Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ФАКУЛЬТЕТ ФИЗИЧЕСКОЙ И КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
КАФЕДРА НАНОМЕТРОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛОВ
УДК 539.25
ОТЧЁТ ПО НИР
на тему:
КОНТАКТНЫЙ И ПОЛУКОНТАКТНЫЙ МЕТОД
АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ.
ОЦЕНКА ШЕРОХОВАТОСТИ НАНОСТРУКТУР
Долгопрудный 2014
СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
Руководитель темы,
___________________________ М. Спиридонов
подпись, дата
Исполнители темы
____________________________ Д.В. Додонов
подпись, дата
____________________________ А.А. Сапегин
подпись, дата
2
Реферат
Отчет 13 с., 1 ч., 8 рис., 2 табл.
АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОП (АСМ), КОНТАКТНЫЙ МЕТОД РАБОТЫ
АСМ, ПОЛУКОНТАКТНЫЙ МЕТОД РАБОТЫ АСМ, МШПС 2.0К, ШЕРОХОВАТОСТЬ.
Объектом исследования являются: МШПС 2.0K (образец №1) и кремниевая
пластина (образец №2).
Цель работы — изучение методов работы АСМ, получение навыков анализа и
обработки данных,
калибровка АСМ с использованием МШПС 2.0К, оценка
шероховатости образца №2 в полуконтактном режиме работы.
В работе использовался микроскоп Ntegra Aura, с помощью которого были
получены изображения исследуемых структур.
В результате работы был откалиброван АСМ, оценена шероховатость пластины
кремния.
3
Содержание
Обозначения и сокращения .............................................................................5 стр.
Основная часть ..................................................................................................6 стр.
Выводы ..............................................................................................................13 стр.
4
Обозначения и сокращения
АСМ – атомно-силовой микроскоп
СЗМ – сканирующий зондовый микроскоп
5
Основная часть
1. Оборудование
В работе использовался СЗМ Ntegra Aura (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Микроскоп Ntegra Aura
6
В основе работы АСМ лежит силовое взаимодействие между зондом и
поверхностью, для регистрации которого используются специальные зондовые датчики,
представляющие собой упругую консоль с острым зондом на конце (рис. 2). Сила,
действующая на зонд со стороны поверхности, приводит к изгибу консоли. Регистрируя
величину изгиба, можно контролировать силу взаимодействия зонда с поверхностью.
Регистрация проводится с помощью оптической системы, которая юстируется таким
образом, чтобы излучение полупроводникового лазера фокусировалось на консоли
зондового датчика, а отраженный пучок попадал в центр фоточувствительной области
фотоприемника (рис. 3). В качестве позиционно-чувствительных фотоприемников
применяются четыре секционные полупроводниковые фотодиоды.
Рисунок 2 – Схема зондового датчика
Рисунок 3 – Схема оптической регистрации
7
2. Исследуемый образец
В
работе
исследуются
два образца: МШПС 2.0К (образец №1, Рисунок 4),
состоящий из нанорельефных шаговых структур, сформированных на поверхности
кремния и образец №2, представляющий собой кремниевую пластину (Рисунок 5).
Рисунок 4 – Образец №1
Рисунок 5 – Образец №2
8
3. Калибровка
Сначала фотографии (Рисунок 6) выравнивались (поворачивались). Критерий
выравнивания: рассматривалось две строки – 100-ая и 500-ая (отступ от нижней границы
информативной части изображения ~ 500 строк); затем поворотом изображения
добивались совпадения горизонтальных координат первого максимума высоты для обеих
строк. С целью уменьшения отношения сигнал/шум проводилось суммирование по 10
строкам изображения. При этом координаты последних максимумов вдоль этих же строк
тоже получались одинаковые.
Рисунок 6 – Рельеф поверхности
При анализе полученных изображений использовалась функция Average Profile в
программе Image Analysis 3.5, с помощью которой строился рельеф поверхности,
усреднённый по 400 строкам (Рисунок 7). Шаг T определялся как расстояние между
соседними вершинами структуры (вершина – точка с максимальным значением высоты).
Основной вклад в погрешность внёс шаг микроскопа в горизонтальном направлении.
T = 2040 ± 5 нм.
Таким образом, калибровочный коэффициент равен:
k=
± 0.0025
k=
9
Рисунок 7 – Профиль поверхности
10
4. Измерение шероховатости
В ходе работы были получены изображения пластины кремния при различных
разрешениях и размерах исследуемой области. Для анализа шероховатости изображения
предварительно применялась функция Fit Lines by Area, после чего использовалась
функция Roughness Analysis.
Рисунок 8 – Изображение образца №2 после применения Fit Lines by Area
Результаты обработки функцией Roughness Analysis с учётом калибровки представлены в
таблице 1.
Таблица – 1
Шероховатость
2,52 мкм, 128 пикселей
5,02 мкм, 512 пикселей
Sa, нм
1,82
1,82
Sq, нм
2,33
2,34
11
В таблице 1 Sa – средняя шероховатость, Sq – среднеквадратичная шероховатость.
∑ ∑| (
где
)
|
– средняя высота изображения:
∑∑ (
√
∑ ∑| (
12
)
)
|
Выводы:
В ходе работы:
1.
Изучены методы работы атомно-силового микроскопа;
2.
Получен калибровочный коэффициент k = 0.9804 ± 0.0025;
3.
Оценена шероховатость пластины кремния при различных разрешениях.
Таблица – 2
Шероховатость
2,52 мкм, 128 пикселей
5,02 мкм, 512 пикселей
Sa, нм
1,82
1,82
Sq, нм
2,33
2,34
13
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв