Microsoft Word doc

часть
формируемой
топологической
схемы
; 
фотошаблон
представляет
собой
непрозрачную
пластину
с
прозрачными
уча
-
стками
, 
дублирующими
форму
и
местоположение
будущей
схе
-
мы
(
рис
. 9.19, 
в
); 
– 
экспонирование
фоторезиста
(
в
простейшем
варианте
видимым
или
ультрафиолетовым
светом
); 
экспонирование
из
-

---

225 
меняет
скорость
последующего
растворения
фоторезиста
в
спе
-
циальном
травителе
(
на
рис
. 9.19, 
в
экспонирование
отображено
системой
стрелок
); 
– 
удаление
фотошаблона
; 
– 
проявление
(
травление
) 
фоторезиста
; 
участки
, 
под
-
вергнутые
воздействию
света
, 
вытравливаются
до
слоя
окисла
(
рис
. 9.19, 
г
); 
– 
вытравливание
отверстий
(«
окон
») 
в
слое
диэлектрика
через
отверстия
в
фоторезисте
(1 
и
2 
на
рис
. 9.19, 
д
); 
– 
удаление
фоторезиста
(
рис
. 9.19, 
е
). 
Рис
. 9.19. 
Основные
этапы
контактной
фотолитографии
Полученные
окна
в
диэлектрике
используются
для
фор
-
мирования
соответствующих
элементов
схемы
на
пластине
. 
Ес
-
ли
данный
элемент
формируется
диффузией
примесей
, 
то
веще
-
ство
диэлектрического
слоя
выбирается
так
, 
чтобы
скорость
диффузии
данной
примеси
в
нем
была
значительно
меньше
, 
чем
в
кремнии
. 
В
таком
случае
легированными
окажутся
лишь
уча
-
стки
кремния
, 
не
укрытые
слоем
диэлектрика
. 
Диффузию
боль
-
шинства
типичных
доноров
и
акцепторов
в
кремниевой
техно
-
логии
хорошо
блокирует
диоксид
кремния
(SiO
2
). 

---

226 
Разрешающая
способность
литографии
ограничивается
как
техническими
, 
так
и
физическими
факторами
. 
Принципиальные
физические
ограничения
связаны
главным
образом
с
явлением
дифракции
излучения
на
деталях
фотолитографического
рисунка
при
экспонировании
. 
Дифракционное
размытие
изображения
от
-
верстия
тем
меньше
, 
чем
меньше
длина
волны
используемого
излучения
. 
Оптическая
литография
обеспечивает
разрешение
с
размерами
до
0,5 
мкм
. 
Использование
ультрафиолетовых
лучей
Рис
. 9.20. 
Анодно
-
окислительная
литография
портрета
Ж
.
И
. 
Алферова
с
использованием
атомного
силового
микроскопа
позволяет
сместить
этот
предел
до
0,1 
мкм
. 
Рентгено
-, 
ионолито
-
графия
сдвигает
указанный
пре
-
дел
в
нанообласть
с
разрешаю
-
щей
способностью
до
10 
нм
. 
В
качестве
примера
реа
-
лизации
этой
технологии
на
рис
. 9.20 
представлен
литогра
-
фический
портрет
российского
ученого
, 
лауреата
Нобелевской
премии
Ж
.
И
. 
Алферова
, 
выпол
-
ненная
на
сверхтонкой
титано
-
вой
пленке
с
использованием
атомно
-
силового
микроскопа
методом
локального
зондового
электрического
окисления
. 
9.4.3. 
Сканирующая
 
туннельная

и
 
атомно
-
силовая
 
микроскопия
 
Методы
создания
наноразмерных
структур
с
применени
-
ем
сканирующих
точечных
зондов
берут
свое
начало
от
скани
-
рующей
 
туннельной
 
микроскопии
(
СТМ
) 
и
атомной
-
силовой
 
микроскопии
(
АСМ
). 
Роль
этих
методов
быстро
эволюциони
-
ровала
от
фундаментальной
(
научной
) 
к
прикладной
(
техноло
-
гической
). 
Они
сочетают
в
себе
возможность
исследовать
по
-

---

227 
верхность
образца
с
атомным
разрешением
и
возможности
ма
-
нипулирования
. 
Принципы
и
конструкцию
первого
устройства
для
скани
-
рующей
 
