Введение

Введение
Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) предоставляет уникальные возможности по исследованию различных свойств поверхностей (и сколов) материалов с высоким (до атомарного) разрешением. Сканирующими зондовыми микроскопами называют приборы, предназначенные для изучения свойств поверхности при помощи твердотельных заостренных зондов (игл) в процессе их взаимного перемещения по заданным алгоритмам. Любой сканирующий зондовый микроскоп состоит из твердотельного зонда, сканера, обеспечивающего относительное перемещение зонда и образца по трем координатам, системы подвода зонда и образца, системы регистрации аналитических сигналов, электронной системы управления и считывания данных, системы записи-обработки информации, системы виброзащиты. В семейство методов СЗМ входят такие методы, как сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ), АСМ в жидких средах и т. д. [1]−[3]. Методы СЗМ позволяют решать задачи в различных областях науки и техники (микроэлектроника, материаловедение, приборостроение, фармацевтика, химия, биология, биохимия, медицина, геология и др.) [4]−[6]. Обобщая методы АСМ, можно выделить следующие основные направления развития:
- микро- и наноскопия (картографирование поверхности в различных аналитических откликах);
- спектроскопия (регистрация информации в заданной координате на поверхности образца в диапазоне изменений аргумента (силовая спектроскопия, локальные вольт-амперные характеристики (ВАХ), локальная туннельная спектроскопия и т. п.));
- модификация поверхности, или нанолитография, различным воздействием зонда на поверхность: локальное окисление, механическое воздействие, локальный разогрев и т. п.;
- манипуляция микро- и нанообъектами на поверхности (атомами, молекулами, нанотрубками и т. п.), сборка объектов на атомарном уровне.
В общем плане семейство микроскопов, работа которых основана на регистрации в процессе сканирования силового взаимодействия иглы с поверхностью, называют сканирующими силовыми микроскопами (ССМ). По многим своим параметрам ССМ превосходят и растровые электронные микроскопы (РЭМ), которые до сих пор наиболее широко используются для диагностики поверхности. Отличительной особенностью ССМ помимо более высокого разрешения является возможность получения трехмерного изображения поверхности, визуализация и получение количественных данных о ее электрических, магнитных, трибологических и других характеристиках.
Отмеченные достоинства ССМ, а также его сравнительная дешевизна, компактность, низкая энергоемкость, высокая степень компьютеризации привели к тому, что этот прибор удивительно быстро (буквально в течение нескольких лет) стал широко использоваться для исследования и диагностики поверхности. Вызвано это также и тем, что с переходом в область субмикронных и нанометровых масштабов, характерных для новых современных технологий, остро встает проблема соответствующего диагностического приборного обеспечения. В первую очередь это относится к субмикронной электронике, где ССМ все шире используется для экспресс-контроля и рутинного контроля процессов литографии. Современные методы сверхплотной магнитной и оптической записи информации, различные технологии обработки поверхности, включая нанесение тонкопленочных покрытий, также нуждаются в подобных методах диагностики.
Основной принцип работы, основные блоки и техническое (аппаратное) оснащение «обычных» методов сканирующей зондовой микроскопии были рассмотрены в [1]. В данном издании более подробно рассмотрены современные специализированные методики атомно-силовой микроскопии и методы модификации и манипулирования. Обобщены современные достижения и выделены проблемы, связанные с применением методов СЗМ в исследовании и модификации свойств полупроводниковых приборных структур. Кратко приведены основные сведения о принципах регистрации информации о свойствах поверхности объектов исследования, основанных на различных типах аналитических сигналов. Особое внимание уделяется экспериментальным работам, посвященным специфике применения и развитию новых методик проводящей СЗМ, разработанных в СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Подготовка данного издания осуществлялась при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009−2013 гг., государственный контракт № 02.740.11.5077.

LILY, [20.11.19 20:12]

Tekshiruvchi zond mikroskopi (SPM) yuqori (atomgacha) piksellar bilan materiallar yuzalarining (va chiplarning) turli xususiyatlarini o'rganish uchun noyob imkoniyatlarni beradi. Tekshiruvchi mikroskoplarga berilgan algoritmlarga muvofiq o'zaro harakatlanish jarayonida qattiq jismli uchburchak (ignalar) yordamida sirt xususiyatlarini o'rganishga mo'ljallangan asboblar deyiladi.

LILY, [20.11.19 20:14]

Skanerlashning har qanday mikroskopi qattiq holatdagi zonddan, uch koordinatadagi zond va namunaning nisbiy harakatini ta'minlaydigan skanerdan, zond va namunaviy ta'minot tizimidan, analitik signallarni yozib olish tizimidan, elektron ma'lumotlarni boshqarish va o'qish tizimidan, ma'lumotni yozib olish va qayta ishlash tizimidan va tebranishdan himoya tizimidan iborat.

