Материал: Специальные вопросы микро- и нанотехнологий. Стогней О.В., Трегубов И.М

трика. На рисунке 6.7 б показана зависимость ширины оксидной линии от величины прикладываемого напряжения при постоянном времени окисления в одной точке.

80

Рис. 6.7. Зависимость высоты (а) и ширины (б) полоски анодного оксида GaAs от величины приложенного к зонду импульсного напряжения длительностью 10 мс

Из полученных данных следует, что первоначально ширина полоски окисла с ростом напряжения возрастает по линейному закону, а при достижении определенного напряжения, равного в данном конкретном случае 9В, рост окисла в ширину существенно замедляется. Полученная зависимость может быть объяснена в рамках представления о характере распределения электрического поля в латеральном направлении под иглой кантилевера. На определенном удалении от иглы напряженность электрического поля существенно снижается, что и приводит к снижению скорости протекания процесса выращивания окисла в указанных местах. Иными словами, при выбранной длительности импульса существует фиксированная величина прикладываемого к зонду напряжения, превышение которой не приводит к существенному расширению окисного слоя. На рисунках 6.8 а и б приведены зависимости высоты и ширины полосок оксида от длительности зондового окислении при фиксированной величине импульсного напряжения. Как следует из представленных данных, кинетика процесса зондового окисления включает две составляющие. В первые несколько миллисекунд скорость роста окисла значительная и относительно постоянная, в дальнейшем прирост окисла про-

81

текает также с относительно постоянной скоростью, но по величине существенно меньшей. Ширина же полосок оксида с повышением длительности импульсов используемого напряжения монотонно возрастает.

Рис. 6.8. Зависимость высоты (а) и ширины (б) полоски анодного оксида GaAs от длительности импульса напряжения, равного 8 В

Локальное зондовое окисление эффективно используется и для формирования наноструктур на поверхности металлических пленок. Например, в качестве основы для последующего окисления можно использовать пленки титана различной толщины, нанесенные на поверхность термически окисленных кремниевых подложек. Как и в случае с арсенидом галлия, для осуществления локального зондового окисления используют кремниевые кантилеверы с проводящими покрытиями на основе W2C и ТiO2-х напряжение, прикладываемое к зонду, варьируется в диапазоне от 0 до 10 В, а длительность импульсов – от 1 до 16 мс. На рис. 6.9 приведена типичная топография поверхности пленки титана после осуществления процесса локального зондового окисления по заданному рисунку. На рис. 6.10 представлены зависимости высоты оксидных бугорков (высоты ступеньки между окисной полоской и исходной поверхностью пленки титана), в пленках титана различной толщины от длительности процесса зондового окисления при постоянной разности потенциалов –10 В.

82

Эксперименты показали, что на более тонкой пленке металла оксид формируется значительно медленнее.

На рис. 6.11 приведена зависимость высоты образующегося оксидного бугорка от величины приложенного к зонду импульсного напряжения.

Из полученных результатов был сделан вывод, что скорость окисления можно повышать за счет увеличения прикладываемого напряжения и снижения последовательного сопротивления электрической цепи. Последнее можно осуществить увеличением толщины пленки и снижением удельного сопротивления адсорбированного раствора окислителя. Очевидно, что повышение проводимости электролита неизбежно приведет к сниже-

нию разрешающей способности. В этом случае окисление может происходить на достаточно большом удалении от острия зонда, что неизбежно приведет к увеличению ширины линии.

83

Возможность увеличения толщины пленки металла также ограниченна. С одной стороны, ограничение связано с максимально достижимым для конкретного сканирующего зондового микроскопа напряжением, подаваемым на зонд. С другой стороны, при любой толщине пленки процесс сквозного окисления значительно замедляется по мере потребления металла в ходе образования оксида. Поэтому оптимальные толщины пленок и режимы процесса зондового окисления должны выбираться в зависимости от конкретной решаемой задачи.

Можно сформулировать общие правила по влиянию параметров импульсов напряжения на ширину формируемых оксидных полосок. На рис. 6.12 приведены зависимости ширины окисных полосок от длительности импульсов напряжения при 10 В (а), от величины импульсов напряжения длительностью

12 мс (б).

При исследовании влияния на разрешающую способность метода свойств материала покрытия зонда (проводимость, гидрофобность – гидрофильность) и радиуса кривизны острия иглы зонда было установлено, что заметной корреляции раз-

84