Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 7
1.1 Виды зондовой микроскопии 7
1.2 Пленочные кантилеверы 27
1.3 Кремниевый кантилевер 28
1.4 Кантилеверы с вискерами 30
1.5 Краткие выводы к главе № 1 32
Глава 2. Формирование консоли кантилевера и аппаратура для исследования основных его параметров 33
2.1 Диффузия как основной метод формирования консоли кантилевера 33
2.1.1 Условия возникновения диффузии 33
2.1.2 Процесс диффузии и определяющие его факторы 34
2.1.3 Функция распределения концентрации примеси по глубине 34
2.1.4 Диффузия из постоянного внешнего источника (одностадийный процесс) 36
2.1.5 Диффузия из конечного поверхностного источника (вторая стадия двухстадийного процесса) 38
2.1.6 Рабочая камера диффузионной установки 40
2.1.7 Способы контроля диффузионного процесса 43
2.2 Растровая электронная микроскопия как основной метод контроля качества кантилеверов 44
2.2.1 Электронные пушки 45
2.2.1.1 Вольфрамовый термокатод 45
2.2.1.2 Стержневой катод из гексаборида лантана (LaBg) 51
2.3.1 Электронные линзы з
2.3.1.1 Общие свойства магнитных линз 55
2.3.1.2 Формирование пятна минимального размера
2.4.1 Аберрация в электронно - оптической мишени 61
2.4.2 Устройство объективной линзы 65
2.4.3 Глубина фокуса 67
2.5 Краткие выводы к главе № 2 69
Глава 3. Исследование процессов изготовления кантилевера с улучшенными параметрами 70
3.1 Исследование процесса формирования иглы кантилевера с улучшенными характеристиками 70
3.2 Разработка технологии изготовления кантилевера с использованием электрохимического травления 81
3.3 Краткие выводы к главе № 3 95
Глава 4. Разработка технологии изготовления управляемого кантилевера и методики расчетов сферического изгиба консоли кантилевера в зависимости от температуры 96
4.1 Разработка методики расчета деформации консоли кантилевера методом резистивного токового разогрева 96
4.2 Технологический маршрут изготовления многобалочного управляемого кантилевера 106
4.3 Краткие выводы к главе № 4 117
Заключение 119
Список использованных источников
- Кремниевый кантилевер
- Процесс диффузии и определяющие его факторы
- Разработка технологии изготовления кантилевера с использованием электрохимического травления
- Технологический маршрут изготовления многобалочного управляемого кантилевера
Введение к работе
Актуальность работы
В последнее время исследователи стали уделять пристальное внимание новой перспективной области - наноэлектронике. Ее развитие немыслимо без разработки методов исследования и диагностики свойств поверхности твердых тел с нанометровым разрешением. К эффективным относятся методы исследования на основе сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), в том числе методы, в которых применяются микромеханические зонды, так называемые кантилеверы.
Однако широкое использование СЗМ сдерживается рядом существующих проблем. В частности, одним из наиболее критичных элементов метода является кантилевер, от характеристик которого в значительной степени зависят результаты измерений. В настоящее время существующие конструктивно - технологические варианты изготовления кантилеверов не позволяют создать образцы, в полной мере удовлетворяющие все возрастающим требованиям исследователей.
Кантилевер представляет собой микрозонд в виде упругой консоли, на свободном конце которой сформирована острая игла.
Разрешающая способность СЗМ определяется следующими основными параметрами кантилевера:
радиус кривизны острия иглы;
высота иглы;
аспектное соотношение иглы;
шероховатость на обратной стороне консоли; Именно поэтому, тема диссертации посвящена разработке технологии изготовления кантилеверов, которая позволит изготавливать кантилеверы с улучшенными характеристиками. Представленная в диссертации методика расчета напряженно - деформированных состояний трехслойной консоли в условиях сферического изгиба, вызванного изменением температуры, позволит проводить анализ, необходимый для выбора материала и толщины управляющей части консоли. В связи с вышеизложенным тема диссертации является актуальной.
Целью диссертационной работы является разработка новой технологии изготовления кантилеверов с улучшенными характеристиками, а также разработка методики, позволяющей определять напряженно - деформированные состояния трехслойной консоли кантилевера в условиях сферического изгиба, вызванного изменением температуры. Разработан-
ная методика позволит рассчитывать изгиб трехслойной консоли, а также проводить анализ, необходимый для выбора оптимального материала управляющей части консоли.
