There is pleuty of room the bottom R

There is pleuty of room the bottom R. P. Feynman, 1959 Внизу полным-полно места Ричард Фейнман, 1959

НАЧАЛО ЭРЫ СЗМ Развитие нанотехнологии и сканирующей зондовой микроскопии можно условно разбить на три этапа [6]. На первом этапе (1959– 1978) активно развивались идеи субнанометровых перемещений и демонстрировались принципиальные возможности их осуществления. В 1966 г. Р. Янгом был предложен, а в 1971 г. изготовлен и испытан первый сканирующий микроскоп с электронной эмиссией “Топографинер”, с помощью которого были зарегистрированы на поверхности одноатомные ступени. Второй этап (1978 -1990) начался с работ Г. Биннинга и Г. Рорера, создавших сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), при помощи которого удалось получить атомарное пространственное разрешение. В 1985 г. было предложено использовать иглу СТМ в качестве наноманипулятора. В 1986 г. был изобретен сканер в виде пьезокерамической трубки со специальной конфигурацией электродов. В том же году группой Г. Биннинга был реализован первый вариант атомносилового микроскопа (АСМ). В 1987 г. возникла первая коммерческая фирмапроизводитель СТМ “Digital Instruments”. В 1986 г. за разработки принципов

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТМ МИКРОСКОПА

ПРИНЦИПЫ АСМ В контактном режиме кантилевер поддерживается на расстоянии менее нескольких ангстремов от поверхности образца и межатомная сила, действующая между кантилевером и образцом является силой отталкивания. В неконтактном режиме кантилевер поддерживается на расстоянии порядка десятых или сотых долей ангстрема от поверхности образца и межатомная сила, действующая между кантилевером и образцом является силой притяжения (в основном в результате дальних ван-дер-ваальсовых взаимодействий).

ПЬЕЗОСКАНЕР , Пьезотрубки позволяют создавать центросимметричные конструкции приборов и значительно снижают температурный дрейф. Используя трубчатые конструкции, можно создавать сканеры с полями сканирования вплоть до 100 мкм в латеральном направлении при напряжениях на электродах ± 300 В при длине сканера порядка 80 мм. При этом поперечные резонансные частоты таких сканеров не более 1 к. Гц, что допускает возможность получать и атомарные разрешения.

ОСНОВНЫЕ МОДЫ СЗМ В режиме контактной АСМ, известном также как отталкивающий режим, игла АСМ входит в мягкий “физический контакт” с образцом. Игла крепится к концу кантилевера, имеющего низкую пружинную жесткость - ниже фактической пружинной константы силы, удерживающей атомы образца вместе. По мере того, как сканер плавно ведет иглу через образец (или образец под иглой), контактная сила вызывает изгиб кантилевера в соответствии с изменениями в топографии.

ПРИМЕРЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ КАНТИЛЕВЕРОВ

КАНТИЛЕВЕР С ВИСКЕРОМ При исследованиях в СЗМ возникает ограничение, связанное с геометрией иглы и геометрическими особенностями установки кантилеверов. В зависимости от особенностей способа крепления кантилевера в различных приборах угол наклона чипа колеблется от 10 до 20°. При этом могут существовать области, в которых изображение в основном определяется формой иглы и геометрией ее крепления

СТМ-ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ Одной из наиболее вызывающих и интригующих проблем в физике поверхности более 30 лет была структура поверхности Si(111) – 7 ´ 7. Ранее с помощью метода дифракции медленных электронов было установлено, что эта реконструкция характеризуется периодом, превышающим период объемной решетки в 7 раз, и элементарной ячейкой, содержащей 49 атомов, однако детальное расположение этих атомов в ячейке оставалось неопределенным, а многочисленные (свыше двух десятков) модели этой структуры зачастую противоречили другу. На рис. 2. 1, а приведено знаменитое туннельное изображение с атомным разрешением реконструкции 7 ´ 7 поверхности Si(111) в прямом (а не обратном) пространстве, характерными особенностями ромбической элементарной ячейки которой являются угловая ямка и 12 выступов – так называемых адатомов На рис. 2. 1, б приведено СТМ-изображение подобной поверхности, но в более традиционном для настоящего времени представлении. Впоследствии поверхность Si(111) – 7 ´ 7 стала использоваться в качестве своего рода эталона для проверки работоспособности СТМ.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ ТУННЕЛЬНОГО МДП-КОНТАКТА

АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ При использовании в качестве покрытия кантилевера металлической пленки между иглой и образцом подается некоторое напряжение, в то время как кантилевер перемещается над поверхностью, не касаясь ее. Кантилевер отклоняется при прохождении над статическими зарядами

ПОВЕРХНОСТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ Электродинамическая сила, действующая между образцом и кантилевером, будет иметь вид: на первой гармонике возбуждающего сигнала: на второй гармонике возбуждающего сигнала: Azobenzene самоупорядоченная пленка; размер 45 x 45 мкм.

