Развитие методов сканирующей зондовой микроскопии для исследования электрофизических свойств материалов наноэлектроники и структур на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)»

На правах рукописи УДК 537 312

ЧУПРИК АНАСТАСИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ И СТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ

01 04 07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

□□3446335

2 1 СЕН 2008

Долгопрудный - 2008

003446335

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)»

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор Шешин Евгений Павлович

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Алехин Анатолий Павлович, зам директора по науке ФГУП «Государственный Научно-Исследовательский Институт Физических Проблем им Ф В Лукина»

доктор физико-математических наук, профессор Быков Виктор Александрович, генеральный директор ЗАО «Инструменты нанотехнологии»

Ведущая организация Московский государственный институт

радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)

Защита диссертации состоится « 8 » октября 2008 года в 16 00 на заседании Диссертационного совета Д 212 156 06 при Московском физико-техническом институте по адресу 117393, г Москва, ул Профсоюзная, д 84/32, корпус В-2

Отзывы направлять по адресу 141700, Московская область, г Долгопрудный, Институтский пер , д 9, МФТИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ

Автореферат разослан « £ » сентября 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета к т н , доцент

Н П Чубинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Развитие электроники и физики поверхности невозможно без развития методов диагностики, которые способствуют решению фундаментальных и прикладных задач микро- и наноэлектроники, связанных с характеризацией морфологических и электрофизических свойств микро- и наноструктур

Наиболее распространенными методами решения таких задач являются растровая электронная микроскопия (РЭМ), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), микроскопия на основе фокусированных ионных пучков, вторичная ионная масс-спектрометрия, оже-спектроскопия и другие Для исследования электрофизических свойств поверхности (в частности, I-V и C-V характеристик, стационарное и динамическое распределение поверхностного потенциала) используются контактные зондовые методы (метод проводимости, квазистатический С-1/-метод, метод высокочастотных C-V характеристик) и бесконтактные методы (метод полного тока, калориметрический метод определения работы выхода, метод Ричардсона, Зисмана-Томсона, метод Андерсона) Однако они наиболее приспособлены для исследования (контроля) свойств объемных материалов либо протяженных участков поверхности С точки зрения исследования электрофизических свойств структур с высоким латеральным разрешением (менее 10 нм) наиболее перспективной является сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) атомно-силовая микроскопия (АСМ) и сканирующая туннельная микроскопия (СТМ)

Тем не менее, стандартные методы сканирующей зондовой микроскопии не позволяют количественно характеризовать электрофизические свойства объектов наноэлектроники Это обусловлено низкой повторяемостью и воспроизводимостью результатов измерений Для обеспечения стабильности и воспроизводимости измерений в первую очередь требуется создание специальных зондов (или специальная подготовка серийных), разработка способов калибровки измерительных средств и разработка методик выполнения измерений, создание тестовых структур для контроля качества зондов и калибровки

Примером применения СЗМ для решения задач микро- и наноэлектроники, требующих изучения электрофизических свойств поверхности, является определение I-V и C-Vхарактеристик субмикронных МДП структур на основе оксидов металлов с высокой диэлектрической проницаемостью Интерес создания подобных структур обусловлен тем, что для создания современных полевых транзисторов с технологической нормой ниже 65 нм требуется уменьшение толщины подзатворного оксида до размеров менее 1 нм В качестве альтернативы S1O2 в последние годы производители интегральных схем начали использовать диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью,

обеспечивающие требуемую «эквивалентную» толщину при достаточно большой физической толщине диэлектрика

При изучении электрофизических свойств поверхности неизбежно электрическое воздействие на нее, которое очень часто приводит к модификации рельефа поверхности и ее свойств По этой причине исследование физико-химических процессов зондовой модификации поверхности позволяет выбрать оптимальные режимы измерений, обеспечив неразрушающий контроль Кроме этого, локальная зондовая модификация поверхности может иметь самостоятельный интерес для создания тестовых наноструктур Например, ультратонкие алмазоподобные пленки а-С Н, осаженные на подложке из кремния, который является базовым материалом электроники, являются удобным «модельным» материалом для изучения механизмов наноструктурной модификации углеродных материалов с помощью СТМ Другим применением СЗМ для изменения структуры и электрофизических свойств поверхности является локальная модификация эпитаксиальных высокотемпературных сверхпроводящих пленок УВагСиз07-х, которые применяются для создания джозефсонов-ских переходов Локальная СЗМ модификация позволяет повысить резкость границ переходов, которую не обеспечивает использующаяся в настоящее время оптическая литография

Целью работы являлось исследование возможностей сканирующей зондовой микроскопии для изучения электрофизических параметров микро- и наноструктур с высокой степенью локальности и разработка новых методов измерений

Для достижения цели автором были поставлены следующие основные научно-технические задачи

• Разработка методики подготовки АСМ зондов для выполнения электрических АСМ измерений и электрохимической литографии

• Характеризация формы и электрических свойств АСМ зондов с помощью методов атомно-силовой микроскопии

Разработка методики выбора оптимальной силы взаимодействия «зонд-образец» для контроля процесса износа

• Разработка и реализация комплексного АСМ метода измерений туннельных I-V и квазистатических С-V характеристик многослойных наноструктур

• Разработка и изготовление тестовых многослойных наноструктур, включающих сверхтонкие диэлектрические слои, для калибровки и определения чувствительности методики измерений I-V и квазистатических С- V характеристик

Изучение характера влияния атмосферного кислорода и конденсированной влаги в зазоре между СЗМ зондом и поверхностью на механизмы локальной СЗМ наномодификации поверхности материалов наноэлектроники

Минимизация возможного электрического воздействия в ходе электрохимической литографии для предотвращения модификации электрофизических свойств поверхности высокотемпературных сверхпроводников

Научная новизна работы состоит в следующем

Разработан и апробирован комплексный способ подготовки и харак-теризации АСМ зондов для выполнения электрических измерений и электрохимической литографии Данный способ включает в себя подготовку зондов путем нанесения на них проводящего коллоидного состава, калибровку работы выхода зонда для количественных электрических измерений и контроль формы (степени изношенности) зонда

Разработанная модель силового взаимодействия зонда с образцом позволила разработать способ контроля формы зонда in situ с помощью методов атомно-силовой микроскопии

Разработан метод количественной калибровки латеральных сил, который позволяет осуществлять выбор оптимальной силы взаимодействия зонда с поверхностью образца для контроля процесса износа зонда и повышения срока службы зонда

Разработан комплексный метод измерений туннельных I-V и квазистатических С-V характеристик многослойных наноструктур, позволяющий в ходе одного измерения одновременно получать I-V и C-Vхарактеристики

Установлено влияние атмосферного кислорода и конденсированной влаги в зазоре между СТМ иглой и поверхностью на результаты СТМ модификации ультратонких алмазоподобных а-С Н пленок

Экспериментально установлены параметры электромеханической АСМ нанолитографии, позволяющие минимизировать электрическое воздействие на образец для предотвращения модификации электрофизических свойств поверхности высокотемпературных сверхпроводников

На защиту выносятся следующие научные положения

Разработанный комплексный способ подготовки и характеризации зондов для электрических методов обеспечивает создание зондов с сопротивлением контакта «зонд-образец» не более 10 кОм (при типичных нагрузках 10-100 нН), калибровку работы выхода зонда для количественных электрических измерений и контроль формы зонда in situ в атомно-силовом микроскопе с учетом разработанной модели силового взаимодействия зонда с поверхностью образца

Разработанный метод количественной калибровки латеральных сил позволяет количественно оценивать силу трения между АСМ зондом и поверхностью и, тем самым, осуществлять выбор оптимальной силы взаимодействия зонда с образцом для контроля процесса износа и повышения срока службы зонда

Разработанный комплексный метод измерений I-V и квазистатических С-V характеристик позволяет в ходе одного измерения одновременно получать I-V и C-V характеристики, обеспечивая, тем самым, получение корректной информации об электрофизических свойствах материалов для наноэлек-троники и структур на их основе Порог чувствительности метода по току составляет 30 пА, по емкости — 0 5 пФ

• Экспериментально установлено, что процесс модификации ультратонких алмазоподобных а-С Н пленок носит пороговый характер Значение порогового напряжения увеличивается при уменьшении влажности и уменьшается при уменьшении давления В частности, при длительности электрического воздействия Юме в условиях комнатной среды (температура 23°С, влажность 40 %, давление 105 Па) пороговое напряжение составляет 3 75 В, в аргоновой атмосфере (влажность 1-3%, давление 105Па) —4 2 В, в низком вакууме (давление остаточных газов около 2 5 10"2 Topp)) — 3 2В

Практическая значимость заключается в возможности использования полученных результатов при разработке приборов микро- и наноэлектроники, а также для развития электрических СЗМ методов Разработанный и апробированный комплексный способ подготовки и характеризации АСМ зондов для выполнения электрических измерений и электростимулированной литографии позволяет добиться стабильного электрического контакта в АСМ экспериментах и при этом увеличить срок эксплуатации проводящих зондов Данный способ также позволяет осуществлять контроль качества формы (степени изношенности) зондов т situ в АСМ эксперименте, без использования дополнительного дорогостоящего оборудования и специальных тестовых структур Разработанный метод количественной калибровки латеральных сил позволяет количественно оценивать силу трения между АСМ зондом и поверхностью и, тем самым, позволяет контролировать степень износа зонда и образца В результате срок эксплуатации зондов существенно увеличивается и предотвращается повреждение наноструктурированной поверхности Данные методы дают существенный стимул для широкого применения электрических СЗМ методов

Разработанный комплексный метод измерений туннельных I-V и квазистатических C-V характеристик многослойных наноструктур, позволяющий в ходе одного измерения одновременно получать I-V и C-1/характеристики, предназначен для оценки качества и характеризации электрофизических свойств материалов для микро- и наноэлектроники и многослойных наноструктур на их основе Такие исследования востребованы при разработке современных полевых транзисторов, устройств для считывания и записи информации на основе магниторезистивных датчиков

Апробация работы В основе диссертации лежат результаты, опубликованные в 4-х печатных источниках и 12-ти докладах (тезисах докладов) на научных конференциях Основные результаты работы обсуждались на следующих конференциях

• Международная научная молодежная школа «Микросистемная техника» Крым, 2004 г

• 7-я Международная конференция «Опто-, наноэлектроника, нанотех-нологии и микросистемы» Владимир, 2005г

• 46-я - 50-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» Долгопрудный, 2003 - 2007 г

• 9-я, 10-я Международная конференция «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов» Крым, 2005 г, 2007 г

