Методы ионно-лучевой обработки и нанотехнологических исследований Сарымсаков Р. Г. ИУ4-73. - презентация

1 Методы ионно-лучевой обработки и нанотехнологических исследований Сарымсаков Р. Г. ИУ4-73

2 Ионно-лучевая обработка (ИЛО) ИЛО осуществляется пучком ускоренных заряженных частиц, сформированных в источниках ионов. ИЛО осуществляется пучком ускоренных заряженных частиц, сформированных в источниках ионов. Ускоренные ионы попадают в технологическую камеру и взаимодействуют с поверхностью обрабатываемого объекта, вызывая либо распыление материала, либо осаждение материала. Ускоренные ионы попадают в технологическую камеру и взаимодействуют с поверхностью обрабатываемого объекта, вызывая либо распыление материала, либо осаждение материала.

3 Ионно-лучевая обработка (ИЛО) Микро- и наноэлектроника – травление материалов в производстве СБИС и СВЧ-транзисторов. Микро- и наноэлектроника – травление материалов в производстве СБИС и СВЧ-транзисторов. Микроэлектромеханические системы – глубинное травление кремния. Микроэлектромеханические системы – глубинное травление кремния. Оптика – полировка поверхностей, травление элементов безаберрационной дифракционной оптики, дифракционных решеток и магнитооптических дисков. Оптика – полировка поверхностей, травление элементов безаберрационной дифракционной оптики, дифракционных решеток и магнитооптических дисков. Лазерная техника – травление материалов для твердотельных лазеров. Лазерная техника – травление материалов для твердотельных лазеров. Жесткие магнитные диски – очистка подложек и нанесение пленочных покрытий. Жесткие магнитные диски – очистка подложек и нанесение пленочных покрытий. Машиностроение – нанесение коррозионностойких и фрикционностойких пленочных покрытий. Машиностроение – нанесение коррозионностойких и фрикционностойких пленочных покрытий. Медицина – нанесение защитных и упрочняющих пленочных покрытий. Медицина – нанесение защитных и упрочняющих пленочных покрытий.

4 Установка ИЛО ФТИАН Установка применяется для: Установка применяется для: ионно-лучевого травления материалов (обычное и реактивное); ионно-лучевого травления материалов (обычное и реактивное); очистки и активации поверхностей очистки и активации поверхностей нанесения пленок (непосредственное и с применением мишени). нанесения пленок (непосредственное и с применением мишени).

5 Очистка, активация и полировка поверхностей Так как состав загрязнений как правило неизвестен, распыление ионами аргона является наиболее эффективным методом удаления сверхтонких поверхностных слоев и позволяет проводить очистку подложки, недостижимую в случае обработки жидкостными методами. Так как состав загрязнений как правило неизвестен, распыление ионами аргона является наиболее эффективным методом удаления сверхтонких поверхностных слоев и позволяет проводить очистку подложки, недостижимую в случае обработки жидкостными методами. Обработка поверхности пучком ионов не только очищает ее от загрязнений, но и активирует ее или растущую пленку, если процесс обработки пучком ионов проводится одновременно с нанесением пленки. При этом на поверхности образуются свободные связи, которые при нанесении пленки становятся искуственными центрами зародышеобразования. Обработка поверхности пучком ионов не только очищает ее от загрязнений, но и активирует ее или растущую пленку, если процесс обработки пучком ионов проводится одновременно с нанесением пленки. При этом на поверхности образуются свободные связи, которые при нанесении пленки становятся искуственными центрами зародышеобразования.

6 Травление материалов Ионно-лучевое травление (ИЛТ) - травление осуществляется пучками ионов инертных газов за счет физического распыления материалов. Ионно-лучевое травление (ИЛТ) - травление осуществляется пучками ионов инертных газов за счет физического распыления материалов. Реактивное ИЛТ (РИЛТ) - удаление материала за счет химического взаимодействия ионов соединений с обрабатываемым материалом, в результате чего образуются летучие соединения, откачиваемые вакуумной системой. Реактивное ИЛТ (РИЛТ) - удаление материала за счет химического взаимодействия ионов соединений с обрабатываемым материалом, в результате чего образуются летучие соединения, откачиваемые вакуумной системой.

7 Нанесение пленок Тонкие пленки различных материалов можно наносить на подложку, распыляя материал мишени пучком ионов инертных газов. Тонкие пленки различных материалов можно наносить на подложку, распыляя материал мишени пучком ионов инертных газов. Другой метод нанесения пленок состоит в осаждении материала непосредственно из пучка ионов. Другой метод нанесения пленок состоит в осаждении материала непосредственно из пучка ионов.