туннельной
 
микроскопии
предложили
в
1981 
году
Герд
Бинниг
и
Генрих
Рорер
, 
работавшие
в
то
время
в
Цюрихе
. 
Поз
-
же
, 
в
1986 
году
, 
за
работы
по
сканирующей
туннельной
микро
-
скопии
они
были
удостоены
Нобелевской
премии
по
физике
. 
Физическую
основу
сканирующей
туннельной
микроско
-
пии
составляют
явления
, 
определяемые
туннелированием
элек
-
тронов
в
зазоре
между
атомарно
-
острым
зондом
и
поверхностью
анализируемого
образца
. 
Туннельный
ток
через
зазор
очень
чув
-
ствителен
к
структурным
неоднородностям
поверхности
образ
-
ца
. 
Поэтому
, 
перемещая
зонд
вдоль
поверхности
и
контролируя
протекающий
по
нему
туннельный
ток
, 
можно
анализировать
топологию
поверхности
с
атомным
разрешением
. 
Металлический
зонд
, 
обычно
изготавливаемый
из
вольф
-
рама
(
рис
. 9.21), 
закрепляют
в
держателе
, 
пространственное
по
-
ложение
которого
регулируется
управляющим
напряжением
. 
Зонд
подводят
к
образцу
на
расстояние
, 
обеспечивающее
проте
-
кание
туннельного
тока
, 
и
пьезоэлементами
, 
задающими
его
по
-
ложение
в
плоскости
образца
, 
сканируют
вдоль
поверхности
. 
Рис
. 9.21. 
Относительное
расположение
зонда
и
подложки
в
сканирующем
туннельном
микроскопе

---

228 
Таким
образом
, 
удается
не
только
«
увидеть
» 
расположение
атомов
на
поверхности
, 
но
и
различить
области
с
разным
химиче
-
ским
составом
. 
Вертикальное
разрешение
при
этом
достигает
0,01–0,05 
нм
, 
а
горизонтальное
– 0,3 
нм
. 
Размер
анализируемой
поверхности
обычно
составляет
сотни
микрометров
. 
Ограниче
-
нием
метода
является
требование
высокой
электропроводности
исследуемого
материала
, 
что
необходимо
для
протекания
доста
-
точного
для
регистрации
туннельного
тока
. 
В
атомной
 
силовой
 
микроскопии
для
анализа
поверхности
вместо
туннельного
тока
регистрируется
сила
взаимодействия
между
зондом
и
подложкой
. 
Для
определения
этой
силы
острый
зонд
закрепляют
на
упругой
консоли
, 
как
показано
на
рис
. 9.22. 
Зондовый
датчик
АСМ
называют
кантилевером
(
англ
. cantile-
ver – 
консоль
). 
Рис
. 9.22. 
Относительное
расположение
зонда
и
подложки
(
а
) 
и
сила
взаимодействия
зонд
-
подложка
,
регистрируемая
в
атомном
силовом
микроскопе
(
б
) 
Отклонение
консоли
пропорционально
действующей
на
нее
силе
. 
Это
отклонение
регистрируется
с
высокой
точностью
опти
-
ческими
(
например
, 
посредством
лазерной
интерференции
) 
или
электронными
(
например
, 
зондом
сканирующего
туннельного
микроскопа
) 
методами
. 
При
сканировании
зонда
вдоль
анализи
-

---

229 
руемой
поверхности
сигнал
об
отклонении
консоли
дает
инфор
-
мацию
о
распределении
атомных
и
молекулярных
сил
по
поверх
-
ности
образца
, 
а
следовательно
, 
и
о
расположении
и
природе
по
-
верхностных
атомов
. 
В
качестве
кантилевера
эффективно
используются
нанот
-
рубки
(
рис
. 9.23), 
они
изгибаются
при
ударе
о
поверхность
и
не
ломаются
, 
а
затем
возвращаются
в
исходное
состояние
. 
Склон
-
ность
нанотрубок
к
складыванию
вместо
разрушения
делает
по
-
вреждение
кончика
маловероятным
. 
Благодаря
малому
попереч
-
ному
сечению
и
большому
отношению
длины
к
диаметру
такого
зонда
он
может
проникать
в
глубокие
канавки
на
поверх
-
ности
, 
которые
недоступны
для
обычных
зондов
. 
Электропро
-
водные
нанотрубки
могут
ис
-
пользоваться
и
как
зонды
для
сканирующей
туннельной
мик
-
роскопии
. 
Атомная
силовая
микро
-
скопия
, 
в
отличие
от
сканирую
-
щей
туннельной
микроскопии
, 
не
чувствительна
к
электрон
-
ным
свойствам
подложки
. 
По
- 
Рис
. 9.23. 
Схема
размещения
однослойной
углеродной
нанотрубки
на
кантилевере
атомного
силового
микроскопа
этому
она
может
быть
использована
для
анализа
поверхности
как
проводящих
, 
так
и
диэлектрических
материалов
. 
Перемещение
атомов
параллельно
поверхности
подлож
-
ки
может
быть
осуществлено
в
процессе
полевой
 