2-я Всероссийская молодежная научная школа «Микро-, нанотехноло-гии и их применение» Черноголовка, 2005 г

• 2-я Всероссийская конференция по наноматериалам «Нано-2007» Новосибирск, 2007 г

7-й Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника» Нижний Новгород, 2008 г

Структура и объем диссертации Работа состоит из пяти глав, введения, заключения и списка литературы, изложена на 178 листах машинописного текста, содержит 145 рисунков и 8 таблиц, список литературы включает 192 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы актуальность выбранной темы, описаны основные цели, задачи и научная новизна диссертационной работы

Первая глава включает в себя обзор возможностей современных зондо-вых методов диагностики и локальной модификации рельефа и электрофизических свойств объектов микро- и наноэлектроники

Из локальных методов анализа наиболее предпочтительными являются атомно-силовая микроскопия (АСМ) и сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), позволяющие проводить исследования на микронном, субмикронном и наноуровнях Чувствительность и локальность метода СТМ на порядок превышают аналогичные параметры методов АСМ, но при этом обладает существенным недостатком - все исследуемые образцы должны быть проводящими, что неприемлемо при исследовании материалов и структур, содержащих диэлектрические слои

Анализ литературы показал, что возможности сканирующей зондовой микросколии (СЗМ) по изучению электрофизических свойств объектов непрерывно растут Это связано как с совершенствованием самого инструмента исследования, так и с появлением новых методов Несмотря на несомненные достоинства изобретаемых методов, ранние методы по-прежнему актуальны

Это обусловлено тем, что они позволяют характеризовать важнейшие электрофизические свойства объектов распределение проводимости, поверхностного электрического потенциала, вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики, определяемые с высокой степенью локальности Для развития этих направлений СЗМ требуется дальнейшее развитие методов исследования, разработка способов калибровки измерительных средств и методов корректной интерпретации результатов, а также адаптация самих приборов, в частности, датчиков взаимодействия

Поскольку при изучении электрофизических свойств поверхности неизбежно электрическое воздействие на образец, которое может приводить к модификации рельефа и свойств поверхности, в данной главе также представлен обзор современных способов СЗМ модификации поверхности Кроме задачи проведения неразрушающих измерений СЗМ отличает возможность формирования зондом тонких рисунков на поверхности с шириной линий 10 нм Поэтому СЗМ модификация активно применяется для создания прототипов устройств микро- и наноэлектроники Однако в зависимости от материала исследуемого образца, условий эксперимента и параметров СЗМ воздействия наблюдается широкий спектр различных физических явлений Без понимания сути происходящих в ходе модификации процессов невозможна разработка воспроизводимых технологий СЗМ литографии нано-метрового диапазона и проведение неразрушающих электрических измерений Таким образом, изучение физико-химических основ прецизионного нано-структурирования, основанного на взаимодействии зонда с подложкой, является одним из актуальнейших и приоритетных направлений современных на-нотехнологий и нанофизики

Вторая глава посвящена описанию разработанного комплексного способа подготовки и характеризации АСМ зондов для выполнения электрических измерений и электростимулированной литографии Данный способ включает в себя подготовку зондов путем нанесения на них проводящего коллоидного состава, калибровку работы выхода зонда для количественных электрических измерений и контроль качества формы (степени изношенности) зонда

Для проведения контактных электрических АСМ измерений, прежде всего, необходимо обеспечить стабильное сопротивление контакта «зонд-образец» Однако не всегда удается этого достичь Как правило, измерения производятся на воздухе, вследствие чего на поверхности образца всегда присутствует слой адсорбированной влаги, который может вносить вклад, как в величину сопротивления контакта, так и в его стабильность В значительной степени сопротивление контакта связано с площадью контакта Идеальным является случай, когда площадь контакта между острием зонда и образцом является неизменной Однако во время сканирования из-за наличия адсорбционного слоя, из-за механической деформации материала покрытия на острие, а также из-за возможного износа проводящего покрытия зонда в связи с

использованием значительного усилия прижатия зонда к образцу площадь контакта может меняться Это приводит к появлению паразитного вклада в значение величины тока, протекающего между иглой и образцом, и, по существу, приводит к искажению измеряемых электрофизических характеристик образца При контактных электрических АСМ измерениях довольно большие силы давления зонда на образец (~ 100-1000 нН) используются неслучайно Тем самым, во-первых, обеспечивается проникновение зонда сквозь пленку адсорбата на поверхности образца и зонда, а, во-вторых, происходит некоторая деградация зонда, то есть увеличение его эффективного радиуса закругления Следствием этого является увеличение размеров контактной площадки, а значит, меньшее сопротивление контакта и более стабильный электрический контакт Однако это приводит к быстрому износу зондов Проводящее покрытие разрушается При этом зонд либо становится непроводящим, либо приобретает нелинейную /-V характеристику Если в первом случае контактные электрические методы просто перестают работать, то во втором случае становится затруднительной количественная интерпретация результатов электрических измерений

Часто для исследования электрофизических свойств материалов для микро- и наноэлектроники достаточно субмикронного латерального разрешения Поэтому актуальной является задача разработки способа создания и восстановления зондов субмикронных размеров для электрических измерений в атомно-силовом микроскопе, которые обеспечивали бы стабильный электрический контакт зонда с исследуемой поверхностью, тем самым, гарантируя высокую стабильность и воспроизводимость электрических измерений

Существует ряд способов подготовки зондов для электрических АСМ методов Часть из них была опробована с целью выявления наиболее эффективного и наименее ресурсозатратного Однако у всех рассмотренных способов подготовки зондов был выявлен ряд существенных недостатков, поэтому был разработан собственный способ подготовки зондов для контактных электрических АСМ методов

Способ создания и восстановления зондов для электрических измерений в атомно-силовом микроскопе заключается в нанесении на изношенный зонд проводящего состава путем погружения зонда в каплю соответствующей жидкости (рис 1) Степень погружения зонда контролируется с помощью цепи обратной связи микроскопа и одновременного измерения вольт-амперных характеристик системы «зонд-капля проводящего состава-образец»

Использование в качестве проводящего состава жидкости с высокими адгезионными свойствами обеспечивает дополнительную стабильность электрическому контакту «зонд-поверхность образца» Разработанный способ позволяет получать зонды для электрических методов с сопротивлением 10 кОм и менее

источник напряжения

Рис. 1. Схема создания и восстановления зондов для электрических измерений

кантилевер

капля проводящего состава

Важной задачей электрических АСМ методов является диагностика проводящих зондов до и после проведения электрических АСМ измерений. Под диагностикой зонда понимается получение информации о форме зонда (эффективном радиусе закругления) и его электрических свойствах - сопротивлении и работе выхода. Лишь полное совпадение этих свойств зонда до и после проведения электрических АСМ измерений гарантирует корректность полученных результатов измерений.

Для калибровки работы выхода электронов используемых зондов предложена методика калибровки зонда с помощью композита Cu-Cr. Данный композит не образует сплава, а состоит из отдельных элементов Си и Сг, работы выхода которых хорошо известны. Поле сканирования АСМ позволяет исследовать граничную область Си и Сг, которую нетрудно обнаружить с помощью оптического микроскопа. Таким образом, поверхностный потенциал двух различных материалов может быть измерен при одинаковых условиях. Причём разность работ выхода Сг и Си должна быть равна разности поверхностных потенциалов, измеряемых АСМ в соответствующих областях. Соответственно, путём сравнения измеренной разности работ выхода материалов с табличным значением этой разности можно удостовериться в корректной работе АСМ в методе зонда Кельвина и определить работу выхода кантилевера по формуле:

фкант = (фСг + фСи - фСг - фСи)/2, (1)

где фсг и феи - табличные значения работ выхода электронов, а фсг и феи -поверхностные потенциалы, измеренные АСМ. Таким образом была определена работа выхода зонда типа NSG03 (производство фирмы NT-MDT), равной 5.88 ± 0.05 эВ.

Для характеризации формы зонда (в частности, определения радиуса закругления зонда) наиболее надежным является исследование формы зонда в РЭМ с высоким разрешением Недостаток этого способа заключается в использовании дополнительного оборудования Поэтому широко применимыми являются калибровки зондов с помощью АСМ по специальным тестовым структурам и ДНК, высаженным на твердой подложке, например, на слюде

В данной работе представлен метод

определения динамики эффективного радиуса кривизны зонда /л situ в ходе АСМ эксперимента Этот метод основан на функциональной зависимости капиллярных и адгезионных сил от радиуса зонда, полученной с помощью разработанной модели силового взаимодействия системы «зонд-образец» Модель позволила рассчитать форму мениска, возникающего в контакте между зондом и поверхностью образца, а также определить условия эксперимента, при которых достигается его формирование Были рассчитаны кривые подвода-отвода, широко применяющиеся в АСМ для анализа силового взаимодействия зонда с поверхностью образца Было обнаружено, что значение минимума на кривой отвода зависит от радиуса кривизны зонда (см рис 2)

В наиболее интересном для АСМ диапазоне радиусов кривизны от 5 нм до 250 нм зависимость минимума силы Fmin на кривой отвода от радиуса R практически линейна

R = AFmm-B (2)

Например, для контакта кремниевого зонда с кремниевым образцом А = 0 9 нм/нН, В = 1 3 нм Корректность разработанного способа характеризации формы зонда была экспериментально проверена для следующих пар материалов зонда и образца Si-Si, Si-ВОПГ (высокоориентированный пиролити-чесикй графит), Pt-Si, Pt-ВОПГ

Таким образом, представленный способ позволяет контролировать динамику эффективного радиуса кривизны зонда m situ в ходе АСМ эксперимента, и процесс износа зонда становится контролируемым Тем самым, становится возможной оценка корректности результатов проводимых

Рис 2 Кривые отвода для кантилевера жесткостью 30 н/м и зондами разного радиуса

электрических измерении и прогнозирование пригодности используемого зонда для дальнейших исследований Дополнительными преимуществами метода является то, что для определения изменения формы зонда не требуется применения дополнительного оборудования или тестовых структур

В третьей главе обсуждаются аспекты, связанные с контролем над процессом износа зонда в контактных электрических методах во время сканирования

Серьезным недостатком контактных электрических АСМ методов по сравнению с резонансными являются не только большие нормальные силы придавливания зонда к поверхности, обеспечивающие преждевременный износ зонда и разрушение образца, но и значительные латеральные силы (~ 100 нН), обусловленные трением зонда Достаточно большие латеральные силы могут приводить к возникновению предельных сдвиговых деформаций (для кремния ~ 700 МПа), приводящих к деградации кончика зонда и образца Это означает, что неконтролируемые силы воздействия могут привести не только к ухудшению разрешения микроскопа, но и - при разрушении проводящего покрытия зонда - к некорректным электрическим измерениям

Осуществлять количественный контроль над силой трения при сканировании в контактных электрических методах позволяет хорошо известный метод латеральных сил (МЛС) Однако МЛС является качественным, то есть не позволяет получать абсолютное значение латеральной силы непосредственно Это делает невозможным непосредственный контроль над процессом износа зонда в ходе сканирования Поэтому актуальной является задача количественной интерпретации результатов МЛС, то есть сопоставления сигнала LAT, пропорционального углу закручивания кантилевера под воздействием латеральной силы и измеряемого в единицах тока (нА), и силы, действующей на зонд и выражающейся в нН

Данная глава включает в себя анализ возможных деформаций кантилевера под влиянием произвольного, в том числе латерального, воздействия на зонд Любую информацию о поверхности микроскоп получает благодаря механическим отклонениям балки, которые регистрируются оптической системой Вектор отклонения острия кантилевера д = (дх,ду,дг) связан с приложенной к зонду силой F = (f"x,Fy,Fz) линейно, то есть по закону Гука

А = С1 F, (3)

где С"1 =

Схх Сху Сх.