МИКРОСКОПИЯ МАГНИТНЫХ СИЛ Игла покрывается тонким ферромагнитным слоем. Система работает в неконтактном режиме, определяя изменения в резонансной частоте кантилевера, вызванные зависимостью магнитного поля от расстояния между иглой и образцом. Изображение, полученное при помощи магнитной иглы, содержит информацию, как о топографии, так и о магнитных свойствах поверхности. То, какой эффект будет преобладающим, зависит от расстояния между иглой и поверхностью, так как межатомные магнитные силы сохраняются при большем удалении от иглы от образца, чем ван-дер-ваальсовая сила. По мере увеличения расстояния между иглой и образцом, магнитные эффекты становятся очевидными. Одним из способов разделения магнитных и топографических эффектов является получение ряда изображений при различной высоте расположения иглы.

АНАЛИЗ ХИМСОСТАВА Нанотрубка с функциональной химической группой как острие кантилевера сканирующего атомно-силового микроскопа. Карбоксилирование осуществляется окислением нанотрубки, амидирование – реакцией с аминами. Показано также движение острия при определении энергии взаимодействия (адгезии) функциональной группы с поверхностью образца

ПРИНЦИП ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ Карбоксильная группа – гидрофильна, она хорошо связывается с водой и полярными, например, кислородсодержащими органическими соединениями, а амидная группа – гидрофобная, что способствует более сильному межмолекулярному связыванию с электронейтральными молекулами или с неполярными углеводородными хвостами органических соединений. Эти различия обуславливают существенную разницу энергий взаимодействия карбоксилированного и амидированного острия с поверхностями образцов разного химического состава

WHY CANNOT WE WRITE THE ENTIRE 24 VOLUMES OF THE ENCYCLOPEDIA BRITTANICA ON THE HEAD OF A PIN? ПОЧЕМУ БЫ НАМ НЕ ЗАПИСАТЬ ВСЕ 24 ТОМА БРИТАНСКОЙ ЭНЦИКЛОПЕДИИ НА БУЛАВОЧНОЙ ГОЛОВКЕ? RICHARD P. FEYNMAN, 1959 Миниатюризация электронных устройств (уменьшение размеров элементов вплоть до десятков нм), а также увеличение плотности записи в устройствах сохранения и считывания (накопителях) информации требуют поиска новых материалов и новых методов. Вполне естественно, что принципы сканирующей зондовой микроскопии были использованы не только для анализа и характеризации поверхностей, но и для их модификации. В настоящее время СЗМ литография может конкурировать с такими методами субмикронной литографии как электронно- и ионнолучевая, рентгеновская и оптическая (глубокий УФ диапазон) литографии, а по возможности манипулирования на атомарном уровне и превосходит их. Более детальную информацию о современных методах СЗМ литографии и наноструктурирования можно найти в обзоре.

СИЛОВАЯ ЛИТОГРАФИЯ (PLOWING LITHOGRAPHY) Перевод названия этого метода с английского языка точно отражает его суть (plowing / ploughing – вспашка). В нем для модификации поверхности образца напрямую используется силовое воздействие иглы АСМ Структуры, созданные методами а) статической и б) динамической силовой литографии