LILY, [20.11.19 20:18]

SPM usullari turkumiga tunnelli mikroskopiya (STM), atom kuchi mikroskopiyasi (AFM), yaqin atrofdagi optik mikroskopiya (SBM), suyuq muhitda AFM va boshqalar kiradi. [1] - [3]. SPM usullari fan va texnikaning turli sohalarida (mikroelektronika, materialshunoslik, asbobsozlik, farmatsevtika, kimyo, biologiya, biokimyo, tibbiyot, geologiya va boshqalar) muammolarni hal qilishga imkon beradi [4] - [6]. AFM usullarini sarhisob qilib, rivojlanishning quyidagi asosiy yo'nalishlarini ajratish mumkin:

LILY, [20.11.19 20:20]

- mikro- va nanoskopiya (turli xil tahliliy javoblarda sirt xaritasi);
- spektroskopiya (berilgan koordinatada ma'lumotni argument oralig'ida ro'yxatdan o'tkazish (elektr spektroskopiyasi, mahalliy oqim kuchlanish xususiyatlari (CVC), mahalliy tunnel spektroskopiyasi va boshqalar);
- zondning sirt ta'siriga: lokal oksidlanish, mexanik ta'sir, mahalliy isitish va hk. nanolitografiya.
- mikro va nano-ob'ektlarni sirtda (atomlar, molekulalar, nanotubalar va boshqalar) manipulyatsiya qilish, ob'ektlarni atom darajasida yig'ish.

LILY, [20.11.19 20:21]

Umuman olganda, ishlashi skanerlash jarayonida ignaning sirt bilan kuch o'zaro ta'sirini qayd etishga asoslangan mikroskoplar oilasiga skanerlash kuchi mikroskoplari (CCM) deyiladi. Ko'pgina parametrlarda CCMlar skanerlash elektron mikroskoplaridan (SEM) ustunlik qiladi, ular hali ham sirt diagnostikasi uchun eng keng qo'llaniladi. Yuqori aniqlikka qo'shimcha ravishda CCMning o'ziga xos xususiyati sirtning uch o'lchovli tasvirini olish, uning elektr, magnit, tribologik va boshqa xarakteristikalari bo'yicha vizualizatsiya va miqdoriy ma'lumotlarni olish qobiliyatidir.

LILY, [20.11.19 20:22]

Ta'kidlangan afzalliklari, shuningdek uning qiyosiy arzonligi, ixchamligi, kam energiya iste'moli va kompyuterlashtirishning yuqori darajasi ushbu qurilmani hayratlanarli darajada tezda (tom ma'noda bir necha yil ichida) sirt tadqiqotlari va diagnostika uchun keng foydalanishga imkon berdi. Buning sababi yangi zamonaviy texnologiyalarga xos bo'lgan submikron va nanometr shkalalari mintaqasiga o'tish bilan tegishli diagnostika asboblari muammosi keskinlashmoqda. Bu birinchi navbatda submikron elektronikaga taalluqlidir, bu erda CCM tobora tezkor va litografik jarayonlarni muntazam boshqarish uchun ishlatiladi. Yuqori darajadagi magnit va optik yozishni zamonaviy usullari, sirtni tozalashning turli texnologiyalari, shu jumladan yupqa qatlamli qoplamalarni qo'llash ham shunga o'xshash diagnostika usullarini talab qiladi.

LILY, [20.11.19 20:23]

Tekshiruv mikroskopining "oddiy" usullarini ishlashning asosiy printsipi, asosiy bloklari va texnik (apparat) uskunalari ko'rib chiqildi [1]. Ushbu nashrda atom kuchlari mikroskopiyasining zamonaviy ixtisoslashtirilgan usullari va modifikatsiya qilish va manipulyatsiya usullari batafsil ko'rib chiqilgan. Zamonaviy yutuqlar umumlashtirilib, yarimo'tkazgichli qurilma tuzilmalarining xususiyatlarini o'rganish va o'zgartirishda SPM usullarini qo'llash bilan bog'liq muammolar ta'kidlangan. Qisqacha umumlashtirilib, har xil analitik signallarga asoslangan tadqiqot ob'ektlarining sirt xususiyatlari haqida ma'lumotni qayd etish printsiplari haqida asosiy ma'lumotlar keltirilgan. SPBSTU LETI-da ishlab chiqilgan SPMni o'tkazishning yangi texnikasini ishlab chiqish va qo'llashning o'ziga xos jihatlari bo'yicha eksperimental ishlarga alohida e'tibor beriladi. Ushbu nashrni tayyorlash "Innovatsion Rossiyaning ilmiy va ilmiy-pedagogik kadrlari" federal maqsadli dasturi ko'magida 2009–2013 yillarda davlat buyurtmasi № 02.740.11.5077 bilan amalga oshirildi.