с.,. ст

с«>

тензор обратной жесткости, содержащий информа

цию об упругих свойствах кантилевера

На основе анализа литературы разработан способ калибровки МЛС, лишенный ограничений и недостатков рассмотренных

методов Количественная калибровка состоит из четырех этапов (см рис 3) Первые три из них представляют собой вспомогательные теоретические расчеты и могут быть выполнены только один раз, так как сводятся к аппаратным константам Четвертый этап является непосредственно калибровкой, которую необходимо выполнять всякий раз при изменении юстировки оптической системы регистрации, в частности, при замене кантилевера

Сначала находим коэффициент пропорциональности латеральной силы Гх и угла закручивания кантилевера (3 Этот коэффициент, по сути, является торсионной жесткостью балки, которую можно найти одним из известных в литературе способов

На следующем шаге связываем угол закручивания со смещением светового пятна на фотоприемнике Этот коэффициент зависит только от конструкции оптической системы регистрации микроскопа и для конкретной модели микроскопа его достаточно посчитать всего однажды

Перемещение пятна на фотоприемнике с изменением выходного сигнала 1_АТ можно связать, самостоятельно сдвигая пятно на известное расстояние юстировоч-

^действующая сила (F„, F,)^

3t

отклонение плоскости кантилевера (ß

С

ж

смещение пятна на фотоприемнике rj

Ж

перемещение фотоприемника винтами (ц

Ж.

5)

выходные сигналы (LAT, DFL)

Рис 3 Алгоритм калибровки латеральных сил

< 40 I

5 20

-J LL

Q л

/С\

ч

laser

dfl

lat

Ч/

-3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 горизонтальное смещение фотоприемника мкм

40-

<

н 20

5

й <Н

О

* -20

ш со

2.40

-3000 -2000 -1000 О 1000 2000 3000 вертикальное смещение фотоприемника мкм

Рис 4 Экспериментальная зависимость сигналов суммарной интенсивности (LASER) DFL и LAT от смещения фотоприемника вдоль двух перпендикулярных осей

ными винтами, которые позволяют регулировать положение блока фотоприемника, и одновременно регистрируя значения тока выходного сигнала (рис 4) Получаемая калибровочная зависимость позволяет по сигналу LAT находить смещение пятна и далее уже абсолютное значение латеральной силы Калибровочные коэффициенты для двух серийных АСМ и серийных канти-леверов CSC12, полученные на различных этапах калибровки, представлены в таблице 1

Таблица 1 Калибровочные коэффициенты для расчета _абсолютных значений латеральной силы_

Ранняя модель Solver Р47 Поздняя модель Solver Р47 и NTegra

этап 1 Fx [нН] = 21 105 р [рад]

этап 2 ß [рад] = 25 10~5 гь[мкм] ß [рад] =2 3 10"5 гь[мкм]

этапы 3, 4 гь [мкм] = 161 LAT [нА] Гь [мкм] =12 8 LAT [нА]

итого Fx [нН] = 85 LAT [нА] Fx [нН] = 67 LAT [нА]

Поскольку способ калибровки одинаково применим для количественной интерпретации как сигнала LAT, так и сигнала DFL, пропорционального вертикальному изгибу кантилевера, можно способ калибровки проверить независимо Сигнал DFL легко можно сопоставить абсолютному значению нормальной силы, пользуясь широко известным способом калибровки по кривым подвода-отвода Расхождение результатов составляет порядка 8%, что позволяет заключить, что предложенный метод является достаточно точным, чтобы проводить количественные исследования латеральных сил

Метод количественной калибровки латеральных сил может найти применение не только для решения методологических задач АСМ Использование метода позволяет осуществлять контролируемые манипуляции с углеродными нанотрубками, осажденными на подложке, что полезно при выполнении операций при изготовлении прототипов устройств наноэлектроники, например, транзисторов на основе углеродных нанотрубок

В четвертой главе рассмотрены особенности изучения электрофизических свойств структур на основе сверхтонких диэлектрических слоев с высокой диэлектрической проницаемостью, а также представлена разработанный комплексный метод измерения локальных квазистатических вольт-фарадных характеристик, позволяющий в ходе одного измерения получать C-V и I-V характеристики многослойных наноструктур

Дальнейшее увеличение быстродействия и уменьшение размеров транзисторов в микросхемах логики и памяти, изготовленных по технологии КМОП (комплементарные устройства на структурах металл-оксид-полупроводник),

требует уменьшения толщины подзатворного оксида до размеров менее 1 нм Однако при такой толщине используемый до настоящего времени оксид кремния становится туннельно прозрачным, поэтому в качестве альтернативы в последние годы рассматриваются материалы с высокой диэлектрической проницаемостью на основе оксидов металлов (основной кандидат - материал на основе НЮг), которые обеспечивают требуемую «эквивалентную» (оксиду кремния) толщину при достаточно большой физической толщине диэлектрика Поэтому в настоящее время одной из актуальных задач является изучение электрофизических свойств структур на основе сверхтонких диэлектрических слоев НГОг с высоким пространственным разрешением На субмикронном и наномасштабе, когда другие методы бессильны, АСМ потенциально является мощным инструментом для изучения электрофизических свойств

Важным этапом исследований электрофизических свойств структур на основе атомарно гладких сверхтонких диэлектрических слоев является контроль однородности нанесения диэлектрических слоев методом растровой электронной микроскопии, а также обнаружение крупных дефектов и локализация малодефектных областей для последующего исследования методами АСМ Последующее АСМ исследование рельефа поверхности диэлектрических слоев и визуализация пространственной неоднородности электропроводности методом отображения сопротивления растекания позволяют оценить целесообразность количественных электрических измерений и осуществить прецизионное позиционирование зонда в интересуемых точках поверхности

Ключевые электрофизические параметры структур микро- и наноэлек-троники можно получить из анализа их вольт-амперных (I-V) и вольт-фарадных (C-V) характеристик В АСМ для получения /-V кривых используется стандартный метод отображения сопротивления растекания Однако общепринятого метода измерения C-V кривых на оборудовании стандартных комплектаций не существует

Анализ существующих АСМ методов количественного измерения емкости вообще и C-V кривых в частности показал, что они обладают рядом существенных недостатков Для того чтобы их избежать, была предложена комплексная методика измерения локальных квазистатических вольт-фарадных характеристик, позволяющая в ходе одного измерения получать C-V и I-V характеристики структур Поскольку тепловой дрейф образца, крип пьезоскане-ра, деградация зонда и модификация самой структуры при определенных условиях могут оказаться существенными на временах порядка 1 с и менее, одновременное измерение вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик важно для их корректного анализа с целью характеризации электрофизических свойств структуры

Суть предложенного нами АСМ метода измерения C-V характеристик заключается в измерении емкостной составляющей тока, протекающего через

контакт «зонд-образец» при известном законе изменения напряжения, поданного на образец, при заземленном зонде Емкостной ток /с<V), протекающий в структуре, определяется разностью токов при увеличении и уменьшении напряжения

т={т-т)/2.

(4)

где (V) и (V) - токи при положительной и отрицательной развертках напряжения

Емкость структуры при этом однозначно определяется емкостным током /с(У) и скоростью изменения напряжения (Мс№

Civy-Щ!

к ' dV/df

(5)

100

80

60

20

Поскольку серийные АСМ и стандартное программное обеспечение имеют ряд особенностей, негативно влияющих на количественные электрические измерения, были выполнены калибровки прибора и разработана процедура математической обработки результатов измерений В частности, оказались необходимыми калибровка скорости развертки напряжения, фильтрация выбросов напряжения при развертке и калибровка измерителя тока Также представлен алгоритм корректного измерения /V характеристик, включающий в себя блок математической обработки результатов

Для калибровки и определения чувствительности предложенного метода измерения локальных I-V и квазистатических C-V характеристик были разработаны тестовые многослойные наноструктуры, включающие сверхтонкие диэлектрические слои, в том числе, и с высокой диэлектрической проницаемостью Одной из особенностей тестовых структур является наличие верхнего электрода, напыленного на поверхность верхнего диэлектрического слоя Такой электрод позволяет увеличить значение туннельного тока МДП структуры, в которой зонд представляет собой металлическую ее часть, до величины 30 пА, измеримой ВСТрОеННЫМ измерителем ТОКа напряжение, в микроскопа ''ис ® Вольт-амперная (а) и вольт-_ . < I/ фарадные (б) характеристики много-

Метод измерения локальных I-V и ква- ФСР0АЙНЫХ ¡^^р на основе зистатических C-V характеристик был опро- сверхтонких диэлектрических слоев

-4 -2 0 2 4 6 напряжение В

бован и протестирован на серийных коммерческих конденсаторах и на тестовых многослойных наноструктурах В качестве примера применения разработанного метода представлены и проанализированы результаты измерений локальных вольт-амперных и квазистатических вольт-фарадных характеристик многослойных структур на основе многослойных наноструктур Каждый образец представляет собой кремниевую подложку с р-типом проводимости (концентрация легирующей примеси ~ 1015 см"3), на поверхности которой расположены два диэлектрических слоя Подслой НЮ2 имеет толщину 10 нм, а материал верхнего оксидного слоя различен (Р?иО, АЬОз, Зс^Оз, Т1О2), и его толщина составляет 1 нм, 2, нм и 4 нм для различных образцов В качестве примера на рис 5 представлены вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики, полученные для структуры с верхним оксидным слоем АЬОз толщиной 2 нм C-V кривая, обозначенная сплошной линией, получена при частоте 12 Гц, а пунктирная кривая - при частоте 120 Гц Полученные характеристики качественно соответствуют макроскопическим характеристикам МДП структуры с описанными параметрами