При “статической” плоуинг-литографии игла АСМ, работающего в контактном режиме, вдавливается в поверхность образца (как правило, резиста, толщиной 5 -20 нм) с силой порядка нескольких мк. Н. Форма и глубина отверстия определяется формой иглы и приложенной силой, а также толщиной и упругими свойствами резиста (более тонкий резист позволяет создавать более миниатюрные структуры, но при этом ограничиваются возможности переноса рисунка на подложку). Во избежание искажения профиля вычерчиваемого рисунка (возникающих из-за деформаций кручения кантилевера) было предложено использовать так называемую динамическую плоуинг-литографию, основанную на тэппинг режиме работы АСМ. В этом случае силовое воздействие на образец оказывается за счет увеличения амплитуды колебаний кантилевера (на 15 -50% по отношению к текущему значению сетпойнта). На рис. 5. 1 представлены структуры, созданные методами статической (а) и динамической (б) плоуинг-литографии. Выбор кантилевера определяется жесткостью поверхности образца: при работе с резистом упругая постоянная кантилевера составляет величину порядка 40 Н/м, для модификации более твердых поверхностей используются специальные жесткие кантилеверы (100 Н/м) с алмазными иглами.

ЛОКАЛЬНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ Первые эксперименты по локальному оксидированию с помощью СЗМ были выполнены в 1990 г. [23]. В дальнейшем этот метод был развит для создания структур на поверхности как металлов, так и полупроводников, и в настоящее время широко используется при изготовлении наноэлектронных устройств, наномеханических систем, электрооптических структур и пр. Можно выделить два основных направления: “сухое“ и жидкостное. "Сухая" методика локального окисления кремния заключается в удалении атомов водорода с гидрогенизированной поверхности кремния СТМ или АСМ иглой, области, не имеющие более пассивирующего слоя, могут быть легко окислены при комнатных условиях за счет высокой химической активности кремния. В основу принципа жидкостного локального анодного окисления (ЛАО) положен тот факт, что при работе на воздухе на поверхности образца и иглы всегда присутствует водяная пленка, которая образует мениск между иглой и поверхностью образца за счет капиллярных сил. Итак, упрощенно механизм ЛАО может быть пояснен следующим образом: отрицательное смещение, прикладываемое к игле (катоду), создает электрическое поле, под воздействием которого происходит диссоциация молекул воды с образованием ионов ОН–. Поле усиливает вертикально направленный поток ионов от иглы к поверхности (аноду), где они реагируют с атомами поверхности, образуя локально окисленный участок: Si + 4 h+ + 2 OH– = Si. O 2 + V + 2 H+, где h+ – дырка, а V - вакансия. Напряженность поля убывает по мере роста оксида и процесс прекращается при достижении Е критического значения (величины порядка 110 В/м). Рост оксида происходит как вглубь образца, так и наружу, скорость роста сильно зависит от напряжения, приложенного к игле. Относительная влажность окружающей атмосферы оказывает сильное влияние на качество и размеры создаваемых структур: водяная пленка, имеющая конечную проводимость, вносит искажения в электрическое поле, что значительно снижает латеральное разрешение (рис. 5. 2).

ЛОКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ Первые эксперименты по локальному оксидированию с помощью СЗМ были выполнены в 1990 г. . В дальнейшем этот метод был развит для создания структур на поверхности как металлов, так и полупроводников, и в настоящее время широко используется при изготовлении наноэлектронных устройств, наномеханических систем, электрооптических структур и пр. Можно выделить два основных направления: “сухое“ и жидкостное.

МАСКА ИЗ SI 3 N 4 SIOX 1. АСМ ЛОКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕSI: H АСМ локальное окисление 2. СЕЛЕКТИВНОЕ ТРАВЛЕНИЕ ПЛАВИКОВОЙ КИСЛОТОЙ 3. ОКИСЛЕНИЕ В ПЛАЗМЕСЛОЙ SIO 2 4. Н 2 - ПЛАЗМА – РЕАКТИВНОЕ ТРАВЛЕНИЕ 5. СЕЛЕКТИВНЫЙ РОСТ SIEPI-SI МЕТОД ЛАО ТАКЖЕ ЯВЛЯЕТСЯ ДОВОЛЬНО ЭФФЕКТИВНЫМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТОНКОЙ (< 5 НМ) ПЛЕНКИ НИТРИДА КРЕМНИЯ В ДИОКСИД КРЕМНИЯ, ЧТО БЫЛО ИСПОЛЬЗОВАНО ПРИ ЭПИТАКСИАЛЬНОМ ВЫРАЩИВАНИИ КРЕМНИЕВЫХ ТОЧЕК МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ

АСМ для наноэлектроники Затворная наноструктура: на поверхности гетероструктуры Ga(Al)As, методом ЛАО созданы две линии оксида (Ga. Ox, As. Ox), и таким образом сформирована квантовая нить, ограниченная двумя планарными затворам. Еще одним устройством, в технологическом цикле которого может использоваться метод ЛАО, является одноэлектронный транзистор ( Использование АСМ с проводящей иглой имеет преимущество по сравнению с СТМ, т. к. процессы "экспозиции" и визуализации получившегося рисунка разделены, что гарантирует невнесение искажений (дополнительного "экспонирования") при считывании. Кроме того, при использовании СТМ контроль расстояния игла-поверхность затрудняется по мере нарастания оксидного слоя из-за неоднозначной связи между туннельным током и расстоянием.