Исходя из вышеуказанной цели, основными задачами работы являются:
исследования по разработке технологии, позволяющей изготавливать кантилеверы с улучшенным аспектным соотношением игл;
разработка технологического маршрута с использованием электрохимического травления с целью изготовления кантилеверов с улучшенными характеристиками;
разработка методики для определения напряженно - деформированного состояния трехслойной консоли кантилевера в условиях сферического изгиба, вызванного изменением температуры, которая позволит рассчитывать изгиб трехслойной консоли, а также проводить анализ, необходимый для выбора оптимального материала управляющей части консоли.
Научная новизна работы.
впервые предложен процесс формирования иглы кантилевера с улучшенным аспектным соотношением;
разработан технологический маршрут изготовления кантилевера с улучшенными характеристиками для сканирующей зондовой микроскопии;
впервые предложена методика для определения напряженно - деформированного состояния трехслойной консоли кантилевера, позволяющая обеспечить выбор оптимального материала и толщины для управляющей части консоли.
Практическая значимость диссертационной работы
- изготовлены иглы кантилеверов с улучшенными характеристика
ми для сканирующей зондовой микроскопии, которые также можно ис
пользовать в устройствах эмиссионной электроники;
- предложен технологический маршрут изготовления кантилевера,
преимущество которого состоит в следующем:
1) консоль кантилевера формируется электрохимически с автома
тической остановкой процесса травления, что обеспечивает однород
ность получаемых мембран по толщине, а также гарантирует минималь
ный разброс по параметрам кантилевера;
2) для автоматической остановки процесса травления консоли кан
тилевера не требуется высокая степень легирования кремния, которая
негативно влияет на дефектность получаемой иглы кантилевера;
3) величина коэффициента отражения от консоли кантилевера со
ответствует современным высоким требованиям, поскольку шерохова
тость на участке под иглой составляет всего лишь 4-6 нм;
- разработанная в рамках данной работы методика расчета
напряженно - деформированных состояний трехслойной консоли в усло
виях сферического изгиба, вызванного изменением температуры, позво
ляет проводить анализ, необходимый для выбора материалов управляю
щей части консоли.
Основные положения, выносимые на защиту:
процесс формирования иглы кантилевера с улучшенными характеристиками;
формирование консоли кантилевера диффузией фосфора и электрохимическим стоп-травлением;
- методика расчета напряженно - деформированных состояний
трехслойной консоли в условиях сферического изгиба вызванного изме
нением температуры.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на 6 научно--технических конференциях:
"Микроэлектроника и информатика - 2003". 10-я Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, Зеленоград, 2003г.
"Микроэлектроника и информатика - 2004". 11-я Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов, Москва, Зеленоград, 2004г.
3. "Нанотехнологии и фотонные кристаллы - 2004". 2-ой межре
гиональный семинар, Россия, Калуга, 15-17 марта, 2004г.
"Электроника и информатика", пятая Международная научно-техническая конференция, Зеленоград, 2005г.
"Микроэлектроника и информатика", четырнадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Зеленоград, 2007г.
"Материалы и устройства функциональной электроники и мик-рофотоники", тринадцатая Международная научно - техническая конференция, Москва, 2007г.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 124 страницы машинописного текста включая 4 таблицы, 72 рисунка и список использованных источников из 54 наименований.
Кремниевый кантилевер
Режим постоянной высоты часто используется для получения изображений атомно плоских поверхностей в атомном масштабе, где отклонения консоли и, следовательно, изменения прикладываемой силы всегда будут малыми. Режим постоянной высоты также важен для визуализации в реальном масштабе времени изменяющихся поверхностей, когда нельзя пренебречь высокой скоростью сканирования. Аналогичный метод построения изображений с таким же названием существует и у СТМ.
В другом методе, который называют режимом постоянной силы, отклонение измерительной консоли используется в качестве входного параметра для системы обратной связи, которая поддерживает величину этого отклонения постоянной. В данном случае сканирующее устройство передвигается вверх и вниз по оси Z в соответствии с текущими условиями микрорельефа поверхности образца, и на основании данных об этих перемещениях формируется изображение топографии. Режим постоянной силы обычно наиболее предпочтителен в большинстве приложений: хотя скорость сканирования здесь ограничена скоростью реакции системы обратной связи, но общее воздействие, оказываемое на образец острием сканирующей иглы, хорошо контролируется. Действительно, при поддержании постоянного отклонения консоли суммарная сила, прикладываемая к образцу, остается постоянной. Изображения, полученные в режиме постоянной силы, обычно достаточно легко интерпретировать как образы топографии. Если проводить аналогию с СТМ, то подобным здесь будет режим постоянного тока.