8 Атомно-силовая микроскопия (АСМ) АСМ основана на взаимодействии макроскопической гибкой консоли (кантилевер) 2 с острой иглой 1 с поверхностью образца 5. Под действием атомных сил кантилевер может быть изогнут на достаточно большую величину, которую можно измерить с помощью лазера 3 фотоприемника 4. АСМ основана на взаимодействии макроскопической гибкой консоли (кантилевер) 2 с острой иглой 1 с поверхностью образца 5. Под действием атомных сил кантилевер может быть изогнут на достаточно большую величину, которую можно измерить с помощью лазера 3 фотоприемника 4. В процессе сканирования кантилевер может совершать колебания без касания поверхности образца в процессе колебаний и с частичным касанием поверхности В процессе сканирования кантилевер может совершать колебания без касания поверхности образца в процессе колебаний и с частичным касанием поверхности

9 СЗМ NanoEducator и Solver P47-PRO СЗМ NanoEducator реализует различные методы измерений туннельной и «полуконтактной» АСМ. СЗМ NanoEducator реализует различные методы измерений туннельной и «полуконтактной» АСМ. СЗМ Solver P47 - это универсальный прибор для комплексных исследований различных объектов с высоким разрешением на воздухе, в жидкостях и контролируемой газовой атмосфере, при температуре до 150 С. СЗМ Solver P47 - это универсальный прибор для комплексных исследований различных объектов с высоким разрешением на воздухе, в жидкостях и контролируемой газовой атмосфере, при температуре до 150 С.

10 Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) Источником электронов служит металл, из которого после его нагревания в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. С помощью электрического поля поток электронов можно ускорять и замедлять, а также отклонять в любых направлениях, используя электрические и магнитные поля. Источником электронов служит металл, из которого после его нагревания в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. С помощью электрического поля поток электронов можно ускорять и замедлять, а также отклонять в любых направлениях, используя электрические и магнитные поля. Существует 2 вида СЭМ: просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) и растровые электронные микроскопы (РЭМ). Существует 2 вида СЭМ: просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) и растровые электронные микроскопы (РЭМ).

11 СЭМ CamScan Series 4 Во ФТИАН установлен РЭМ CamScan Series 4 с возможностью проведения электронной литографии. Этот СЭМ позволяет получать трехмерные изображения образцов, увеличенные до раз. Разрешающая способность составляет 5 нм. Во ФТИАН установлен РЭМ CamScan Series 4 с возможностью проведения электронной литографии. Этот СЭМ позволяет получать трехмерные изображения образцов, увеличенные до раз. Разрешающая способность составляет 5 нм.

12 Получение решетки на Si-подложке Внешний слой SiO 2 кремниевой подложки подвергали воздействию пучка ионов CF 4 через Al-маску, которую затем механически удаляли. Внешний слой SiO 2 кремниевой подложки подвергали воздействию пучка ионов CF 4 через Al-маску, которую затем механически удаляли.

13 Формирование массива нанопор на ситаловой подложке В настоящее время много внимания уделяется производству упорядоченных полупровнидниковых наноструктур. Обычные методы электронно-лучевой литографии дают удовлетворительные результаты, но они неприменимы при обработке больших площадей. В настоящее время много внимания уделяется производству упорядоченных полупровнидниковых наноструктур. Обычные методы электронно-лучевой литографии дают удовлетворительные результаты, но они неприменимы при обработке больших площадей. Другим путем для получения таких структур является самоорганизация в электрохимии. Этот способ, не относящийся к литографиям, привлек внимание еще 10 лет назад. Он основан на применении анодированного алюминиевого оксида (ААО), имеющего пористую структуру. Другим путем для получения таких структур является самоорганизация в электрохимии. Этот способ, не относящийся к литографиям, привлек внимание еще 10 лет назад. Он основан на применении анодированного алюминиевого оксида (ААО), имеющего пористую структуру. СЭМ-изображение ААО-маски с двух сторон (а и b).

14 Получение решетчатых наноструктур

15 Формирование массива нанопор на ситаловой подложке Осуществляется собственно процесс РИЛТ. В качестве рабочего вещества применяется CF 4. Производится травление слоя Ti структуры Ti-Al на ситаловой подложке. Длительность процесса – 5 мин. Осуществляется собственно процесс РИЛТ. В качестве рабочего вещества применяется CF 4. Производится травление слоя Ti структуры Ti-Al на ситаловой подложке. Длительность процесса – 5 мин.

16 Формирование массива нанопор на ситаловой подложке 2D (a) и 3D изображения (b) массива нанопор, полученные на СЗМ Solver PRO P-47. Полуконтактный метод. Структура Ti-Al-ситал с протравленным слоем титана.

17 Формирование массива наноточек Другой возможный способ применения ААО-маски заключается в выращивании квантовых точек и столбиков при помощи испарения веществ электронным лучом. Потом производят осаждение металла через ААО-мембрану на подложку. Другой возможный способ применения ААО-маски заключается в выращивании квантовых точек и столбиков при помощи испарения веществ электронным лучом. Потом производят осаждение металла через ААО-мембрану на подложку. Для получения наностолбиков производится плазменное травление со рабочие смесью газов CBrF 3 и CF 4. Для получения наностолбиков производится плазменное травление со рабочие смесью газов CBrF 3 и CF 4.

18 Формирование массива наностолбиков Структура Ti-Al-ситал с протравленным слоем титана СЭМ изображение массива наностолбиков