ПЕРЬЕВАЯ НАНОЛИТОГРАФИЯ (DIP-PEN NANOLITHOGRAPHY) Впервые была предложена в лаборатории Чада Миркина, этот метод базируется на использовании зонда АСМ с качестве "перьевой ручки", заправленной чернилами. В качестве чернил используются специальные органические составы (например, октадеканэтиол (ОДТ), растворенный в ацетонитриле), молекулы закрепляются на поверхности за счет явления хемисорбции и образуют стабильную структуру, роль "бумаги" может играть поверхность металла или полупроводника. Для того, чтобы нанести "чернила" на поверхность иглы, необходимо погрузить ее в насыщенный раствор и затем высушить в потоке газа. Нанесение рисунка осуществляется транспортировкой молекул с иглы на подложку за счет капиллярных сил, возникающих между острием иглы и тонким слоем воды на поверхности образца. Размер водяного мениска, определяющийся относительной влажностью воздуха, влияет на скорость транспорта молекул и размеры наносимого рисунка. Кроме того, ширина линий зависит от скорости сканирования (чем выше скорость, тем более узкие линии могут быть нарисованы).

Dip-pen nanolithography

DPN 5000 System

ЛОКАЛЬНАЯ ЗАРЯДКА ПОВЕРХНОСТИ В методе локальной зарядки поверхности, потенциальным применением которого может служить сверхплотная записи информации, АСМ работает в контактном режиме. Запись бита (локальная электризация) осуществляется приложением импульса напряжения.

БЛИЖНЕПОЛЬНАЯ ЛИТОГРАФИЯ Базовым устройством, использующимся в этом методе, является БСОМ-микроскоп, разновидности, устройство и принцип действия которого более подробно рассматривались в п. 1. 3. В этом методе зонд используется в качестве локального источника света для экспонирования резиста, а рисунок формируется за счет сканирования зонда по поверхности образца. На рис. представлено изображение поверхности гидрогенизированного кремния, на которой с помощью апертурного ближнепольного микроскопа (диаметр апертуры 100 нм, расстояние «зонд-образец» порядка 5 -20 нм) создана структура благодаря оптически индуцированному удалению атомов водорода и наращиванию естественного оксида.

ТЕРМИЧЕСКАЯ НАНОЛИТОГРАФИЯ В методе термической литографии, первоначально разработанном для сверхплотной записи информации (phase-change data storage), используется нагретый зонд. На рис. 5. 13 представлено изображение поверхности поликарбонат-индиевой структуры, модифицированной зондом, изготовленным из одномодового оптического волокна (радиус закругления острия порядка 100 нм) и покрытым слоем ванадия толщиной 10 -20 нм. Мощность источника света, разогревающего зонд, составляет величину порядка 300 мкм. Вт.

О СЕМЕЙСТВЕ НАНОЛАБОРАТОРИЙ ИНТЕГРА Аура – низковакуумные измерения Добавление модулей, обеспечивающих низковакуумные условия, позволяет существенно повысить чувствительность двух- и многопроходных СЗМ методик, в которых стоит цель измерить электрические или магнитные свойства образца. Дело в том, что в вакууме повышается добротность колебаний кантилевера, а значит, увеличивается чувствительность, надежность и достоверность в измерениях слабых сил. При этом переход от атмосферного давления к вакууму 10 -2 торр обеспечивает почти десятикратное возрастание добротности. При дальнейшем увеличении вакуума величина добротности быстро выходит на плато. Таким образом, с точки зрения увеличения добротности кантилевера Интегра Аура представляет собой оптимальное соотношение цены и качества. Причем под ценой в данном случае подразумевается не только собственно стоимость установки. По сравнению с высоковакуумными комплексами, существенно меньшим оказывается время, необходимое для достижения необходимого уровня вакуума (в Интегра Аура вакуум, обеспечивающий 10 x увеличение добротности, достигается всего за 1 минуту), легче становится обслуживание и т. д. ИНТЕГРА Максимус – автоматический сбор больших массивов данных Для многих индустриальных приложений принципиально важно иметь возможность исследовать большие образцы, накапливая большие массивы данных в автоматическом режиме по заранее заданным алгоритмам. Это может быть контроль качества поверхностей оптических элементов (например, исследование шероховатости поверхности линз), или определение определенных электрических параметров в заданных областях 100 мм кремниевой пластины, или тестирование большого массива микрообразцов полимерного материала для выбора оптимального сочетания механических свойств при оптимизации условий химического синтеза. Таким образом, отличительные черты данного направления развития – это а) работа с большими образцами и б) сбор больших массивов данных в автоматическом режиме.