В динамическом режиме система АСМ модулирует механические колебания измерительной консоли на частоте, близкой к резонансной (типичные значения находятся в пределах от 30 до 300 кГц), с амплитудой в несколько нанометров. Величина самой резонансной частоты зависит от прикладываемой внешней силы, и поэтому в процессе приближения острия сканирующей иглы к поверхности образца она изменяется, поскольку при этом изменяется и величина Ван-дер-Ваальсовой силы (рис. 3). Отталкивающая сила стабилизирует упругую реакцию консоли и увеличивает резонансную частоту, тогда как при воздействии притягивающей силы наблюдается обратная картина.
В процессе сканирования образца в динамическом режиме система обратной связи АСМ передвигает сканирующее устройство вверх и вниз, сохраняя либо амплитуду, либо резонансную частоту измерительной консоли постоянной, что позволяет поддерживать постоянным и среднее расстояние между острием и образцом. Как и при работе в статическом режиме постоянной силы, данные о передвижениях сканирующего устройства используются для визуализации топографии. При таком методе измеряется и визуализируется поверхность постоянного градиента сил. В качестве альтернативного метода можно получать образы поверхности переменного градиента сил, для чего необходимо просто отключить систему обратной связи. Подобно статическому режиму эти два метода обеспечивают, соответственно, легкость восприятия АСМ-изображения и высокую скорость сканирования. Чувствительность схемы детектирования в динамическом режиме обеспечивает субангстремное вертикальное разрешение на изображениях.
Для получения изображений поверхности образца можно использовать не только данные о перемещении сканирующего устройства так называемую "запись по высоте", но и об изменении в процессе сканирования амплитуды или частоты колебаний консоли. В случае "записи по амплитуде" или "по частоте" появляется возможность визуализировать распределение механических свойств по поверхности образца, что дает не менее ценную информацию, чем данные о его топографии.
Качество результатов, которые можно получить на бесконтактном АСМ, в значительной мере зависит от использования качественной измерительной консоли и сканирующей иглы. Измерительная консоль для бесконтактного режима, как отмечалось, должна быть значительно жестче, чем консоль для контактного АСМ, чтобы в процессе своих осцилляции (колебаний) она случайно не коснулась поверхности. Более того, острая игла для бесконтактного АСМ даже более важна, чем для контактного: при работе в бесконтактном режиме наклон кривой Ван-дер-Ваальсовых сил пологий, поэтому с поверхностью образца будет взаимодействовать большее количество атомов острия.
Режим "обстукивания" по сути является реализацией контактного АСМ в динамическом режиме, образ действия которого подобен бесконтактному. В режиме "обстукивания" измерительная консоль колеблется на своей резонансной частоте с высокой амплитудой порядка 100 нм. При каждом колебании острие касается образца в своей нижней точке (отсюда термин режим "обстукивания"). При работе в режиме "обстукивания" повреждение образца менее вероятно, чем в контактном, поскольку в процессе перехода к каждой последующей точке сканирования устраняются боковые (латеральные) силы (трение или протягивание) между образцом и острием. Однако вертикальные силы в режиме "обстукивания" должны быть значительно вьппе, чем капиллярная сила (10 8 Н), для того чтобы дать острию сканирующей иглы возможность проникать внутрь и выходить из водного слоя без задержки. Эта вертикальная сила достаточно велика, чтобы деформировать поверхность мягких и упругих материалов. Поэтому изображения, полученные в режиме "обстукивания", часто представляют собой смесь топографии и упругих свойств поверхности образца [15].
МАГНИТНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОП (МСМ). (МСМ) отображает пространственные вариации магнитных сил на поверхности образца. Особенностью конструкции МСМ является то, что острие сканирующей иглы покрывается тонкой ферромагнитной пленкой (рис. 6). МСМ работает в бесконтактном режиме и детектирует изменения в резонансной частоте измерительной консоли, обусловленные изменениями магнитного поля в зазоре между острием сканирующей иглы и образцом. МСМ может визуализировать естественно встречающиеся и свободно записанные доменные структуры в магнитных материалах [10].