Пятая глава посвящена изучению особенностей и развитию методов электростимулированной СЗМ модификации рельефа и электрофизических свойств материалов микро- и наноэлектроники

В данной главе рассмотрены известные механизмы СЗМ модификации При взаимодействии электронов с твердым телом может происходить множество взаимосвязанных процессов, приводящих к необратимым изменениям в локальной приповерхностной области структуры, которые не описываются в общем случае простыми соотношениями и должны рассматриваться в каждом конкретном случае Основными физическими факторами, определяющими процессы электростимулированной модификации поверхности, являются локальные электрические поля, сравнимые с внутримолекулярными и атомными, сверхбольшие плотности токов до 109А/см2 и их электродинамическое воздействие, сверхплотные локальные потоки тепла, вызванные протекающими токами, кроме того, возможны и внешние инициирующие воздействия

Наличие водного мостика в системе «зонд-образец» в атмосферных условиях приводит к появлению дополнительных возможностей СЗМ нанострук-турирования поверхности Поэтому актуальной является задача изучения влияния конденсированной влаги в зазоре между зондом и поверхностью, а также атмосферного кислорода и параметров электрического воздействия на результаты модификации рельефа и электрофизических свойств поверхности Такая задача в данной работе рассматривалась применительно к наност-руктурированию ультратонких алмазоподобных пленок Практический интерес к созданию электрически модифицированных областей с латеральным размером 1-10 нм (в частности, в виде регулярных массивов) обусловлен возможностью использования подобных структур для создания автоэмиссионных като-

дов с высокой плотностью эмиссии и сверхбольшими плотностями тока, а также устройств для хранения информации с высокой плотностью записи, проводящих одномерных линий для наноэлектроники Регулярные массивы структур, полученных в результате СЗМ модификации, с латеральным размером около 100 нм могут найти применение в рентгеновской оптике

Существует ряд возможных механизмов СЗМ модификации алмазопо-добных пленок Аморфные алмазоподобные гидрогенизированные (а-С Н) пленки являются удобным «модельным» материалом для изучения механизмов электростимулированной модификации углеродных материалов Для модификации ультратонких а-С Н пленок, поверхность которых имеет малое сопротивление растеканию тока, можно применить СТМ Модификация поверхности осуществлялась путем подачи между иглой СТМ и образцом серии из одинаковых импульсов напряжения длительностью 10-100 мс

С целью выявления влияния окружающей атмосферы на результаты СТМ модификации были выполнены эксперименты в трех различных средах в комнатных условиях (температура ~ 23 °С, влажность - 40 %, давление 105 Па), в аргоновой атмосфере (влажность 1-3 %, давление 105 Па) и в низком вакууме (давление остаточных газов около 2 5 10'2 Topp)

Так как СТМ не позволяет однозначно разделить влияние рельефа и проводимости поверхности на получаемое изображение, то для определения локальной проводимости модифицированные области были исследованы методом отображения сопротивления растекания в атомно-силовом микроскопе (АСМ) Обнаружено, что СТМ модификация поверхности носит пороговый характер В комнатных условиях и в аргоновой атмосфере СТМ модификация короткими импульсами напряжения а-С Н пленок приводит к образованию непроводящих структур с латеральным размером от 100 нм до 2 мкм, а в низком вакууме - к образованию проводящих структур тех же размеров Дальнейшее увеличение величины и длительности импульсов напряжения приводит к образованию проводящих структур, окруженных непроводящими областями Так, для серии из десяти импульсов длительностью 10 мс пороговое напряжение, при котором формируются непроводящие структуры на а-С Н пленке толщиной 13 нм, в комнатных условиях составляет 3 75±0 05 В, а в аргоновой атмосфере 4 2±0 1 В В низком вакууме пороговое напряжение начала модификации с формированием проводящих структур составляет 3 2+01 В, а второй порог составляет 4 5±01 В При увеличении длительности импульсов значения пороговых напряжений пропорционально растут Воздействие отрицательными импульсами напряжения с амплитудой вплоть до -6 В не приводит к модификации алмазоподобных пленок

Процесс СТМ модификации в низком вакууме обусловлен локальной гра-фитацией алмазоподобной пленки при воздействии сильного электрического поля и аналогичен тому, что происходит в сверхвысоком вакууме Образова-

ние непроводящих структур обусловлено влиянием водного мостика между СТМ иглой и поверхностью а-С:Н пленки.

Таким образом, установлено влияние атмосферного кислорода и влаги в зазоре между СТМ иглой и поверхностью на результаты СТМ модификации ультратонких алмазоподобных а-С:Н пленок.

Другим примером СЗМ наноструктурирования поверхности является модификация эпитаксиальных тонких

высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) YBa2Cu307-x пленок, применяемых для создания джозефсоновских переходов. Для этой цели УВа2Сиз07-х пленки подвергают фотолитографии и жидкостному травлению. Однако жидкостное травление приводит к появлению достаточно больших (0.51 мкм) неоднородностей на границах пленки. Таким образом, границы джозефсоновских переходов являются изрезанными, нерезкими, что может облегчать зарождение (проникновение) вихрей магнитного поля и привести к снижению критического тока по сравнению со значениями, характерными для «мостиков» такой геометрии. Ситуацию можно улучшит, используя средства СЗМ литографии.

Известно, что при электрическом воздействии на такие пленки (напряжение - 10 В) во влажной атмосфере (влажность более 30%) в присутствии С02 происходит химическое разложение материала. Электрофизические свойства пленки в окрестности области модификации изменяются: материал не только теряет сверхпроводящие свойства, но и проводимость его ухудшается. Поэтому основной задачей СЗМ модификации УВагСиз07-х пленок является минимизация электрического воздействия. Кроме этого, при электрическом воздействии плотность материала уменьшается, что позволяет механически удалить его зондом АСМ. Была изучена зависимость процесса электромеханической модификации от основных параметров воздействия: величины и длительности импульсов напряжения, сила придавливания и скорости движения зонда по поверхности.

Применение электромеханической ACM литографии дало возможность минимизировать электрическое воздействие на УВагСизС^-х пленку до 0 3 В без потери эффективности При этом наименьшая возможная длительность воздействия составляет 5 с, а сила придавливания, необходимая для механического удаления материала, равна 20 мкН Ширина полученной границы мостика составила 340 ± 30 нм (см рис 6) Таким образом, АСМ позволяет создавать джозефсоновские переходы на основе УВагСизО? х пленок с резкими границами

Основные результаты работы

1 Предложен комплексный способ подготовки и характеризации зондов для электрических методов, включающий в себя подготовку зондов путем нанесения на них проводящего коллоидного состава, калибровку работы выхода зонда для количественных электрических измерений и контроль качества формы зонда Сопротивление получаемых зондов составляет не более 10 кОм Контроль формы зонда осуществляется in situ с помощью разработанной модели силового взаимодействия зонда с образцом

2 Разработана методика выбора оптимальной силы взаимодействия зонда с образцом для количественного контроля процесса износа зонда

3 Разработан метод количественной калибровки латеральных сил, позволяющий определять абсолютные значения силы трения контактной пары «зонд-образец» Коэффициенты пересчета условных единиц латеральной силы в абсолютные для серийных кантилеверов стандартной ширины 35 мкм и серийных ACM Solver Р47 (ранняя модель) и NTegra составляют 85 нН/нА и 67 нН/нА соответственно

4 Разработана, опробована и реализована АСМ методика измерения локальных квазистатических вольт-фарадных характеристик, позволяющая в ходе одного измерения получать I-V и C-V характеристики многослойных наноструктур электрофизических свойств материалов для нано-электроники и структур на их основе Порог чувствительности метода по току составляет 30 пА, по емкости — 0 5 пФ

5 Спроектированы тестовые многослойные наноструктуры, включающие сверхтонкие диэлектрические слои, для калибровки и определения чувствительности методики измерений I-V и квазистатических С-V характеристик

6 Экспериментально установлен характер влияния атмосферного кислорода и конденсированной влаги в зазоре между СЗМ зондом и поверхностью на механизм локальной СЗМ модификации поверхности алмазопо-добных гидрогенизированных а-С Н пленок, что позволяет осуществлять неразрушающие электрические измерения и создавать структуры с заданными электрофизическими свойствами Для осуществления нераз-рушающего контроля при длительности электрического воздействия

Юме электрические измерения следует проводить в условиях комнатной среды (температура ~ 23 °С, влажность ~ 40 %, давление 105 Па) при напряжениях менее 3 75±0 05 В, в аргоновой атмосфере (влажность 1-3 %, давление 105 Па) при напряжениях менее 4 2±0 1 В, в низком вакууме (давление остаточных газов около 2 5 102 Topp) при напряжениях менее 3 2+0 1 В

7 Определены оптимальные параметры электромеханической СЗМ литографии эпитаксиапьных высокотемпературных сверхпроводящих YBa2Cu307-x пленок, позволяющие создавать на их основе джозеф-соновские переходы с резкими границами Наименьшие величина и длительность напряжения составляют 0 3 В и 5 с соответственно Сила при-давливания, необходимая для механического удаления материала, равна 20 мкН Ширина полученной границы мостика составила 340 + 30 нм

Основные материалы диссертации содержатся в следующих работах

1 Батурин А С , Чуприк А А , Шешин Е П Микроскопия латеральных сил количественный подход И Нано- и микросистемная техника — 2005, № 8, с 23-27

2 Батурин А С , Чуприк А А , Шешин Е П Влияние капиллярных сил в атомно-силовой микроскопии // Материалы VII международной научной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», 2005, с 56

3 Батурин А С , Чуприк А А Новый метод количественного измерения латеральных сил // «Микросистемная техника» Материалы Международной научной молодежной школы — Таганрог Изд-во ТРТУ, 2004, 230 с ISBN 58327-0133-Х, с 42-46

4 AS Baturin, A A Chouprik, Е Р Sheshin Quantitative Application of Lateral Force Microscopy for Carbon Nanotubes Investigation II "Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials" NATO Security through Science Series A Chemistry and Biology Special Issue, XLI, Springer Science, 2007, 878 p , ISBN-10 1-4020-5512-9 p 401-406

5 AS Baturin, A A Chouprik, VD Frolov, EP Sheshin, EV Zavedeev Modification of ultrathin a-C H films by short voltage pulses in STM II Материалы X международной научной конференции «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов», 2007, с 704-705

6 Шерстнев П В , Шешин Е П , Чуприк А А Исследование работы выхода кантилевера по результатам атомно-силовой микроскопии бинарной композиции Cu-Cr // Нано- и микросистемная техника — 2007, № 5, с 24-26

7 Чуприк А А, Батурин А С , Фролов В Д, Заведеев Е В , Конов В И , Пименов С М , Друзь Б , Шешин Е П Электро-стимулированная сканирующая зондовая литография алмазоподобных а-С Н плёнок II Материалы XII международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», 2008, с 461

8 Зенкевич А В , Лебединский Ю Ю , Любовин Н Ю , Чуприк А А, М Fanciulli, G Scarel ACM исследование C-V характеристик Ni/Hf02/SiC>2/Si структур // Материалы L научной конференции МФТИ, 2007, с 45

Чуприк Анастасия Александровна

Развитие методов сканирующей зондовой микроскопии

для исследования электрофизических свойств материалов наноэлектроники и структур на их основе

Автореферат

Подписано в печать 04 09 2008 Формат 60x84 1/16, Уел леч л 1,25 Тираж 100 зкз Заказ №

Московский физико-технический институт

(государственный университет) Печать на аппаратуре Сору РпШег 1280 НИЧ МФТИ

141700, Московская область, Долгопрудный, Институтский пер , 9

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современные зондовые методы диагностики и модификации электрофизических свойств материалов и структур.

