Развитие современной полупроводниковой технологии было бы немыслимо без микроскопических способов
исследования. Требования к интеграции полупроводниковых логических элементов, уменьшению их размеров, улучшения
качества задают необходимость в точной диагностике границ раздела. Развитие процессов самоорганизации
на поверхностях полупроводников, систем молекулярно-лучевой эпитаксии, нанолитографии несёт за собой развитие
новых полупроводниковых технологий.
К сожалению электронная микроскопия ограничена в своих возможностях
по исследованию и диагностике поверхности. Наряду с огромными плюсами, которые она имеет (например,
возможность иметь в каждый момент информацию о всей поверхности, возможность реализации in-situ экспериментов),
существует несколько неоспоримых недостатков. К таковым относятся, в первую очередь, необходимость достаточного
вакуума для получения относительно хорошего разрешения (нет возможности исследовать жидкостные объекты), отсутствие
возможности просмотра больших образцов, достижение атомного разрешения в критических для поверхности условиях, когда
энергия пучка электронов достигает величины до 300 КэВ.
 |
| Сканирующий туннельный микроскоп.
| | | |
|
В связи с этим неоспоримым достижением стало
открытие 1982 году (момент опубликования в Phys. Rev. Lett.) Генрихом Рорером и Гердом Биннигом метода
сканирующей туннельной микроскопии, которая положила начало развитию сканирующей зондовой микроскопии. Работая над
микроскопическими исследованиями роста и электрических свойств тонких диэлектрических слоев в лаборатории IBM
в Рюмликоне в Швейцарии, авторы думали использовать туннельную спектроскопию. В то время были известны
работы Янга о полевом излучающем микроскопе, Томпсона по туннелированию в вакууме с управляемым остриём,
так что мысль о способности измерения с помощью эффекта туннелирования не только спектроскопических свойств
поверхности, но и её рельефа, была основана на трудах немалого количества исследователей.
Необходимо было решить множество технических проблем: как избежать механических вибраций, приводящих к столкновению
острия с поверхностью (мягкая подвеска), какие силы действуют между образцом и остриём (к созданию АСМ),
как перемещать остриё с такой высокой точностью (пьезоэлектрик), как приводить образец и остриё в контакт
(специальный держатель), как избежать тепловых флуктуаций (использование не нитевидных кристаллов с большими
упругими константами, низкие темепературы), форма острия и её получение (на поверхности основного острия
существуют миниострия — сначала использовались они, потом с помощью самого процесса
туннелирования — сильное вакуумное электрическое поле при напряжении всего лишь несколько вольт вызвало миграцию
ионов (испарение)).
И вот когда авторы получили атомное изображение давно волновавшей всех поверхности кремния
с периодом 7 на 7, — в 1986 году мир отметил их Нобелевской премией. Множество
трудностей, которые усложняли исследование образцов в СТМ, побудили к 1986 году разработать их первый
атомно-силовой микроскоп, который мог использовать те самые силы взаимодействия между образцом и остриём, которые
так мешали в случае СТМ. Атомно-силовой микроскоп позволял проводить измерения не только в вакууме,
но и в атмосфере, заранее заданном газе и даже сквозь плёнку жидкости, что стало несомненным успехом для
развития биологической микроскопии. Так была положено начало эры сканирующей зондовой микроскопии. Вскоре была представлена
микроскопия ближнего поля, которая задействовала оптические волны для разрешения объектов до 10 ангстремм.
Современная атомно-силовая микроскопия активно используется во всем мире для исследования как полупроводников,
так и любых других материалов. Очень широкое развитие она получила по исследованию вирусов, клеток, генов
в биологии, — там с ней связывают большие надежды. Интересным является возможность использовать АСМ
для литографии, — как механического царапания поверхности шипом, так и окисления поверхности под шипом
при подаче на иглу потенциала. Это открывает большие возможности по использованию самого метода СЗМ для нужд
нанолитогафии.
|
|  |
|