НАНОЛАБОРАТОРИЯ ИНТЕГРА ТЕРМА БЫЛА РАЗРАБОТАНА КАК СЗМ СО СНИЖЕННЫМ УРОВНЕМ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДРЕЙФОВ. ЗА СЧЕТ СИММЕТРИИ КОНСТРУКЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО МОДУЛЯ, ТЩАТЕЛЬНОГО ПОДБОРА МАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ ИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ, А ТАКЖЕ БЛАГОДАРЯ ДВОЙНОМУ КОНТУРУ ВНУТРЕННЕЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ, ВЕЛИЧИНА ДРЕЙФА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КТЕМПЕРАТУРЫ ОБРАЗЦА В ИНТЕГРА ТЕРМА СОСТАВЛЯЕТ 10 -15 НМ НА ГРАДУС

3 -Х МЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ

Особое значение приобретает исследование оптических спектральных характеристик, позволяющих проводить изучение образцов на молекулярном уровне. Именно такого рода исследования позволяет проводить Зондовая Нано. Лаборатория (ЗНЛ) ИНТЕГРА Спектра , включающая в свой состав Сканирующий Конфокальный Рамановский Спектрометр (СКРС), измерительные головки Сканирующего Ближнепольного Оптического Микроскопа (СБОМ) и Атомно-Силового Микроскопа (АСМ). Базируется ЗНЛ ИНТЕГРА Спектра на инвертированном оптическом микроскопе, в качестве которого используется микроскоп Olympus IX 71. ЗНЛ ИНТЕГРА.

КОМБИНАЦИЯ МЕТОДОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ, СПЕКТРОСКОПИИ И МЕХАНИЧЕСКОГО ТЕСТИРОВАНИЯ Скрабирование Ga. As и построение карт напряжений кристаллической решетки. Размер изображений: a). 80 x 100 um; b). 25 x 25 um; c). 6 x 6 um.

Одновременное оптическое изображение с АСМ Cantilever 1 мкм высота символов 100 x объектив. Черная точка- это острие зонда АСМ зонд над поверхностью кристалла. Вид через объектив 0. 7 NA 100 x. Благодаря высокой апертуре объектива, балка зонда и игла зонда остается прозрачной.

ИНТЕГРА СПЕКТРА – СПЕКТРОСКОПИЯ КР СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ ЗА ПРЕДЕЛОМ ДИФРАКЦИИ Усиленный сигнал

РАМАНОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ГРАФЕНОВЫХ СЛОЕВ Спектра позволяет реализовать последовательный ряд оптических методик исследований с обеспечением разрешения от долей микрометра до единиц нанометра: традиционную оптическую микроскопию, конфокальную лазерную микроскопию, ближнепольную оптическую микроскопию, безапертурную оптическую микроскопию. При этом СЗМ не только реализует практически полный набор методов силовой зондовой микроскопии с разрешением вплоть до атомарного, но и позволяет реализовать методику Зондово–Усиленной Рамановской Спектроскопии

КОНФОКАЛЬНАЯ РАМАНОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ GE ТОЧЕК В SI

ORSAY PHYSICS FIB DURING THE TESTING

THE DESIGN OF NTF “NANOFAB” SEM column Lock-chamber FIB columns Beams and Probes Chamber (B&PC) External chambers (MBE, CVD) links and wafer transport system

МАЛЫЙ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НАНОФАБ 25, ОБЪЕДИНЯЮЩИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДУЛИ

Разработчикам МЭМС и НЭМС, современной микроэлектроники, приборов наноэлектроники, а также новых технологических процессов в этих направлениях, интересны нанотехнологические комплексы – НАНОФАБЫ, которые могут быть реализованы в кластерных, многомодульных вариантах, легко перестраиваемых под нужды различных технологических процессов. На таких станциях возможно как моделирование требуемых элементов, так и аналитические исследования как результатов технологических операций, так и свойства самих элементов (Нанофаб-100 в ЮФУ)

МОЛЕКУЛЯРНОЕ И АТОМАРНОЕ МАНИПУЛИРОВАНИЕ В 1990 г. ученыe из исследовательского центра IBM в Сан-Хосе (Калифорния), Дональд М. Эйглер и Эрхард К. Швейцер сообщили миру о реализованной ими возможности манипулировать отдельными атомами, размещая их в заданном порядке. Иллюстрацией послужила надпись "IBM", сложенная из 35 атомов Xe на поверхности Ni(110). Эксперимент, продолжавшийся 22 часа, был выполнен в сверхвысоком вакууме при температуре 4 К с помощью СТМ (спроектированного первоначально для определения собственного колебательного спектра молекул). Тогда же впервые поатомарно был собран ксеноновый кластер, состоящий из 7 атомов. Для перемещения атома расстояние между иглой и атомом было уменьшено путем увеличения значения сетпойнта (туннельный ток 10 -60 н. А), результатом чего явилось усиление взаимодействия игла-поверхность. Затем при включенной обратной связи игла с адсорбированным атомом Xe была перемещена на заданное место. Чтобы освободить атом, туннельный ток был уменьшен до значения, соответствующего режиму получения изображения (<1 н. А).

Позже, в 1993 г. , Х. П. Лутц и Д. М. Эйглер собрали из 48 атомов железа “квантовый загон” (“quantum corral”), визуализировав волновую природу электрона. Атомы Fe были распределены на поверхности Cu(111) в форме окружности с радиусом 7 нм. Из-за сильного отражения электронов поверхностного слоя (surface state electrons) от адатомов железа, электроны, заключенные внутри “загона”, образуют распределение электронной плотности, согласующееся с таковым для электрона в круглой двумерной потенциальной яме. В 2000 г. Г. С. Манахаран, Х. П. Лутц и Д. М. Эйглер, используя тот же низкотемпературный СТМ, расположили атом Co в одном из фокусов кобальтового “квантового загона”, собранного в форме эллипса на поверхности Cu(111). В результате в другом фокусе эллипса были детектированы те же электронные состояния (резонанс Кондо), что и у реального атома, его ”квантовый мираж” (рис. 5. 15). Были протестированы структуры длиной до 20 нм, причем интенсивность детектируемого сигнала определялась только квантовым состоянием “загона”, и не зависела от расстояния между фокусами. Авторы считают, что устройства, подобные этому, открывают принципиально новые возможности для передачи информации на атомарном (квантово-механическом) уровне.

Использование металлов в качестве подложки для атомарного манипулирования обусловлено малой атомарной шероховатостью поверхности, что облегчает перемещение адсорбированного атома. Однако по той же причине атомы легче диффундируют по металлическим поверхностям, поэтому СТМ манипуляции обычно проводятся при низких температурах, минимизирующих термическую диффузию. Это значительно уменьшает возможность использования этих подложек для длительного хранения информации. Атомарная модификация поверхности полупроводников, в отличие от металлов, не требует использования низкотемпературного СТМ. Уже в 1987 г. , оперируя при комнатной температуре, удалось удалить один атом Ge с поверхности Ge(111) путем увеличения напряжения иглаповерхность до − 4 В [32]. После этого множество эспериментов было проведено на поверхности Si(111) – излюбленном материале СТМ-экспериментаторов. Преимущественным механизмом перемещения атомов Si между поверхностью и иглой и обратно приложении импульсов напряжения было названо т. н. полевое испарение (field induced evaporation), вызванное высокой напряженностью электрического поля у острия иглы [33]. Это согласуется с наличием пороговой напряженности поля (~1 В/Å) и зависимостью направления перемещения атома от полярности приложенного напряжения. Высокий градиент поля у острия иглы был использован для перемещения (полевой диффузии) адсорбированных атомов Cs по поверхности Ga. As [34]. Движущей силой в этом случае являлось взаимодействие дипольного момента атома с полем иглы. При этом при подаче на иглу отрицательного смещения под острием происходило накопление адсорбированных атомов.