1.1 Роль сканирующей зондовой микроскопии в современной науке.

1.2 Диагностика электрофизических свойств объектов методами сканирующей зондовой микроскопии.

1.2.1 Контактные методы.

1.2.2 Многопроходные методы.

1.3 Локальная (модификация поверхности методами сканирующей зондовой микроскопии.

1.3.1 Механическая (тензостимулированная) АСМ модификация поверхности.

1.3.2 АСМ модификация поверхности электрическим воздействием.

1.3.3 СТМ литография.

Актуальность темы

Развитие электроники и физики поверхности невозможно без развития методов диагностики, которые способствуют решению фундаментальных и прикладных задач микро- и наноэлектроники, связанных с характеризацией морфологических и электрофизических свойств микро- и наноструктур.

Наиболее распространенными методами решения таких задач являются растровая электронная микроскопия (РЭМ), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), микроскопия на основе фокусированных ионных пучков, вторичная ионная масс-спектрометрия, оже-спектроскопия и другие. Для исследования электрофизических свойств поверхности (в частности, I-V и C-V характеристик, стационарное и динамическое распределение поверхностного потенциала) используются контактные зондовые методы (метод проводимости, квазистатический C-V-метод, метод высокочастотных C-V характеристик) и бесконтактные методы (метод полного тока, калориметрический ме-тод определения работы выхода, метод Ричардсона, Зисмана-Томсона, метод Андерсона). Однако они наиболее приспособлены для исследования (контроля) свойств объемных материалов либо протяженных участков поверхности. С точки зрения исследования электрофизических свойств структур с высоким латеральным разрешением (менее 10 нм) наиболее перспективной является сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ): атомно-силовая микроскопия (АСМ) и сканирующая туннельная микроскопия (СТМ).

Тем не менее, стандартные методы сканирующей зондовой микроскопии не позволяют количественно характеризовать электрофизические свойства объектов наноэлектроники. Это обусловлено низкой повторяемостью и воспроизводимостью результатов измерений. Для обеспечения стабильности и воспроизводимости измерений в первую очередь требуется создание специальных зондов (или специальная подготовка серийных), разработка способов калибровки измерительных средств и разработка методик выполнения измерений, создание тестовых структур для контроля качества зондов и калибровки.

Примером применения СЗМ для решения задач микро- и наноэлектрони-ки, требующих изучения электрофизических * свойств поверхности, является определение I-V и C-V характеристик субмикронных МДП структур на основе оксидов металлов с высокой диэлектрической проницаемостью. Интерес создания подобных структур обусловлен тем, что для создания современных по-левых транзисторов с технологической нормой ниже 65 нм требуется умень-шение толщины подзатворного оксида до размеров менее 1 нм. В качестве альтернативы Si02 в последние годы производители интегральных схем начали использовать диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью, обеспечивающие требуемую «эквивалентную» толщину при достаточно большой физической толщине диэлектрика.

При изучении электрофизических свойств поверхности неизбежно электрическое воздействие на нее, которое очень часто приводит к модификации рельефа поверхности и ее свойств. По этой причине исследование физико-химических процессов зондовой модификации поверхности позволяет выбрать оптимальные режимы измерений, обеспечив неразрушающий контроль. Кроме этого, локальная зондовая модификация поверхности может иметь самостоятельный интерес для создания тестовых наноструктур. Например, ультратонкие алмазоподобные пленки а-С:Н, осажденные на подложке из кремния, который является базовым материалом электроники, являются удобным «модельным» материалом для изучения механизмов наноструктурной модификации углеродных материалов с помощью СТМ. Другим применением СЗМ для изменения структуры и электрофизических свойств поверхности является локальная модификация эпитаксиальных высокотемпературных сверхпроводящих пленок УВа2Сиз07х, которые применяются для создания джозефсоновских переходов. Локальная СЗМ модификация позволяет повысить резкость границ переходов, которую не обеспечивает использующаяся в настоящее время оптическая литография.

Таким образом, целью работы явилось исследование возможностей сканирующей зондовой микроскопии для изучения электрофизических параметров микро- и наноструктур с высокой степенью локальности и разработка новых методов измерений.

Для достижения цели автором были поставлены следующие основные научно-технические задачи:

Разработка методики подготовки АСМ зондов для выполнения электрических АСМ измерений и электрохимической литографии.

Характеризация формы и электрических свойств АСМ зондов с помощью методов атомно-силовой микроскопии.

Разработка методики выбора оптимальной силы взаимодействия «зонд-образец» для контроля процесса износа.

Разработка и реализация комплексного АСМ метода измерений туннельных l-Vv\ квазистатических C-V характеристик многослойных наноструктур.

Разработка и изготовление тестовых многослойных наноструктур, включающих сверхтонкие диэлектрические слои, для калибровки и определения чувствительности методики измерений I-Vи квазистатических С-Vхарактеристик.

Изучение характера влияния атмосферного кислорода и конденсированной влаги в зазоре между СЗМ зондом и поверхностью на механизмы локальной СЗМ наномодификации поверхности материалов наноэлектроники.

Минимизация возможного электрического воздействия в ходе электрохимической литографии для предотвращения модификации электрофизических свойств поверхности высокотемпературных сверхпроводников.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Разработан и апробирован комплексный способ подготовки и характеризации АСМ зондов для выполнения электрических измерений и электрохимической литографии. Данный способ включает в себя подготовку зондов путем нанесения на них проводящего коллоидного состава, калибровку работы выхода зонда для количественных электрических измерений и контроль формы (степени изношенности) зонда.

Разработанная модель силового взаимодействия зонда с образцом позволила разработать способ контроля формы зонда in situ с помощью методов атомно-силовой микроскопии.

Разработан метод количественной калибровки латеральных сил, который позволяет осуществлять выбор оптимальной силы взаимодействия зонда с поверхностью образца для контроля процесса износа зонда и повышения срока службы зонда.

Разработан комплексный метод измерений туннельных I-V и квазистатических С-V характеристик многослойных наноструктур, позволяющий в ходе одного измерения одновременно получать l-Vw С-V характеристики.

Установлено влияние атмосферного кислорода и конденсированной влаги в зазоре между СТМ иглой и поверхностью на результаты СТМ модификации ультратонких алмазолодобных а-С:Н пленок.

Экспериментально установлены параметры электромеханической АСМ нанолитографии, позволяющие минимизировать электрическое воздействие на образец для предотвращения модификации электрофизических свойств поверхности высокотемпературных сверхпроводников.

Научные результаты, выносимые на защиту:

Разработанный комплексный способ подготовки и характеризации зондов для электрических методов обеспечивает создание зондов с сопротивлением контакта «зонд-образец» не более 10 кОм (при типичных нагрузках 10-100 нН), калибровку работы выхода зонда для количественных электрических измерений и контроль формы зонда in situ в атомно-силовом микроскопе с учетом разработанной модели силового взаимодействия зонда с поверхностью образца.

Разработанный метод количественной калибровки латеральных сил позволяет количественно оценивать силу трения между АСМ зондом и поверхностью и, тем самым, осуществлять выбор оптимальной силы взаимодействия зонда с образцом для контроля процесса износа и повышения срока службы зонда.

• Разработанный комплексный метод измерений I-V и квазистатических С-V характеристик позволяет в ходе одного измерения одновременно получать l-Vw C-V характеристики, обеспечивая, тем самым, получение корректной информации об электрофизических свойствах материалов для наноэлектроники и структур на их основе. Порог чувствительности метода по току составляет 30 пА, по емкости — 0.5 пФ.

Экспериментально установлено, что процесс модификации ультратонких алмазолодобных а-С:Н пленок носит пороговый характер. Значение порогового напряжения увеличивается при уменьшении влажности и уменьшается при уменьшении давления. В частности, при длительности электрического воздействия 10 мс в условиях комнатной среды (температура 23 °С, влажность 40 %, давление 105 Па) пороговое напряжение составляет 3.75 В; в аргоновой атмосфере (влажность 1-3%, давление 105 Па)—4.2 В; в низком вакууме (давление остаточных газов около 2.5-10-2 Торр)) — 3.2 В.

Практическая значимость заключается в возможности использования полученных результатов при разработке приборов микро- и наноэлектроники, а также для развития электрических СЗМ методов. Разработанный и апробированный комплексный способ подготовки и характеризации АСМ зондов для выполнения электрических измерений и электростимулированной литографии позволяет добиться стабильного электрического контакта в АСМ экспериментах и при этом увеличить срок эксплуатации проводящих зондов. Данный способ также позволяет осуществлять контроль качества формы (степени изношенности) зондов in situ в АСМ эксперименте, без использования дополнительного дорогостоящего оборудования и специальных тестовых структур. Разработанный метод количественной калибровки латеральных сил позволяет количественно оценивать силу трения между АСМ зондом и поверхностью и, тем самым, позволяет контролировать степень износа зонда и образца. В результате срок эксплуатации зондов существенно увеличивается и предотвращается повреждение наноструктурированной поверхности. Данные методы дают существенный стимул для широкого применения электрических СЗМ методов.

Разработанный комплексный метод измерений туннельных I-V и квазистатических C-V характеристик многослойных наноструктур, позволяющий в ходе одного измерения одновременно получать I-V и C-V характеристики, предназначен для оценки качества и характеризации электрофизических свойств материалов для микро- и наноэлектроники и многослойных наноструктур на их основе. Такие исследования востребованы при разработке современных полевых транзисторов, устройств для считывания и записи информации на основе магниторезистивных датчиков.