Процесс диффузии и определяющие его факторы
Существуют также электронные пушки с высокой яркостью со стержневым катодом из LaB6 [31, 32, 34]. Этот катод имеет намного большее отношение плотности электронной эмиссии к скорости испарения, чем обычный V-образный вольфрамовый катод с диаметром нити 0,1 мм. Трудности, препятствовавшие развитию пушки с катодом из LaB6, были связаны, во-первых, с необходимостью о
Расположение основных частей электронной пушки с катодом из гексаборида лантана: лучшего вакуума в области пушки (10" мм рт. ст.), чем в обычных рентгеновских микроанализаторах и растровых электронных микроскопах, и, во-вторых, с невозможностью осуществить непосредственный нагрев катода LaB6, как в случае вольфрамового катода. Обычно катод представляет собой маленький твердый стержень из LaB6 с площадью поперечного сечения 1 мм2 и длиной 1,6 см. Конец стержня, с которого происходит эмиссия, заточен до острия радиусом 10 мкм. Другой конец катода закреплен в теплопоглотителе, температура которого во время работы поддерживается гораздо более низкой. На рис. 21 показана схема такой пушки. Катод помещается в катушку из вольфрамовой проволоки и нагревается до высокой температуры за счет пропускания тока через нее. Тепло передается катоду за счет излучения или за счет комбинации излучения и электронной бомбардировки с катушки нагревателя. Вокруг нагревателя расположены экраны для защиты от нагрева и испарения. Обычно температура острия катода из LaB6 находится в диапазоне 1700 - 2100 К. При этом напряжение смещения должно быть 1000 В или больше, обычно оно составляет 2500 В [33].
Измерение времени жизни и плотности тока эмиссии [34] показало, что катод из LaB6 дает очень высокую плотность тока: приблизительно 65 А/см2 при 1600С и 100 А/см2 при 1680С. Плотность тока катода из гексаборида лантана приблизительно на порядок выше, чем у обычного вольфрамового катода. По данным этой работы и закону Ричардсона (2-1), были найдены постоянная А, равная 40 А/(см2-К2), и работа выхода ф, равная 2,4 эВ. Поле у острия катода может быть весьма высоким и достаточным для того, чтобы снизить работу выхода ф на 0,1 эВ за счет эффекта Шоттки [33]. Работа выхода для LaB6 намного ниже, чем для W, что является причиной более высокой эмиссии. При плотности тока менее 10 А/см2 время жизни катода из ЬаВб превышает 10000 ч, т. е. на два порядка больше, чем у стандартного вольфрамового катода. Даже при 50 А/см срок службы катода составляет 200 ч. Согласно формуле Лэнгмюра, плотность эмиссии 65А/см при температуре 1600С была бы достаточной для создания яркости около 10 А/(см2ср2) при напряжении 75 кВ, или 3-Ю6 А/(см2-ср2) при 25 кВ. Такая яркость по крайней мере в пять раз больше, чем у вольфрамового катода, работающего при максимальной температуре при 25 кВ. Как было показано экспериментально, удовлетворительные катоды из LaB6 дают максимальную яркость порядка 10 А/(см2-ср2) при 75кВ [35]. Максимальная яркость часто снижается, однако после 50 ч работы катод может работать удовлетворительно еще в течение нескольких сотен часов, находясь на уровне больше чем 5-Ю5 А/(см2-ср2) при 75 кВ, то есть рассматриваемый катод (LaB6) наиболее эффективен при измерении параметров кантилеверов нежели вольфрамовый термокатод.
Пушки с катодами из LaB6 использовались в растровом электронном микроскопе высокого разрешения, сконструированном фирмой IBM [36], оценка минимального диаметра зонда составила 30 - 50 А при токе пучка 10"11 А и ускоряющем напряжении 24 кВ. Тогда же несколько фирм также применили LaB6. Необходимость вакуума 10"6 мм рт. ст. и выше требует улучшения вакуумной системы пушки и ограничивает применение пушек с катодом из LaB6 во многих приборах.Расположение основных частей автоэмиссионной электронной пушки: - автоэмиссионное острие, 2 - первый анод, 3 - второй анод.
Источником электронов, потенциально обладающим очень большой яркостью, является автоэмиссионная пушка. Подобный источник был разработан Крю и его группой [37]. В нем для получения электронов используется не описанный выше процесс термоэлектронной эмиссии, а процесс автоэлектронной эмиссии. Процесс автоэмиссии возникает за счет прикладывания отрицательного напряжения к очень тонкому металлическому острию, и это сильное электрическое поле вырывает электроны из острия. На рис.22 показано устройство автоэмиссионной пушки.