Память атомарного масштаба Сочетание атомарной самоорганизации с атомарным СТМ манипулированием позволило добиться впечатляющих результатов в области создания сверхплотных носителей информации. Исходная структура была получена нанесением 0, 4 монослоя золота на Si(111) поверхность при 700°C с последующим отжигом при 850°C таким образом, что была образована поверхностная фаза Si(111)5 2 -Au. Чтобы получить единственную из трех возможных ориентаций доменов, использовался ступенчатый Si(111), разориентированный на 1° по отношению к направлению [112]. Поверхность при этом организуется в дорожки, ориентированные параллельно ступеням в направлении [110], каждая из дорожек состоит из 5 рядов атомов

Предел миниатюризации Атомное перо Писать с помощью атомного пера Опубликовано nikst — 21 Октябрь, 2008 - 14: 34 Атомное перо: на что способны современные нанотехнологии До недавнего времени самым знаменитым из проектов в микромире была Тора, целиком написанная на рисовом зернышке, однако теперь команда ученых из университета японского города Осака сумела сделать нечто совсем невероятное: написать буквы «Si» с помощью атомного пера, заменяющего атомы кремния на атомы олова. Иными словами, теперь возможной стала манипуляция микромиром непосредственно на уровне атомов — один за другим. «Нанозаписка» Размеры картинки, получившейся в результате, составляют всего 2 х 2 нанометра, что в 40 000 раз уступает сечению человеческого волоса. И если касаться не просто знаменитых, а действительно рекордных по своей малости проектов, то до настоящего момента самая маленькая в мире картинка имела размеры 0, 07 х 0, 10 миллиметров — безумно гигантский показатель по сравнению с новым достижением. По совести говоря, сегодня японские ученые достигли предела миниатюризации, поскольку само слово «атом» означает «неделимый» . Олег Федоров http: //www. mobiledevice. ru/…i-olovo. aspx

Вакансии образуют регулярную решетку с ячейкой 4 5 = 20 атомов. Бит информации – это наличие (1) или отсутствие (0) атома кремния на вакансии. В равновесных условиях степень заполнения вакансий близка к 50%. Заполнение вакансий можно довести до 90% при дополнительном распылении кремния. Исходным является состояние памяти, когда все вакансии заняты. Запись заключается в удалении атомов с определенных вакансий. Это можно сделать двумя способами: либо подводить острие STM вплотную к атому, и тогда он перескакивает на острие в результате химической десорбции, либо подавать на острие напряжение -4 В длительностью 30 мкс. Надежность удаления атома по первому методу составляет 98%, надежность второго метода гораздо ниже. Энергия активации вакансий составляет 1, 2 э. В, это обеспечивает хранение информации при комнатной температуре в течение 2 -3 лет. Атомная память обладает плотностью записи свыше 105 Гбит/дюйм 2, что значительно превышает возможности магнитной памяти – 102 Гбит/дюйм 2. Однако атомная память обладает огромным проигрышем в скорости считывания: 102 бит/с по сравнению с 109 бит/с у магнитной памяти. С помощью СЗМ также можно реализовать манипулирование фуллеренами и нанотрубками, адсорбированными на поверхности металла или полупроводника. Наиболее распространенной методикой является использование контактного режима АСМ, при этом «захват» осуществляется за счет увеличения взаимодействия между иглой и макромолекулой, а перемещение за счет увлечения или толкания иглой.

БЛАГОДАРЯ СИЛЬНОМУ ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ С ПОВЕРХНОСТЬЮ, ТРУБКИ ОСТАЮТСЯ В ИЗОГНУТОМ СОСТОЯНИИ И ПОСЛЕ ПРЕКРАЩЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ (РИС. 5. 17). ОДНОЙ ИЗ ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕЦИЗИОННОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ НАНОТРУБОК ЯВЛЯЕТСЯ СОЗДАНИЕ КОНТАКТОВ В ОЭТ (РИС. 5. 18) ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОСТЕННЫХ ТРУБОК В ТОМ СЛУЧАЕ, КОГДА КАЧЕСТВЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО ОСТРОВКА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ВНУТРЕННЯЯ ТРУБКА, А РОЛЬ ЗАТВОРА ИГРАЕТ ВНЕШНЯЯ НАНОТРУБКА (РИС. 5. 19).

