11.5.2. Контактное формирование нанорельефа.
Контактное формирование нанорельфа представляет собой техно-логический процесс формирования заданного микрорельефа поверхности.
Контактное формирование нанорельефа основано на воздействии зонда (СТМ или АСМ) на поверхность подложки при их механическом взаимодействии. В этом случае зонд может быть использован в качестве микромеханического инструмента для обработки подложки.
Существуют различные методики контактного формирования нано-рельефа.
Для выравнивания поверхности подложки разработана методика ис-пользования адсорбата газа, находящегося на поверхностях зонда и подлож-ки. Условие сохранения формы зонда можно записать в виде
,
(11.5.7)
где τЗ – напряжение пластической деформации зонда (для вольфрама τЗ ≈ 8,9·109 Н/см2), τП – напряжение пластической деформации подложки (для подложки из олова τП ≈ 1,1·109 Н/см2), – коэффициент запаса динамической прочности зонда, который примем равным К = 4.
Если вертикально расположенный сканер с К = 4 работает в колеба-тельном режиме с частотой f (102 Гц) и амплитудой колебаний d (10-7 см), то максимальная сила воздействия на подложку F определяется выражением
F = 4π2Mdf2 ,
|где М – масса сканера с зондом, обычно она составляет примерно 5 г.
Условие деформации подложки и сохранения зонда записывается в виде
,
(11.5.8)
где R – усредненный радиус касания зонда с подложкой.
При пластической деформации подложки в процессе касания зонда происходит выдавливание адсорбата из области соприкосновения. Время выдавливания адсорбата оценивается величиной порядка 0,5 мс. Этого достаточно, чтобы предотвратить непосредственное касание зонда с подложкой. Время выдавливания адсорбата увеличивается при наличии пленок окислов на поверхности электродов.
На рис. 11.5.3 представлены результаты выравнивания поверхности подложки из золота для проведения последующих технологических операций.
Гладкие подложки удается получить путем сканирования при вертикальной модуляции зонда на частоте порядка 1 кГц.
В
технике контактного формирования
нанорельефа поверхности подложек
предпочтительно использовать зонды с
алмазными остриями.
Для этого
кристаллы алмаза легируют соответствующими
примесями для получения достаточной
их проводимости.
11.5.3. Бесконтактное формирование нанорельефа.
Бесконтактное формирование нанорелъфа представляет собой технологический процесс создания на поверхности металлических подложек заданных наноструктур.
К таким наноструктурам могут быть отнесены, например, отдельные бугорки на поверхности. В определенной системе наличие такого бугорка означает один бит информации, а его отсутствие, соответственно, ноль.
Локальная деформация подложки может быть осуществлена раз-личными путями. Одним из них является воздействие зонда СТМ путем создания механического напряжения о за счет электростатического поля Е:
,
где ε – диэлектрическая проницаемость среды между зондом и подложкой, ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума.
Существует понятие электростатического поля порога пластической деформации E0: Е0 = 2,1·103 τ1/ 2 В/см, где τ – механическое напряжение, при котором начинается пластическая деформация.
Другой способ заключается в локальном тепловыделении при прохож-дении больших плотностей тока через поверхность подложки. Возможны методы «холодной» деформации подложек, основанные на поверхностной диффузии атомов подложки в неоднородных электрических полях.
В методе бесконтактного формирования нанорельефа целесообразно использовать переменное гармоническое электрическое поле на частотах, лежащих в мегагерцевом диапазоне, в котором исключается возникновение перемычек между зондом и подложкой.