Зондовое анодное окисление

Королёв Сергей

СодержаниеI. Введение.

a. Сканирующая зондовая микроскопия.b. Сканирующая зондовая литография.

II. Зондовое анодное окисление.a. Импульсная методика.b. Первые успехи.c. Окисление металла. Модель Кабрера и Мотта.d. Зондовое анодное окисление кремния.e. Встроенный пространственный заряд.f. Модуляционная методика.

III. Заключение.

Сканирующий зондовый микроскоп

В. Л. Миронов, Основы сканирующей зондовой микроскопии (2004).

Исполнительный элемент

Сканирующий зондовый микроскоп

Сканирующий туннельный микроскоп

Атомно-силовой микроскоп

В. Л. Миронов, Основы сканирующей зондовой микроскопии (2004).

H.

M.

Saa

vedr

a et

. al

., H

ybrid

str

ateg

ies

in n

anol

ithog

raph

y (2

010)

.

Импульсная методика зондового анодного окисления

J. A. Dagata, Science 270 (1995) 1625.

Зондовое анодное окисление. Что лучше: сканирующий туннельный микроскоп или

атомно-силовой микроскоп?

tI 0Z

F

Сканирующий туннельный микроскоп:

Атомно-силовой микроскоп:

zF 0Z

U F

Один свободный параметр

Два свободных параметра

Основные успехи зондового анодного окисления связаны с использованием атомно-силового микроскопа.

Металлизация иглы атомно-силового микроскопа

Si3N4

Ti

V

Первые успехи использования проводящего зонда атомно-силового микроскопа для окисления поверхности

E. S. Snow and P. M. Campbell, Appl. Phys. Lett. 64, 1932 (1994).

Si

Полоски SiO2

Полоски SiO2 служат маской при травлении Si в растворе KOH

Незащищённый Si протравился примерно 10 нм

«Заострение иглы»

Ширина полосок ~ 20 нм

Диаметр иглы ~ 80 нм

E. S. Snow and P. M. Campbell, Appl. Phys. Lett. 64, 1932 (1994).

Сухое травление в плазме

E. S. Snow, W. H. Juan, S. W. Pang and P. M. Campbell, Appl. Phys. Lett. 66, 1729 (1995).

Si

SiO2

Глубина травления ~ 30 нм.

Окисление металлаОкисление – это соединение тел с кислородом.

00 t

01 tt

Al

O2

Скорость окисления определяется скоростью химической реакции.

Al

Скорость окисления определяется скоростью прохождения реагентов через окисел.

Al2O3

O2

Модель Кабрера и Мотта

Al

Al2O3

OO-

N. Cabrera and N. F. Mott, Rep. Prog. Phys. 12, 163 (1949).

Источник кислорода при зондовом анодном окислении

V

Si

SiO2

HOHOH 2

HHO

hO

OhO 222

Реакция окисления кремния

Si

SiO2

HOO

HSiOOHhSi 224 2222 SiOOhSi

Скорость окисления smVF 810

Скорость дрейфа ионов Fu

N. Cabrera and N. F. Mott, Rep. Prog. Phys. 12, 163 (1949).

kTFaqkTWNdt

dX expexp

UWW i X

VF

XXdt

dX1exp

Скорость окисления кремния: эксперимент

P. Avouris, T. Hertel and R. Martel, Appl. Phys. Lett. 71, 285 (1997).

n-Si(100)Модель Кабрера и Мотта

XXdt

dX1exp

Сканирующая микроскопия напряжений Максвелла

J. A. Dagata, Nanotechnology 8, A3 (1997).

F Поверхностный потенциал

2F Ёмкость

Наблюдение встроенного пространственного заряда

J. A. Dagata, T. Inoue, J. Itoh and H. Yokoyama, Appl. Phys. Lett. 73, 271 (1998).

p,n-Si(100)

Создавались точечные окислы

Снимались карты

топологии, потенциала,

ёмкости

Механизм образования встроенного пространственного заряда

HO

HSiOOHhSi 224 2

2SiO

H

OHOHH 2

OH 2

hHSi

OHSiOHhHSi 32

Si

OH3

Модуляционная методика зондового анодного окисления

F. Perez-Murano, K. Birkelund, K. Morimoto and J. A. Dagata, Appl. Phys. Lett. 75, 199 (1999).

Заключение