродах соответств аемой пов зуя значени алов на н разность п ся для раз ения на по моделирова бесконечны зделенных ласование олучено дл зонда, а им нусности – го сегмент о метода м рование дем я потенциа гистрации с формиров Рис. 1. ДОВЫХ МЕТО иментальн й перепад ил ростовой но моделир ен относит ого взаимо ный в [7]. Д пределени пределение ть заданно и по распре авнения Ф язанных за х, уже нет вующие ем верхности, ия емкосте необходимы потенциал зличных п оверхности ания данны ых электро непроводя между экс ля модельн менно: высо – 22 градус та – 30 нм моделиров монстриру ала на p—n и силы [7, 8 вания нан Схема для ОДОВ ПОЛУЧ ного откли напряжен й p—n-пере рование п тельно пр одействия Для известн ия потенци е зарядов ое распреде еделению Фредгольма арядов. Оп трудно най мкости меж а также п ей и их про ых участк а [7]. Дале положений и. ых рассмат одов с нуле ящим зазо сперимент ного зонда ота конусо са, радиус м, что под ания. Зам уют расши n-переходе 8]. ноструктур калибровки ЧЕНИЯ ЭЛЕМ ка в режим ния на уча еход (рис. 1 олученног остой спос между зо ной геомет иалов на зо на всех эл еление пот зарядов св а относите пределив ра йти полную жду зондом производн оизводных ках образц ее расчет п й зонда вд тривался о евым и еди ором шири том и вычи а согласно овидной пи сопряженн дтверждает метим, что ирение (при е при ЭСМ в системе и ЭСМ-изме МЕНТОВ ПРИ ме регистр стке скола 1). го результа соб модели ондом и п трии систем онде и пове лектродах, енциалов. водится к р ельно неиз аспределен ю силу вза м и участк ые этих е х, а также з ца, находи оследовате доль необх образец, со иничным п иной 300 н ислениями паспортны ирамиды – ного с кону т корректн и экспери имерно в д М-измерени е зонд—остр ерений. ИБОРОВ 539 рации си- а образца ата. Для ирования поверхно- мы зонд— ерхности , которое решению звестного ние заря- аимодей- ками рас- емкостей. значения ится кон- ельно по- ходимого остоящий потенциа- нм. Высо- и (рис. 2) ым пара- – 15 мкм, усом сфе- ность вы- имент, и два раза) иях в ре- рие. Рас- 540 смотрим проводн разность острия в стоянии Извест плотност где ε0 и поверхн ставляю деления Исход зонд—под емкость ная разн лить вел поверхн откуда и Рис. 2. Эк чатый» п Н. И. ХОД м систему и иковой по ь потенциа в виде шар А от повер тно, что в т тью и ε1 – д остный сл ющих элект . дя из получ дложка и системы о ность потен личину С, ости шара имеем: ксперимент перепад напр ДАКОВСКИЙ из тонкого одложке, алов U в ус а с радиусо рхности сло такой систе n F диэлектрич лой; Еz – трического ченного зн учитывая острие—ша нциалов ме воспользо : ( ,fU x z C = − тальный () ряжения в 1 Й, С. Ю. ЛАР о острия и между ко словиях ва ом R, цент оя. еме на шар 2 0 1 , 2 z Eε ε = ческие пос суммарно о поля по о ачения сум , что Q0 = С ар, U0 = U + ежду остри овавшись 0 ) x z A R z U= = − = 1 1 1 2R A R ε + − ) и расчетны 1В, которы РКИН, Г. Г. Г одноатом оторыми д акуума. П тр которого р действует стоянные ое значени обе сторон ммарного з СU0 (где С + Δϕ, Δϕ = ϕ ием и шаро предельны 0 ,U . R ый () откли й замыкает ГАЛСТЯН ного слоя действует редставим о находитс механичес системы ие нормаль ы границы заряда Q0 в С – электр oст. − ϕш – ом), можно ыми услов ики ЭСМ на p—n-перехо на полу- внешняя м головку ся на рас- ская сила (1) вакуум— ьных со- ы распре- в системе рическая контакт- о опреде- виями на (2) (3) а «ступен- од. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОНДОВЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИБОРОВ 541 Приведенные выше параметры модельного зонда были использо- ваны для нахождения аппаратной функции зонда А(х), которая определяется соотношением: ( ) ( ) ( ) ,S x A x x x dx +∞θ −∞ ′ ′ ′= − θ (4) где S θ (x) – численно промоделированное распределение сигнала КРП, θ(x) – истинное распределение потенциала на электродах об- разца в виде ступенчатой функции единичной высоты. А(х) вычис- ляется по отклику S θ (x), как ( ) ( ) dS x A x dx θ = − . Ширина А(х) на полу- высоте контура составляет 160 нм, что приблизительно дает разре- шение ЭСМ-измерений при выбранном расстоянии зонд—поверх- ность 20 нм. 5. ВЫВОДЫ Использование КПС, не отделенных от подложки, для получения необходимых наноструктур может быть эффективным в том случае, когда применяются процессы одновременного создания больших массивов наноприборов, полученных зондовыми методами, а не поштучного перенесения отдельных КПС. Однако при этом возникает необходимость учета контакта к верхнему окончанию КПС для выборочной или полной проверки их электрических характеристик. Можно отметить, что техника элек- тростатической силовой микроскопии предоставляет уникальные возможности для изучения электрических и структурных свойств КПС, вертикально растущих из подложки. Для калибровки измерений локального сопротивления растека- ния использовался скол полупроводниковой гетероструктуры с ре- шеткой слоев различного легирования и толщины. Разрешающая способность измерений для реального зонда может быть определена экспериментально по отклику на резкую ступеньку в потенциале на поверхности тестового образца, а также с помощью численного мо- делирования экспериментального отклика в режиме регистрации силы на ступенчатый перепад напряжения. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. А. В. Анкудинов, Н. А. Калюжный, В. М. Лантратов и др., Материалы IX российско-украинского семинара «Нанофизика и наноэлектроника» (Санкт-Петербург: 2008), с. 123. 2. H. O. Jacobs, P. Leuchtmann, O. J. Homan, and A. Stemmer, J. Appl. Phys., 84: 112 (1998). 542 Н. И. ХОДАКОВСКИЙ, С. Ю. ЛАРКИН, Г. Г. ГАЛСТЯН 3. R. P. Lu, K. L. Kavanagh, St. J. Dixon-Warren et al., J. Vac. Sci. Technol., B19: 204 (2001). 4. R. P. Lu, K. L. Kavanagh, St. J. Dixon-Warren et al., J. Vac. Sci. Technol., B20: 152 (2002). 5. A. V. Ankudinov and A. N. Titkov, Phys. Solid State, 47: 205 (2005). 6. A. V. Ankudinov, M. S. Dunaevski, A. N. Titkov et al., Physics of the Solid State, 42, No. 10: 521 (2000). 7. А. И. Золот, Н. И. Ходаковский, Управляющие машины и системы, № 1: 71 (2007). 8. М. І. Ходаковський, А. І. Золот, С. Ю. Ларкін, П. А. Мержвинський, Ф. Й. Коржинський, М. П. Шкляр, Пристрій для контролю формування наноро- змірних структур: Патент UA № 77015 (Бюл. про винаходи України, № 11) (2006).

Схожі ресурси