Апробация работы. В основе диссертации лежат результаты, опубликованные в 4-х печатных источниках и 12-ти докладах (тезисах докладов) на научных конференциях. Основные результаты работы обсуждались на следующих конференциях:

• Международная научная молодежная школа «Микросистемная техника». Крым, 2004 г.

• 7-я Международная конференция «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы». Владимир, 2005г.

• 46-я - 50-я научная конференция МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Долгопрудный, 2003 - 2007 г.

• 9-я, 10-я Международная конференция «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов». Крым, 2005 г., 2007 г.

• 2-я Всероссийская молодежная научная школа «Микро-, нанотехнологии и их применение». Черноголовка, 2005 г.

• 2-я Всероссийская конференция по наноматериалам «Нано-2007». Новосибирск, 2007 г.

• 7-й Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника». Нижний Новгород, 2008 г.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из пяти глав, введения, заключения и списка литературы; изложена на 178 листах машинописного текста, содержит 145 рисунков и 8 таблиц; список литературы включает 192 наименования.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Предложен комплексный способ подготовки и характеризации зондов для электрических методов, включающий в себя подготовку зондов путем нанесения на них проводящего коллоидного состава, калибровку работы выхода зонда для количественных электрических измерений и контроль качества формы зонда. Сопротивление получаемых зондов составляет не более ЮкОм. Контроль формы зонда осуществляется in situ с помощью разработанной модели силового взаимодействия зонда с образцом.

2. Разработана методика выбора оптимальной силы взаимодействия зонда с образцом для количественного контроля процесса износа зонда.

3. Разработан метод количественной калибровки латеральных сил, позволяющий определять абсолютные значения силы трения контактной пары «зонд-образец». Коэффициенты пересчета условных единиц латеральной силы в абсолютные для серийных кантилеверов стандартной ширины 35 мкм и серийных АСМ Solver Р47 (ранняя модель) и NTegra составляют 85 нН/нА и 67 нН/нА соответственно.

4. Разработан и опробован АСМ метод измерения локальных квазистатических вольт-фарадных характеристик, позволяющая в ходе одного измерения получать I-V и C-V характеристики многослойных наноструктур, электрофизических свойств материалов для наноэлектроники и структур на их основе. Порог чувствительности метода по току составляет 30 пА, по емкости — 0.5 пФ.

5. Спроектированы тестовые многослойные наноструктуры, включающие сверхтонкие диэлектрические слои, для калибровки и определения чувствительности метода локальных измерений I-V и квазистатических C-V характеристик.

6. Экспериментально установлен характер влияния атмосферного кислорода и конденсированной влаги в зазоре между СЗМ зондом и поверхностью на механизм локальной СЗМ модификации поверхности алмазоподобных гидрогенизированных а-С:Н пленок, что позволяет осуществлять неразрушающие электрические измерения и создавать структуры с заданными электрофизическими свойствами. Для осуществления неразрушающего контроля при длительности электрического воздействия Юме электрические измерения следует проводить в условиях комнатной среды (температура ~ 23 °С, влажность ~ 40 %, давление 105 Па) при напряжениях менее 3.75 ± 0.05 В; в аргоновой атмосфере (влажность 1-3%, давление 105 Па) при напряжениях менее 4.2 ±0.1 В; в низком вакууме (давление остаточных газов около 2.5-10"2 Торр) при напряжениях менее 3.2 ± 0.1 В.

7. Определены оптимальные параметры электромеханической СЗМ литографии эпитаксиальных высокотемпературных сверхпроводящих УВа2Сиз07.х пленок, позволяющие создавать на их основе джозефсоновские переходы с резкими границами. Наименьшие величина и длительность напряжения составляют 0.3 В и 5 с соответственно. Сила придавливания, необходимая для механического удаления материала, равна 20 мкН. Ширина полученной границы мостика составила 340 ± 30 нм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. G. Binning and H. Rohrer. Scanning Tunneling Microscope // US Patent 4,343,993 Aug .10, 1982. Filed : Sep. 12,1980.

2. J.B.P. Williamson, "Microtopography of Surfaces" // Proc. Inst. Mech. Eng. London, 182,21 (1967-68); American national standard Surface texture. ANSI B46.1 (1978 Edition).

3. G. Binnig and H. Rohrer. Scanning tunneling microscopy // Helv. Phys. 1982 -Acta 55 p. 726.

4. Э.В. Мюллер, T.T. Цонг // Полевая ионная микроскопия, полевая ионизация и полевое испарение М., 1980.

5. К. Itaya, S. Sugawara, К. Sashikata, N. Furuya // J. Vac.Sci. Technol. A 1990 -V. 8-P. 515.

6. K. Sashikata, N. Furuya, K. Itaya // J. Vac. Sci. Technol. В 1991 V. 9 - P. 457.

7. S. Manne, J. Massie, V.B. Elings, P.K. Hansma, A.A.Gewirth II J. Vac. Sci. Technol. В 1991 -V. 9 P. 950.

8. G. Binning, C. F. Quate, C. Gerber// Phys.Rev. Lett. 1986 -V. 56 P. 930.

9. A.C. Батурин, Г.С. Батог, A.A. Чуприк, Е.П. Шешин // Атомно-силовой микроскоп / методическое пособие по курсу «Вакуумная электроника» -Москва, 2008, 38 с.

10. J.E. Griffith, D.A. Grigg // J. Appl. Phys. 1993 -V. 74 P. R83.

11. G. Neubauer, S.R. Cohen, G.M. McClelland et al. // Rev. Sci. Instrum. 1990 -V. 61 P. 2296.

12. M. Tortonese, R.C. Barrette, C.F. Quate //Appl. Phys. Lett. 1993 V.62- P. 834.

13. F.J. Giessible, B.M. Trafas//Rev. Sci. Instrum. 1994-V. 65-P. 1923.

14. D.Sarid.V. Elings//J. Vac. Technol. В 1991 -V. 9-P. 431.

15. Y. Martin, C.C. Williams, H.K. Wickramasinghe // J. Appl. Phys. 1987 V. 61 -P.4723.

16. G.Meyer, N.M. Amer // Appl. Phys. Lett. 1988 -V. 53 P. 2400.

17. W.A. Ducker, R.F. Cook, D.R. Clarke // J. Appl. Phys. 1990 -V. 67 P. 4045.

18. H. Ueyama, M. Ohta, Y. Sugawara, S. Morita // Jpn. J. Appl. Phys. 1995 V. 34 -P. L1086.

19. M.-H. Whangbo, S.N. Magonov, H. Bengel // Probe Microscopy 1997 V. 1 - P. 23.

20. V.A.Bykov, V.A.Fedirko. Scanning probe microscopy for biological object investigation.// In "Spectroscopy of Biolog. Molecules, ed. by J.C.Merlin, S. Turrell and J.P.Huvenne. Kliver Acad. Publ. Dordrecht/ Boston/ London, 1995, 471 p.

21. S.R. Cohen, G.M. McClelland// Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1989-V. 153 P. 307.

22. G. Neubauer, S.R. Cohen, G.M. McClelland, D. Home // Rev. Sci. Instrum. 1990 -V. 61 P. 2296.

23. CM. Mate, M.R.Lorenz, V J. Novotny II J. Chem. Phys. 1989 -V. 90 P. 7550.

24. P.S.D. Hobbs, D.W. Abraham, H.K. Wickramasinghe // Appl. Phys. Lett. 1989 -V. 55 P. 2357.

25. S. Watanabe, К. Hane, M. Ito, T. Goto II Appl. Phys. Lett. 1993 V. 63 - P. 2573.

26. U. Durig, O. Zuger, D.W. Pohl D.W. // Phys. Rev. Lett. 1990 V. 65 - P. 349.

27. M. Nonnenmacher, М.Р. O'Boyle, H.K. Wickramasinghe // Appl. Phys. Lett. 1991 -V. 58 P. 2921.

28. J.R. Matey, J. Blanc // J. Appl. Phys. 1985 V. 57 - P. 1437.

29. Y.Huang, C.C. Williams, M.A. Wendman // J. Vac. Sci. Technol. A 1996 V. 14 -P. 1168.

30. A. Kikukawa, S. Hosaka, Y. Honda, R. Imura // Rev. Sci. Instrum. 1995 V. 66 -P. 101.

31. S. Hosaka, H. Koyanagi, T. Hasegawa, S. Hosoki // J. Appl. Phys. 1992 V. 72 -P. 688.

32. A.A. Бухараев, Н.И. Нургазизов // Материалы X Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, Черноголовка, 1997 С. 45.

33. Н. Fujisava, М. Shimizu //Appl. Phys. Lett. 1997-V. 71-P. 416.

34. J.N. Nxumalo, D.T. Shimizu, D.J. Thomson. // J. Vac. Sci. Technol. В 1996 V. 14 -P. 386.

35. S. Shafai, D.J. Thomson, M. Simard-Normandin, G. Mattiussi, P.J. Scanlon // Appl. Phys. Lett. 1994 -V. 64 P. 342.

36. P. Gaworzewski, B. Ross, J. Borngraber, K. Hoppner, W. Hoppner, U. Henniger // J. Vac. Sci. Technol. B. 1996 -V. 14 P. 373.

37. P. De Wolf, J. Snauwaert, L. Hellemans, T. Clarysse, W. Vandervorst M. D Olieslaeger, and D. Guaeyhaegens // J. Vac. Sci. Technol. A 1995 V. 13 -P. 1699.

