1 Атомно-силовой микроскоп SOLVER P-47H Предельные возможности - моноатомные ступени (высотой 0,14нм) на поверхности кремния (001) скан 47 x 47 m 2

2 Atomic Force Microscopy Force repulsion distance contact regime non-contact regime attraction semiconductor laser X Y Z scanners photodiode sample feedback loop cantilever contact mode non-contact mode tapping (semi-contact) mode The discovering of the atomic force microscope revolutionized the fields of surface science by means of enabling the images of surface structure on an atomic length scale not only for conductive materials but also for dielectric, biological, medical ones.

3 Self-Organisation of Nanostructures Nucleation on the surface as methods of nanostructures formation Germanium islands on the Si(111) surface 900х900нм 2

4 разрастаниеисходнаязарождение Анализ структурно-морфологических особенностей систем пониженной размерности 900х900нм 2 4х4мкм 2 АСМ-изображения исходной поверхности кремния и стадии формирования германиевых островков. Получены зависимости размеров островков и их распределения при различных условиях роста. Слева показано типичное ПЭМ- изображение островка германия на поверхности кремния (111).

Статистический анализ распределения островков роста на вицинальной гране кремния (111) Определение критического расстояния между моноатомными ступенями для перехода от ступенчато слоевого механизма роста к двумерному зарождению. E s =1,25 0,15eV d > s / k B T

Начальные стадии окисления кремния как метод формирования диэлектрических нитей уменьшение интенсивности ДБЭ прекращение движения ступеней «разъедание» края ступеней (эрозия) междоменные границыэрозия ступенейшум на террасах O 2 (gas) O(ads) + O(ads) Si + O(ads) SiO(gas) -- травление Si + 2O(ads) SiO 2 -- окисление A.V.Latyshev et al, Inst.Phys.Conf.Ser. 169 (2002) 153. АСМ-изображения (4х4мкм 2 ) начальных стадий окисления ступенчатой поверхности кремния (111).

В результате химической реакции между Si и O 2 происходит генерация ансамбля поверхностных вакансий, которые вызывают перемещение ступеней и объединяются в отрицательные островки. Термическое травление кислородом как метод формирования поверхностных наноструктур движение ступени островок d кр =2λ v dd кр λvλv ступенчато-слоевойдвумерное зарождение Si + O(ads) SiO(gas) -- травление С.С.Косолобов и др., Физика и техника полупроводников, 169 (2002) 153. (1x1) (7x7) АСМ-изображения (8х8мкм 2 ) отрицательных островков на поверхности кремния, форма которых зависела от поверхностной реконструкции.

Спиральная ступень на поверхности Si(111) Скан победитель 2007 года 1-я международная премия Дипломы за лучшую работу международной конференции по сканирующей зондовой микроскопии Н.Новгород СЗМ Н.Новгород СЗМ Н.Новгород СЗМ ЦКП «НАНОСТРУКТУРЫ» патенты E.E. Rodyakina et al

ЦКП «НАНОСТРУКТУРЫ» Сканирующий электронный микроскоп LEO-1430 Разрешающая способность - 5 нм Оборудован приставкой EDX для проведения локального химического анализа Профессор Т.А.Гаврилова при выполнении исследований

10мкм СЭМ-изображения, демонстрирующие нарушение целостности фото- приемной матрицы на квантовых ямах эпитаксиальных структур AlGaAs/GaAs при неоптимальных режимах плазменного травления фоторезиста (сверху) и непротравленные каналы в пленке КРТ, вызывающие электрические закоротки (справа). ЦКП «НАНОСТРУКТУРЫ» 100 мкм 10мкм Диагностика технологических процессов

200нм Raith 150 Установка высокоразрешающей электронной литографии Raith ,6нм 56,3нм 32,5нм Доктора Д.А.Насимов и Н.А.Шалыгина при выполнении исследований

СОЗДАНИЕ НАНОСТРУКТУР ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛИТОГРАФИИ ЦКП «НАНОСТРУКТУРЫ» при ИФП СО РАН Разработана воспроизводимая технология формирования массивов однородных элементов с периодом до 80 нм методами электронной литографии остросфокусиро- ванным пучком. Для электронного резиста на основе полиметилметакрилата получены отдельные элементы или массивы элементов с минимальным размером 13нм. углубления 39,6нм выступы

