Методики экспериментальных исследований и используемое экспериментальное оборудование

В экспериментах по изучению влияния ФМС на процессы получения новых структур (нанесение тонких и наноразмерных пленок, зародышеобразование и рост кристаллов, процессы полимеризации и т. д.) или модифицирование параметров имеющихся структур на первых этапах исследований применялись различные комбинации плоскостного расположения структуризаторов. Самая простая конфигурация — один резонатор, расположенный под подложкой в ее центре с осуществлением плотного контакта между резонатором и подложкой.

Рис. 1. Образцы топологий ФМС различных поколений.

Использовалась система резонаторов из 5 элементов, расположенных под подложкой либо в виде прямого (+), либо в виде косого (андреевского) креста (х), причем один резонатор находился в центре. Использовалась также композиция из семи нейтрализаторов, расположенных по схеме максимально плотной гексагональной упаковки с одним нейтрализатором в центре и шестью нейтрализаторами по периферии, образующими первую координационную окружность, — одна из самых эффективных композиций. Еще один вариант использования структуризаторов — кремниевая пластина размером со стандартную полупроводниковую подложку, на поверхности которой создан рисунок из компонентов фрактально-матричных топологий, расположенных сплошным образом, типа коврового покрытия. В качестве компонентов композиции могут выступать любые фрактально-матричные топологии «Айрэс».

Кроме того, для экспериментов использовались композиции, состоящие из определенного количества нейтрализаторов, расположенных на внутренней поверхности кварцевого полого цилиндра, диаметр которого подобран таким образом, чтобы имелась возможность разместить его внутри камеры образцов. При этом возможно расположение резонаторов в несколько ярусов по высоте цилиндра Развитием этого метода является система, состоящая из двух таких цилиндров разного диаметра, расположенных один в другом соосно и коаксиально с возможностью поворота одного цилиндра относительно другого.

Использовалась и композиция, представляющая собой квазипирамиду, собранную из отдельных чипов-резонаторов с основанием, состоящим из чипов, расположенных в виде квадрата 5 х 5 чипов, при этом второй слой состоит из 4 х 4 чипов, центр каждого из которых расположен над точкой узловой состыковки четырех резонаторов нижнего слоя. Конструирование такой квазипирамиды продолжается до тех пор, пока на вершине не останется один чип. Сложность создания такой конструкции состоит в том, что необходимо обеспечить прецизионную сшивку краев соседних чипов и совмещение топологического рисунка верхних этажей с нижними, что при ширине линии в 1 мкм и соответствующем заполнении топологического рисунка представляет собой весьма сложную задачу. Для обеспечения плоскопараллельности основания квазипирамиды и фиксируемой сверху подложки квазипирамида размещается в отверстии (соответствующем ее габаритам), выполненном в толстом плоскопараллельном стекле, на поверхности которого фиксируется подложка.

Как оказалось, в результате предварительных экспериментов наиболее эффективным является расположение чипов в виде сплошной ковровой матрицы и нейтрализаторов по схеме плотной упаковки шаров (один в центре и шесть по окружности). Эффективность гексагональной схемы расположения нейтрализаторов больше других вариантов, поскольку при применении коврового расположения чипов возникают проблемы совмещения краев рисунка. При исследовании процессов напыления тонкопленочных структур такая плоскостная конфигурация из ФМС располагалась на столе для образцов в вакуумной камере и полностью изолировалась от потока осаждаемого материала подложкой, на которую этот материал наносился. Применялись также схемы и неплоскостного расположения структуризаторов, но в каждом случае это будет оговорено особо. В процессе проведения экспериментов была успешно опробована схема с дополнительным размещением девяти нейтрализаторов в один ярус по внутреннему периметру кварцевого тонкостенного цилиндра, который размещался соосно с запыляемой подложкой, но обязательно вне зоны газового разряда и плазменного столба. С целью увеличения статистического материала и исключения возможных артефактов каждый процесс с одним набором параметров повторялся три раза. На каждом полученном образце исследовалось и фотографировалось несколько десятков точек.

Формирование тонкопленочных слоев меди, титана и никеля проводилось на установке магнетронного напыления, разработанной на базе переоборудованного и модифицированного стандартного вакуумного поста ВУП-4. На вакуумном колпаке установки закреплено магнетронное распылительное устройство с диаметром катода 40 мм, расстояние катод — подложка равно 80 мм. В установке предусмотрена подача на рабочий стол постоянного потенциала в пределах от 0 до ± 300 В. Магнетронное устройство изготовлено на основе магнита и позволяет легко производить смену катода. При стандартном отработанном режиме катодное напряжение составляло порядка 900 В, сила тока газового разряда достигала 2.5 А, время напыления варьировалось от 10 до 35 с, в качестве рабочего газа использовался Ar с рабочим давлением в камере 3·10^-4 мм рт. ст. при величине остаточного вакуума 3·10^-5 мм рт. ст.

Пленки меди, индия и PbSe наносились методом термического вакуумного напыления в установке УВН-71 при стандартном технологическом режиме. Визуальный контроль осуществлялся методами оптической микроскопии с помощью интерферометрического микроскопа МИИ-4 и оптических микроскопов OLYMPUS.ВХ60 в режимах темного и светлого полей, Wild Epitnakroskop М-450 и SM-LUX НЬ с регистрацией полученного изображения цифровыми камерами VNC-702 и «Minolta Dimage 7».

Анализ деталей фрактальных структур в микро- и наномасштабе осуществляли методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) (сканирующий зондовый микроскоп Auto-Probe М5, атомно-силовые микроскопы Solver P47 и Solver P47H производства зеленоградской фирмы NT-MDT) и электронной микроскопии на сканирующих электронных микроскопах Hitacht S-3500N и JSM-35, оснащенных детекторами вторичных электронов и детекторами. обратно рассеянных электронов.«Robinson» с возможностью увеличения от 15 до 300 000 крат и вариации ускоряющего напряжения от 0.3 до 30 кВ. Исследование фазового состава осуществлялось методом рентгеновской дифрактометрии на установке ДРОН-2, и микрозондовый анализ химического состава осуществлялся на рентгеновском микроанализаторе энергодисперсионного типа (РЭМ), Link 860.