Разработка технологии изготовления кантилевера с использованием электрохимического травления
В пределе, когда 5/М приближается к электронно-оптическому разрешению прибора d3 мы имеем Q Q" = [(8/М) - d3]/a (2-22) поскольку любая точка в положении Q должна быть менее d3. Если разрешение глаза составляет 0,1 мм, увеличение фотографии 10000 X, угол а объективной линзы равен 0,5 10"2 рад и d3 = 50 А, то глубина фокуса Q Q" будет равна 1 мкм. Это довольно большая величина при таком увеличении. Глубина фокуса для микрофотографий в растровом электронном микроскопе с малым увеличением намного больше, например 2 мм, при увеличении 10 X. При сопоставимых увеличениях глубина фокуса растрового электронного микроскопа приблизительно в 100 раз больше, чем у светового микроскопа, так как величины угла ос объективной линзы световых микроскопов гораздо больше. Это увеличение глубины фокуса по сравнению со световым микроскопом имеет большое значение для наблюдения образцов с неровными поверхностями.
При исследовании образцов в растровом электронном микроскопе часто идут на компромисс между глубиной фокуса и высоким разрешением. Глубина фокуса может быть увеличена за счет уменьшения угла а. Если последняя диафрагма имеет фиксированный размер, угол а может быть уменьшен с помощью увеличения расстояния между образцом и нижней частью объективной линзы, т. е. за счет увеличения рабочего расстояния. Однако это изменение будет ухудшать разрешение прибора и увеличивать d3, так как величина уменьшения объективной линзы снижается (рис.28). Если рабочее расстояние сохраняется постоянным, то глубину фокуса можно увеличить за счет уменьшения размера последней диафрагмы. Однако меньшее значение угла а может уже не быть оптимальным и может ухудшить разрешение прибора и увеличить d3. Во многих приборах есть возможность варьировать как рабочим расстоянием, так и размером диафрагмы. Поэтому при исследовании образцов имеющих микро - и нанометровые размеры, в частности кантилеверов, оператор растрового электронного микроскопа должен решать, какая информация ему более необходима, чтобы достичь наилучшего компромисса. 2.5 Краткие выводы к главе № 2
Ведущие производители кантилеверов: Digital Instruments, Micromasch, Nanosensors, Olympus, NT-MDT изготовляют кантилеверы, которые характеризуются недостаточно высоким аспектным соотношением иглы кантилевера и других параметров. Поэтому нами были проведены исследования по изготовлению иглы кантилевера, с целью улучшения ее параметров: угла при вершине иглы, радиуса округления острия иглы, аспектного соотношения. Исследовали четыре типа маскирующих покрытий: 1. Круглое маскирующее покрытие; 2. Квадратное маскирующее покрытие; 3. Маскирующее покрытие, усеченное под углами 150 и 120; 4. Маскирующее покрытие, усеченное под углами 135; Формирование иглы проводили в 75% растворе КОН при температуре 145 150С Вначале было проведено исследование круглого маскирующего покрытия с диаметрами 70мкм и 80мкм.
Исследованные образцы игл кантилеверов имеют радиус округления острия, аналогичный образцам игл, полученным при использовании круглого маскирующего покрытия. На рисунке 32 видно, что основание иглы имеет явно выраженную форму квадрата, но данные образцы игл кантилеверов по некоторым параметрам уступают образцам, полученным при использовании маскирующего покрытия в форме круга. Также было проведено исследование процесса формирования иглы кантилевера с применением маскирующего покрытия квадратной формы, усеченной под углами 120 и 150 (рис. 34). В процессе исследования были получены следующие результаты (рис. 38 - 40):
Высота иглы кантилевера, полученной при использовании квадратного маскирующего покрытия, усеченного под углами 135 Рис. 41 Радиус округления иглы кантилевера, полученной при использовании квадратного маскирующего покрытия, усеченного под углами 135
В ходе дальнейшего исследования были проведены эксперименты по формированию иглы кантилевера в два этапа с использованием маскирующего покрытия квадратной формы, усеченного под углами 135 .
Сначала пластина со сформированными на ней маскирующими покрытиями травилась в 75% растворе КОН при температуре 145-150С до удаления маскирующего покрытия.
Затем пластина со сформированными на ней иглами травилась в растворе 50% КОН при температуре 80-90 С до достижения оптимальных параметров иглы кантилевера. В результате эксперимента была получена игла представленная на рис. 42 [47]. Рис. 42 Игла кантилевера, полученная при использовании маскирующего покрытия квадратной формы, усеченной под углами 135, при травлении в два этапа
В таблице 3 представлены данные сравнительного анализа параметров игл кантилеверов, изготовленных нами, с параметрами игл кантилеверов известных производителей. Таблица 3. Данные параметров игл кантилеверов изготовленных нами, с данными других производителей.