13 Локальное анодное окисление Схематическое представление электрохимической реакции под иглой кантилевера h h c ln(t/t c ), где h - высота оксидной линии, h c - характерная длина (зависит от энергией электронов), t – текущее время окисления и t c - пороговое время для окисления. учет геометрии иглы, пространственного заряда и механический напряжений на границе раздела Прикладываемое напряжение Скорость сканирования Относительная влажность Проводимость иглы и подложки Форма иглы

14 Optimization of tip-substrate interaction Подво д Отвод Simulation of electric field around a tip Interaction between tip and surface Contribution of adsorbed water detachment attachment humidity, %

nm m nmnm m Создание и исследование ультра-малого электронного интерферометра З.Д.Квон, Д.В. Щеглов, А.В. Латышев, Е.Б.Ольшанецкий, В.А.Ткаченко, А.И. Торопов, А.Л.Асеев, Письма ЖЭТФ, 2004, 2005, 2006, 2007 Топографическое (а) и фазовое (b) АСМ-изображения поверхности гетероструктуры AlGaAs/GaAs с участком локально окисленным зондом АСМ (электронный интерферометр), профиль рельефа вдоль красного отрезка АB (c). Осцилляции Ааронова- Бома показанного выше интерферометра. Период осцилляций В=0.16Т соответствует эффективному радиусу r = 90 нм. Патент RU C г.

16 Эффект технологического несовершенства геометрии электронных систем AFM images of open rings fabricated by the same lithographic pattern: (a) symmetric and (b) asymmetric rings. Old ring V.A.Tkachenko et al, JETP Letter (2005). Smallest ring interferometer fabricated by local anodic oxidation ЦКП «НАНОСТРУКТУРЫ»

17 ЦКП «НАНОСТРУКТУРЫ» Проведение сертификационных испытаний научного оборудования ЦКП; Поверки и калибровки средств измерений ЦКП; Разработка и аттестация методик измерений; Аккредитация измерительных и испытательных лаб. ЦКП; Проведение мероприятий с привлечением Сибирского государственного НИИ метрологии (СНИИМ) и НИЦПВ по вопросам метрологического обеспечения ЦКП. Обеспечение единства и достоверности измерений в структурной нанодиагностики Технический комитет по стандартизации ТК-441 «Наукоемкие технологии» Разработка национальных стандартов РФ по государственной системе обеспечения единства измерений при Ростехрегулировании. В состав ТК-441 входит ЦКП «Наноструктуры» – ИФП СО РАН.

ЦКП «НАНОСТРУКТУРЫ» Изготовление малых серий тест-объектов на основе ступенчатых поверхностей кремния для калибровки нанометровых размеров для фирмы NT-MDT (В.А.Быков) Разработка и изготовления калибровочных мер для АСМ (NT-MDT) Прецизионное измерение толщины нанометровых покрытий Измерение кривизны острия кантилевера Ti Si 4,7nm 10 nm 0,31 nm 100 nm 2 m СЭM ВРЭM STEPP NSG-20

19 Заключение для характеризации наноматериалов и наноэлементов полупроводниковой электроники, квантово-размерных наноструктур с помощью просвечивающей, высокоразрешающей, отражательной, растровой электронной микроскопии и сканирующей зондовой микроскопии. Разработаны структурные диагностические методики с атомным разрешением для характеризации наноматериалов и наноэлементов полупроводниковой электроники, квантово-размерных наноструктур с помощью просвечивающей, высокоразрешающей, отражательной, растровой электронной микроскопии и сканирующей зондовой микроскопии. с помощью остро сфокусированного электронного и ионного пучка, в том числе на КНИ-структурах, и на основе воздействия зондом атомно-силового микроскопа в режиме локального анодного окисления и механической модификации приповерхностного слоя. Развиты методы наноструктурирования с помощью остро сфокусированного электронного и ионного пучка, в том числе на КНИ-структурах, и на основе воздействия зондом атомно-силового микроскопа в режиме локального анодного окисления и механической модификации приповерхностного слоя. Получены количественные характеристики атомных процессов на поверхности и границах раздела полупроводников при сублимации, эпитаксии, фазовых переходах, термическом отжиге и газовых реакциях.

ПОДДЕРЖКА ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ НШ , академик А.Л. Асеев, член-корр. РАН А.В. Латышев Проведение электронно-микроскопических работ в центре «Наноструктуры». (Слева-направо: Д.А.Насимов, А.В.Латышев, Е.Е.Родякина, С.С.Косолобов)