38. I. Tanaka, I.Kamiya, H. Sakaki, N. Qureshi, S.J. Allen, P.M. Petroff // Appl. Phys. Lett. 1999-V. 74-P. 844.

39. M. Munz, H. Sturm, E. Schulz, G. Hinrichsen // Composites A 1998 V. 29 -P. 1251.

40. R.E. Thomson and J. Moreland // J. Vac. Sci.Technol. В 1995-V. 13-P. 1123.

41. J. Gallo, A. J. Kulik, N. A. Burnham, F. Oulevey, and G. Gremaud // Nanotechnology 1997-V. 8-P. 10.

42. H. Herz, J. Reine // Angew. Math. 1882 V. 92 - P. 156.

43. Y.V. Sharvin IIJETP1965 №21 - P. 655.

44. T.P. Weihs, Z. Nawaz, S.P.Jan/is, J.B. Pethica // Appl. Phys. Lett. 1991 V. 59 -P.3536.

45. B.V. Derjagin, V.M. Muller, Y.P. Toporov // J. Coll. Interface Sci. 1975 V. 53 -P. 314.

46. K.L. Johnson // Contact Mechanics -Cambridge University Press, 1985.

47. A. Stalder, U. Durig // Appl. Phys. Lett. 1996 V. 68 - P. 637.

48. K.L. Sorokina, A.L. Tolstikhina // Crystallography Report 2004 V. 49 - P. 476.

49. Y. Martin, D.W. Abraham, H.K. Wrickramasinghe // Appl. Phys.Lett. 1988 V. 52 -P. 1103.

50. D. Sarid // Scanning force microscopy N.Y., Oxford University Press, 1992.

51. A.H. Титков, A.K. Крыжановский, В.П. Евтихиев, П. Жирард // Материалы совещания «Зондовая микроскопия 2000» - С. 12.

52. J.W. Hong, Sang-il Park, Z.G. Khim // Rev. Sci. Instrum. 1999 -V. 70 P. 1735.

53. E. Palacios-Lidon, J. Colchero // http://eprintweb.org

54. H.O. Jacobs, H.F. Knapp, A. Stemmer // Rev. Sci. Instrum. 1999 V. 70 - P. 1756.

55. A.A. Потребим, П.В. Шерстнев // Тезисы докладов XLV научной конференции МФТИ, Долгопрудный, 2002.

56. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы // Под ред. Лучинина В.В., Таирова Ю.М. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006, 552 с.

57. А.С. Батурин, К.Н. Никольский, Е.А. Тишин, А.А. Чуприк, Е.П. Шешин // Растровый электронный микроскоп / методическое пособие по курсу «Вакуумная электроника» Москва, 2003, 38 с.

58. F.M. Serry, К. Kjoller, J.T. Thornton, R.J. Tench, D. Cook // Digital Instruments.

59. M.A. Stevens-Kalceff // Microscopy and Microanalysis 2004 V. 10 - P. 1090.

60. А.В.Анкудинов, A.H. Титков, R. Lailio, B.A. Козлов // ФТП 2002 Т. 36 - №9 -с. 1138.

61. A.B. Анкудинов, У.Ю. Котельников, А.А. Канцельсон, В.П. Евтихиев, А.Н. Титков II ФТП 2001 Т. 35 - №7 - с. 874.

62. A.V. Ankudinov, V.P. Evtikhiev, B.G. Koshaev, D.K. Nelson, A.S. Shkolnik and A.N. Titkov// Proceedings SPM-2004, Nizhni Novgorod, 2004 P. 23.

63. D. Chiang, P.Z. Lei, F. Zhang, R. Barrowcliff // Nanotechnology 2005 V. 16 -P. 35.

64. А.А. Потребич // Тезисы докладов XLVI научной конференции МФТИ, Долгопрудный, 2003.

65. А.В. Анкудинов, А.Н. Титков // ФТТ 2005 Т. 47 - №6 - с. 1110.66. http:/Aw.".v.di.com/ApoNotes/SCM/SCMMain.html

66. P. Eyben, D. Alvarez, Т. Clarysse, S.Denis and W. Vandervorst // Proceedings of International Conference "Characterization and Metrology for ULSI Technology", 2003 P. 685.

67. K. Honda, Y. Cho // Appl. Phys. Lett. 2005 V. 86 - P. 1.

68. П.А. Арутюнов, А.Л. Толстихина // Микроэлектроника 1999 Т. 29 - №1 - С. 13.

69. D. Sarid II Exploring Scanning Probe Microscopy with Mathematica N.Y., John Wiley & Sons, 1997.

70. А.П. Володин // Приборы и техника эксперимента 1998 №6 - С. 3.

71. T.D. Stowe, К. Yasumura, T.W. Kenny, D. Botkin, К. Wago, D. Rugar // Appl. Phys. 1997-V. 71 P. 288.

72. S.R. Manalis, S.C. Minne, A. Atalar, C.F. Quate // Appl. Phys. Lett. 1996 V. 69 -P.3944.

73. Y. Nakayama, S. Akita // New Journal of Physics 2003 I. 5 - P. 128-1.

74. В.И. Никишин, П.Н. Лускинович И Электронная промышленность 1991 № 3 -С. 4.

75. В.К. Неволин // Зондовые нанотехнологии в электронике М.: Техносфера, 2005.

76. К. Matsumoto, М. Ishii, К. Segawa, Y. Oka, B.J. Vartanian, J.S. Harris // Appl. Phys. Lett. 1996-V. 68-P. 34.

77. E.B. Cooper, S.R. Manalis, H. Fang, H. Dai, K. Matsumoto, S.C. Minne, T. Hunt, C.F. Quate // Appl. Phys. Lett. 1999 -V. 75 P. 3566.

78. Н.Г. Рамбиди, В.Н. Замалин // Поверхность: Физика, химия, механика 1986 -№ 8 С. 5.

79. E.J. Van Loenen, D. Dijkkamp, A.J. Hoeven, J.M. Lenssinck, J. Dieleman // Appl. Phys. Lett. 1989 — V. 55-P. 1312.

80. B. Irmer, R.H. Blick, F. Simmel, W. Godel, H. Lorenz, J.P. Kotthaus // Appl. Phys. Lett. 1998-V. 73-P. 2051.

81. J. Cortes Rosa, M. Wendel, H. Lorenz, J.P. Kotthaus, M. Thomas H. Kroemer // Appl. Phys. Lett. 1998 V. 73 - P. 2684.

82. M. Heyde, K. Rademann, B. Cappella, M. Geuss, H. Sturm, T. Spangenberg, H. Niehus // Rev. Sci. Instrum. 2001 -V. 72 P. 136.

83. D.M. Schaadt, E.T. Yu, S. Sankar, A.E. Berkowitz // Appl. Phys. Lett 1999 V. 74 -P. 472.

84. S. Lemeshko, S. Gavrilov, V. Shevyakov, V. Roschin and R. Solomatenko // Nanotechnology 2001 V. 12 - P. 273.86. www ntmdt ru

85. Г.Г. Владимиров, П.Н. Лускинович, В.И. Никишин // Микроэлектроника 1989 -Т. 18-В. 5-С. 464.

86. D.M. Eigler, Е.К. Schweizer // Nature 1990 V. 344 - P. 524.

87. M.F. Crommie, C.P. Lutz, and D.M. Eigler//Science 1993-V. 262-P. 218.

88. J.W. Lyding // Proceedings of the IEEE 1997, V. 85, P. 589.

89. P. Vettiger, M. Despont, U. Drechsler, U. Durig, W. Haberle, M.I. Lutwyche, H.E. Rothuizen, R. Stutz, R. Widmer, G.K. Binning // IBM J. Res. Develop. 2000 V. 44 -P. 323.

90. П.В. Шерстнёв, Е.П. Шешин, A.A. Чуприк // Нано- и микросистемная техника 2007 № 5 - С. 24.

91. P. Grutter, H.J. Mamin, D. Rugar // In Scanning Tunneling Microscopy II, edited by R. Wiesendanger and H.-J. Guntherodt- Berlin, Springer, 1992.

92. A.A. Бухараев, Д.В. Овчинников, A.A. Бухараева // Заводская лаборатория 1997 №5.

93. Д.В. Сивухин // Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика -М„ 1975.

94. J.N. Israelachvili // Intermolecularand Surface Forces London, Acad. Press, 1992.

95. B. Cappella, G. Dietler // Surf. Sci. Rep. 1999 V. 34 - P. 1.

96. F.M. Orr, L.E. Scriven, A.P. Rivas//J. Fluid Mech. 1975-V. 67-P. 723.

97. А. Адамсон // Физическая химия поверхностей М: Мир, 1979.

98. L. Zitzler, S. Herminghaus, F. Mugelell Phys. Rev. В 200 -V. 66 P. 155436.

99. A.C. Батурин, A.A. Чуприк, Е.П. Шешин // Материалы VII международной научной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», Владимир, 2005 С. 56.

100. J.W. Greenwood, J.B.P. Williamson // Proc. R. Soc. London, Ser. A 1966 -V. 295 -P. 300.

101. J.W. Greenwood, J.H. Tripp // AS ME Ser. E, J. Appl. Mech. 1967 -V. 234 P. 153.

102. Scherge Matthias. Biological micro- and nanotribology: Nature's solutions Berlin, Springer, 2001.

103. М.А. Lantz, S.J. O'Shea, M.E. Welland, K.L. Johnson // Phys. Rev. В 1997 V. 55 -P. 10776.

104. M. Varenberg, I. Etsion, G. Halperin // Rev. Sci. Instrum. 2003 -V. 74 P. 3362.

105. H. Klein, D. Pailharey, and Y. Mathey, Surf. Sci. 1997-V. 387-P. 227.

106. A. Feiler, P. Attard, and I. Larson, Rev. Sci. Instrum. 2000 -V. 71 P. 2746.

107. D.F. Ogletree, R.W. Carpick, M. Salmeron // Rev. Sci. Instrum. 1996 V. 67 -P. 3298.

108. Handbook of Micro/Nanotribology / Ed. by Bhushan Bharat. 2d ed. - Boca Raton etc.: CRC press, 1999.

109. P. Фейнман, P. Лейтон, M. Сэндс // Фейнмановские лекции no физике, 7 часть -М.: изд. МИР, 1966.

110. А.Г. Горшков, В.Н. Трошин, В.И. Шалашилин // Сопротивление материалов -М.: изд. ФИЗМАТЛИТ, 2002.

111. В.И. Феодосьев // Сопротивление материалов М.: изд-во МГТУ, 2000.

112. А.С. Батурин, А.А. Чуприк, Е.П. Шешин // Нано- и микросистемная техника 2005 № 8 - С. 23.

113. А.С. Батурин, А.А. Чуприк // Известия ТРТУ 2004 №9 - с. 209.

114. А.С. Батурин, А.А. Чуприк // Материалы Международной научной молодежной школы «Микросистемная техника» Таганрог: изд-во ТРТУ, 2004, 230 с. ISBN 5-8327-0133-Х-С. 42.

115. А.С. Батурин, А.А. Чуприк // Тезисы докладов XLVII научной конференции МФТИ, Долгопрудный, 2004 С. 43.

116. С.Р. Green, Н. Lioe, J.P. Cleveland et al. // Rev. Sci. Instrum. 2004 -V. 75 -P. 1988.

117. C.T. Gibson, G.S. Watson, S. Myhra // Nanotechnology 1996 V. 7 - P. 259.

118. N.A. Burnham, X. Chen, C.S. Hodges et al.//Nanotechnology 2003-V. 14-P. 1.

119. J.E. Sader, J.W. Chon, P. Mulvaney // Rev. Sci. Instrum. 1999 V. 70 - P. 3967.122. httpV/www.spmtips.com

120. А.С. Батурин, A.A. Чуприк, Е.П. Шешин // Тезисы докладов IX международной научной конференции «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериапов», Севастополь, 2005 С. 692.