Дальнейшее развитие и перспективность сканирующей зондовой микроскопии и нанотехнологии требует усовершенствования измерительных инструментов. Острые иглы на пружинящих балках, так называемые кантилеверы, являются основным инструментом для измерения физико-химических свойств поверхностей сканирующей зондовой микроскопии. В настоящее время к параметрам кантилеверов, вследствие расширения областей применения СЗМ, предъявляются все более жесткие требования, в частности, к таким параметрам, как радиус округления иглы кантилевера, шероховатость поверхности обратной стороны консоли.
Технологический маршрут изготовления многобалочного управляемого кантилевера
Были исследованы вольт - амперные характеристики для электрохимического травления кремния р - и п - типов, кристаллографической ориентации (100) (рис.55). В ходе эксперимента было установлено оптимальное значение потенциала пассивации слоя кремния п - типа (ППп) равное -0,7 В [48]. ПОД -0. 0.18 Электрохимическая вольт-амперная характеристика кремнияр-ип-типа ориентации (100) при травлении в 40% растворе КОН и при температуре 80С. ППп - потенциал пассивации кремния п - типа; ППр - потенциал пассивации кремния р - типа; ПОЦ - потенциал открытой цепи.
Разработанная нами технология изготовления кантилевера позволяет: 1. Уменьшить шероховатость на обратной стороне консоли кантилевера, которая составляет 4 - 6 нм на участке под иглой; 2. Реализовать следующие параметры иглы кантилевера: - высота иглы - от 20 до 25 мкм; - радиус округления острия иглы кантилевера - 10 нм; - угол при вершине иглы кантилевера - 15 - 17; Таким образом, разработанная технология дает возможность изготавливать кантилеверы с улучшенными параметрами. Полученные результаты можно использовать не только при создании кантилеверов, но и в устройствах эмиссионной электроники. 3.3 Краткие выводы к главе № 3
В данной главе показана возможность изготовления иглы кантилевера с улучшенными характеристиками, благодаря использованию маскирующего покрытия квадратной формы ученного под углами 135 и травлением в два этапа.
Разработанный технологический маршрут позволяет изготавливать кантилеверы с о следующими параметрами: 1. Шероховатость на обратной стороне консоли кантилевера, которая составляет 4 - 6 нм на участке под иглой; 2. Параметры иглы кантилевера: высота иглы - от 20 до 25 мкм; радиус округления острия иглы кантилевера - 10 нм; угол при вершине иглы кантилевера- 15 - 17;
В настоящее время актуальной задачей в сфере микро - и наноэлектроники является развитие приборов на основе сканирующей зондовой микроскопии. Разработка многобалочного, универсального инструмента позволит увеличить производительность микроскопа и расширить его функциональные возможности. Многозондовый кантилевер является инструментом, обеспечивающим возможность индивидуального считывания информации с каждого кантилевера и индивидуального управления изгибом консоли.
Для управления изгибом консоли кантилевера используется несколько методов, в частности, метод резистивного токового разогрева на базе структуры металл - оксид - полупроводник. По тонкой пленке металла пропускается ток, который нагревает консоль по всей толщине и вызывает деформацию изгиба консоли кантилевера. Регулируя силу тока в каждой консоли, можно управлять работой зондов.
В настоящей главе разработана методика, исследования напряженно -деформированного состояния трехслойной консоли в условиях сферического изгиба, вызванного изменением температуры. Методика позволяет не только рассчитывать изгиб трехслойной консоли, но также дает возможность выбора оптимального материала для управляющей части консоли (резистора).
На рис. 56 представлена схема расчета консоли кантилевер - трехслойная пластина прямоугольного сечения. Основные параметры пластины: длина /, ширина Ь, толщины слоев hi, h2, h3. С целью упрощения в расчете принимаем ширину всех слоев пластины Ъ\ -1. При изменении температуры рассматриваемой системы на величину АГ получаются следующие параметры деформации: прогиб (вертикальное перемещение консольного конца) f, координата нейтрального слоя а, радиус кривизны нейтрального слоя р. Форма деформированного нейтрального слоя близок к сферическому, кривизна X = —. Р
Похожие диссертации на Исследование процесса изготовления кантилевера с улучшенными характеристиками для сканирующей зондовой микроскопии