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ ТУННЕЛЬНОГО МДП-КОНТАКТА Спивак Ю. М.

Методики проводящих АСМ для контроля фазообразования и легирования нанокристаллических материалов Исследование свойств зерна по глубине ИЗМЕНЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВАХ ОТНОСИТЕЛЬНО U=0 В В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЦИКЛА ТРАВЛЕНИЯ 1 2 3 p n 4 63

ДИАГНОСТИКА ОБРАЗОВАНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ОКСИДНЫХ ФАЗ В НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ КОМПОЗИТАХ Фотоприемники на основе Pbx. Cd 1 -x. Se<I> • фазовый состав оксидного покрытия (Pb. Se. O 3, Pb. Se. O 4, Pb. O, Pb 3 O 4, Pb. O· Pb. Se. O 4; 2 Pb. O· Pb. Se. O 4; 4 Pb. O· Pb. Se. O 4; Pb. O· Pb. Se. O 3; 2 Pb. O· Pb. Se. O 3; 4 Pb. O· Pb. Se. O 3) • структура слоя - сетчатая перколяционная; • равновесие механических напряжений на стыке зерен: - границы трех зерен должны находится под углом 120°; -при этом достигается: повышение прочности, долговечности, надежности; - для эффективной абсорбции инфракрасного излучения оптимальный средний размер зерна должен быть порядка 1/α, где α - коэффициент оптического поглощения. При α ≈2∙ 104 см-1, что соответствует диаметру зерна ~ 0, 5 мкм.

Фоточувствительные поликристаллические перколяционные слои на основе Pb. Cd. Se 65

Методика сечения зерна (самоорганизация пор) Фоточувствительный поликристаллический слой Pbx. Cd 1 -x. Se<I>, х=0, 18 Топография в контактном режиме Латерально- силовая микроскопия Особенности рельефа поверхности: диаметр ~ 100. . 200 нм, высота ~ 5. . 10 нм 66

Диагностика образований нанообластей с мемристорными свойствами н. А 0. 2 мкм 0. 15 0. 1 0. 05 0 -0. 05 0 10 20 -0. 15 -0. 25 7

ДИФФУЗИОННО-ЛИМИТИРОВАННАЯ И КЛАСТЕР-КЛАСТЕРНАЯ СБОРКИ Грачева И. Е.

АДСОРБЦИОННЫЕ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СЛОИ С ФРАКТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ Измерения газочувствительности были проведены с использованием легко доступных паров ацетона и этанола, величина чувствительности рассчитывалась как

АНАЛИЗ ФРАКТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 20%Si. O 2 -80% Sn. O 2 Пономарева А. А. Метод кубов Метод триангуляции

СПЕКТР МОЩНОСТИ Спектр мощности пропорционален квадрату Фурье-образа сигнала (метод Кули-Тьюки ) Его вводят как Фурье-образ корреляционной функции. В нашем случае сигнал отождествляется с профилем шероховатости. Спектр часто вводят как Фурье-образ корреляционной функции. В нашем случае сигнал отождествляется с профилем шероховатости поверхности. Это свойство Существует в ограниченном диапазоне масштабов (или пространственных частот). k-Correlation (ABC) Model 1/B = 1/2 pl c A Slope C/2 D = E-a G. Palasantzas, Phys. Rev. , B 48 (1993) 14472

ЛИТЕРАТУРА • Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии//М. : Техносфера. 2004 г. • Г. Бинниг, Г. Рорер. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения к юности – Нобелевские лекции по физике. 1996 г. • Неволин В. К. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии //М. : Техносфера. 2000 г. • Ч. Пул-мл, Ф. Оуенс. Нанотехнологии//М. : Техносфера. 2006 г • Плескова С. Н. Атомно-силовая микроскопия в биологических и медицинских исследованиях. Учебное пособие 2011. 184 с. • Лужков, А. А. . Математическая обработка изображений в сканирующей зондовой микроскопии : учебно-метод. пособие ; Рос. гос. пед. ун-т им. А. И. Герцена. - СПб. : Изд-во РГПУ, 2012. - 51 с. •