диффузии
 
(field diffusion) 
или
скольжения
 (sliding). 
В
обоих
случаях
связи
между
перемещаемыми
атомами
и
подложкой
не
разрываются
. 
Адсорбированный
(
находящийся
на
поверхности
) 
атом
всегда
находится
в
потенциальной
яме
. 
Энергия
, 
необходимая
для
его
перемещения
, 
соответствует
энергетическому
барьеру
для
диффузии
по
поверхности
. 
Она
обычно
находится
в
диапазоне
0,01–1,0 
эВ
. 

---

230 
Полевая
диффузия
адсорбированных
на
поверхности
ато
-
мов
инициируется
сильно
неоднородным
электрическим
полем
, 
создаваемым
между
острием
зонда
и
поверхностью
. 
Напряжен
-
ность
этого
поля
может
достигать
30–50 
В
/
нм
. 
Этого
вполне
хватает
для
ионизации
и
десорбции
(
удаления
) 
атомов
. 
Потен
-
циальная
энергия
этого
поля
добавляется
к
периодическому
по
-
тенциалу
поверхности
(
рис
. 9.24, 
а
), 
образуя
потенциальный
рельеф
, 
благоприятный
для
направленного
движения
адсорби
-
рованного
атома
в
область
, 
находящуюся
непосредственно
под
острием
зонда
. 
В
зависимости
от
особенностей
взаимодействия
рассматриваемого
атома
и
зонда
возможно
два
варианта
резуль
-
тирующего
потенциального
рельефа
. 
Рис
. 9.24. 
Потенциальная
энергия
атома
, 
адсорбированного
на
поверхности
кристаллической
подложки
, 
как
функция
его
положения
относительно
зонда
сканирующего
туннельного
микроскопа
При
слабом
взаимодействии
обычно
формируется
широ
-
кая
потенциальная
яма
(
рис
. 9.24, 
б
) 
с
рельефом
, 
модулирован
-
ным
периодическим
потенциалом
поверхности
. 
В
случае
же
сильного
ориентированного
взаимного
притяжения
атома
и
зон
-
да
, 
связанного
с
их
химической
природой
, 
потенциальная
яма

---

231 
для
атома
сужается
и
локализуется
строго
под
зондом
(
рис
. 9.24, 
в
). 
В
процессе
диффузии
по
поверхности
адсорбированный
атом
«
проваливается
» 
в
эту
яму
и
задерживается
в
ней
. 
Классический
пример
, 
иллюстрирующий
возможности
ма
-
нипулирования
атомами
на
поверхности
твердого
тела
, 
приведен
на
рис
. 9.25. 
Изображения
представляет
собой
распределение
плотности
электронных
состояний
, 
соответствующих
атомам
ис
-
следуемых
материалов
и
подложки
. 
Рис
. 9.25. 
Изображения
поверхности
Si (111) (
a
); 
монослоя
динонадекан
-
бензена
(
б
); 
квантового
коралла
из
48 
атомов
Fe
на
подложке
С
u (111), 
радиус
коралла
7,13 
нм
(
в
), 
полученные
в
сканирующем
туннельном
микроскопе
Рассмотренные
подходы
к
манипулированию
атомами
на
поверхности
подложки
составляют
основу
атомной
 
инжене
-
рии
. 
Они
позволяют
создавать
наноразмерные
структуры
с
за
-
данным
атомным
составом
. 
Реальные
возможности
, 
ограниче
-
ния
и
практическая
применимость
для
различных
комбинаций
атом
-
подложка
сегодня
являются
предметом
интенсивных
на
-
учных
исследований
.