121. А.С. Батурин, А.А. Чуприк, Е.П. Шешин // Тезисы докладов XLVIII научной конференции МФТИ, Долгопрудный, 2005 С. 22.

122. А.С. Батурин, А.А. Чуприк, Е.П. Шешин // Тезисы докладов II Всероссийской молодежной научной школы «Микро-, нанотехнологии и их применение», Черноголовка, 2005.

123. J. Chaste, L. Lechner, P. Morfin, G. Feve, T. Kontos,J.-M., Berroir, D.C. Glattli, H. Happy, P. Hakonen, B. Placuais // Nano letters 2008-V. 8 P.525.

124. V.E. Muradyan, B.P. Tarasov, Yu.M. Shulga // Proceedings of VII Int. conference . "Hydrogen materials Science and chemistry of metal hydrides", 2001 P. 550.

125. The International Technology Roadmap for Semiconductors.

126. D. Wilk, R. M. Wallace, J.M. Anthony//J. Appl. Phys. 2001 V.89-P. 5243.

127. L. Green, E.P. Gusev, R. Degraeve, E. Garfunkel // J. Appl. Phys. 2001 V. 90 -P.2057.

128. J. Lee, T.S. Jeon, D.L. Kwong, R. Clark// J. Appl. Phys. 2002 -V. 92 P. 2807.

129. J. Smoliner, B. Basnar, S. Golka, E. Gornik II Appl. Phys. Lett. 2001 V. 79 -P.3182.

130. С. Зи II Физика полупроводниковых приборов М.: Мир, 1984.

131. D.T. Lee, J.P. Pelz, Bh. Bhushan II Rev. Sci. Instr. 2002 -V. 73 P. 3525.

132. S.Kalinin//Ph.D. Dissertation 2002.

133. A. Sakai, S. Kurokawa, Y. Hasegawa // J. Vac. Sci. Techno!. В 1996 V. 14 -P. 1219.

134. H. Arakawa, R. Nishitani II J. Vac. Sci. Technol. В 2001 -V. 19 P. 1150.

135. V.V. Polyakov, I.V. Myagkov, G.A. Tregubov, An.V. Bykov // Proceedings of ICMNE, Zvenigorod, 2005 P. 03-16.

136. A.A. Чуприк, A.B. Зенкевич, Ю.Ю. Лебединский, Н.Ю. Любовин, М. Fanciulli, G. Scarel // Тезисы докладов L научной конференции МФТИ, Долгопрудный, 2007, с. 45.

137. P.De Wolf, J. Snauwaert, Т. Clarysse, W. Vandervorst, L. Hellemans // Appl. Phys. Lett. 1995-V. 66-P.1530.

138. J. Snauwaert, N. Blanc, P. De Wolf, W. Vandrvorst, and L. Hellemans U J. Vac. Sci. Technol. В 1996-V. 14-P. 1513.

139. P. De Wolf, T. Clarysse, W. Vandervorst, J. Snauwaert, L. Hellemans, Ph. Niedermann and W. Hanni II J. Vac. Sci. Technol. В 1998 V. 16 - P. 355.

140. P. De Wolf, T. Clarysse, W. Vandervorst, J. Snauwaert, and L. Hellemans // J. Vac. Sci. Technol. В 1996-V. 14 P. 380.

141. F. House, R. Meyer, O. Schneegans, and L. Boyer // Appl. Phys. Lett. 1996 -V. 69-P. 1975.

142. M.T. Hersam, A.C. Hoole, S.J. O'Shea and M.E. Welland //Appl. Phys. Lett. 1995-V. 72-P. 915.

143. S.J. O'Shea, R.M. Atta, and M.E. Welland // Rev. Sci. Instrum. 1995 V. 66 -P. 2508.

144. D.L. Klein and P.L. McEuen // Appl. Phys. Lett. 1995 -V. 66 P. 2478.

145. P.J. Gallo, A.J. Kulik, N.A. Burnham, F. Oulevey, and G. Gremaud // Nanotechnology 1997 -V. 8 P. 10.

146. A. Stalder, U. Durig // Appl. Phys. Lett. 1996 V. 68 - P. 637.

147. B.K. Неволин // Электронная промышленность 1993. - №10 - С. 8.

148. B.K. Неволин // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника 1990 Вып. 3 (137)-С. 71.

149. В.И. Стриха // Теоретические основы работы контакта металл-полупроводник -Киев: Наукова думка, 1974, 263 с.

150. А. Келли // Высокопрочные материалы М.: Мир, 1976, 261 с.

151. Ю.А.Аменадзе // Теория упругости М.: Высшая школа, 1976, 227 с.

152. А.В. Owen // J. of Non.-Cryst Solids. 1983-1. 59-60.-P. 1273.

153. J. Jahanmir, P.E. West, S. Hsich // J. Appl. Phys. 1989 -V. 65 P. 2064.

154. B.K. Неволин // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника 1991 -В. 2(141)-С. 78.

155. Э.В. Мюллер, Т.Т. Цонь // Полевая ионная микроскопия М.: Мир, 1971, 71с.

156. Г.Г. Владимиров, П.Н. Лускинович, В.И. Никишин // Микроэлектроника 1989 -Т. 18.-В. 5.-С. 464.

157. А.Н. Булатов, С.В. Хартов // Известия вузов. Электроника 2004 № 4 - С. 9.

158. J.A. Dagata, J. Schneir, Н.Н. Наггау, C.J. Evans, М.Т. Postek, J. Bennett II Appl. Phys. Lett. 1990 V. 56 - P. 2001.

159. L.A. Nagahara, T. Thundat, S.M. Lindsay // Appl.Phys.Lett. 1990 V. 57 - P. 270.

160. T. Thundat, L.A. Nagahara, PJ. Oden, S.M. Lindsay, M.A. George, W.S. II J. Vac. Sci. Technol. A 1990-V. 8- P. 3537.

161. R. Garcia, M. Calleja, F. Perez-Murano//Appl. Phys. Lett. 1998-V. 72-P.2295.

162. S. Minne, J. Adams, G, Yaralioglu, S. Manalis, A. Atalar, C. Quate. // Appl. Phys. Lett. 1998-V. 73-P. 1742.

163. S.A. Gavrilov, S.V. Lemeshko, V.I. Shevyakov, V.M. Roschin // Nanotechnology 1999 — V. 10-P. 1.

164. Л. Юнг // Анодные оксидные ппенки Л.: Энергия, 1967, 232 с.

165. Y.Y. Divin, U. Рорре; C.-L. Jia, P.M. Shadrin, К. Urban II Physica С 2002 -V. 372-376-P. 115.

166. Y.Y. Divin, U. Poppe, J.-W. Seo, B. Kabius, K. Urban // Physica С 1994 -V. 235240 P. 675.

167. I. Heyvaert, E. Osquiguil, C. Van Haesendonck, Y. Bruynseraede // Appl. Phys. Lett. 1992 —V. 61 -P. 111.

168. Y.C. Fan, A.G. Fitzgerald, J.A. Cairns // J. Vac. Sci. Technol. В 2000 V. 18 -P.2377.

169. R.E. Thomson, J. Moreland, A. Roshko // Nanotechnology 1994 V. 5 - P. 57.

170. G. Bertsche, W. Clauss, D. Kern // Appl. Phys. Lett. 1996 -V. 68- P. 3632.

171. J. Boneberg, M. Bohmisch, M. Ochmann, P. Leiderer II Appi. Pys. Lett. 1997 -V. 71 P. 3805.

172. I. Song, B.M. Kim, G. Park//Appl. Phys. Lett. 2000-V. 76-P. 601.

173. B.M. Kim, I.S. Song, J.H. Sok, I.H. Song et al. // Appl. Phys. Lett. 2000 V. 76 -P. 484.

174. M. Tachiki, T. Fukuda, K. Sugata, H. Seo, H. Umezawa, H. Kawarada // Jpn. J. Appl. Phys. 2000 V. 39 - P. 4631.

175. T. Kondo, M. Yanagisawa, L. Jiang, D.A. Tryk, A. Fujishima // Diamond & Relat. Mater. 2002-V. 11 P. 1788.

176. G.G. Kirpilenko, V.D. Frolov, E.V. Zavedeev, S.M. Pimenov, V.I. Konov, E.Y. Shelukhina, E.N. Loubnin // Diamond & Relat. Mater. 2006 V. 15 - P. 1147.

177. B.L. Weeks, A. Villmer, M.E. Welland, T. Rayment // Nanotechnology. 2002 V. 13 - P. 38.

178. T. Muhl // Appl. Phys. Lett. 2004 V. 85 - P. 5727.

179. V.D. Frolov, V.I. Konov, S.A. Pimenov, E.V. Zavedeev // Diamond & Relat. Mater. 2004-V. 13-P. 2160.

180. В. Druz, I. Zaritskiy, J. Hoehn, V.I. Polyakov, A.I. Rukovishnikov, V. Novotny // Diamond and Relat. Mater. 2001 -V. 10 P. 931.

181. A.C. Батурин, E.B. Заведеев, В.Д. Фролов, A.A. Чуприк II Тезисы докладов II Всероссийской конференции по наноматериалам «Нано-2007», Новосибирск, 2007 С. 285.

182. А.С. Батурин, А.А. Чуприк, Е.П. Шешин II Тезисы докладов XLVIII научной конференции МФТИ, Долгопрудный, 2006- С. 13.

183. A.S. Baturin, А.А. Chouprik, V.D. Frolov, Е.Р. Sheshin, E.V. Zavedeev // Тезисы докладов X международной научной конференции «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов», Судак, 2007 -С. 704.

184. А.А. Чуприк, А.С. Батурин, В.Д. Фролов, Е.В. Заведеев, В.И. Конов, С.М. Пименов, Б. Друзь, Е.П. Шешин II Тезисы докладов XII международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 2008 -С. 461.

185. F. Restagno, L. Bocquet, Т. Biben // Phys. Rev. Lett. 2000 V. 84. - P. 2433.

186. B. Bhushan // J. Vac. Sci. Technol. В 2004 -V. 21 P. 2262.

187. S. ivas Gomez-Mon, J.J. Saenz, M. Calleja, R. Garcia // Phys. Rev. Lett. 2003 V. 91 - P. 056101-1.

188. M. Calleja, M. Tello, R. Garcia // J. Appl. Phys. 2002 V. 92 - P. 5539.