Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование и разработка методов, алгоритмов и устройств управления съемом и предварительной обработки информации в сканирующем туннельном микроскопе Антонов, Александр Петрович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Антонов, Александр Петрович. Исследование и разработка методов, алгоритмов и устройств управления съемом и предварительной обработки информации в сканирующем туннельном микроскопе : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.13.05 / Санкт-Петербург. гос. техн. ун-т.- Санкт-Петербург, 1996.- 17 с.: ил. РГБ ОД, 9 96-2/2058-3

Введение к работе

з

Актуальность темы.

Анализ достижений в области сканирующей туннельной микроскопии показывает, что за свою недолгую историю (в 1986 году Г.Биннинг и Г.Рорер получили Нобелевскую премию за разработку первого сканирующего туннельного микроскопа) сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) стал мощным инструментом для исследования наноструктур в различных областях науки и техники.

Но особенно ощутимые результаты от применения СТМ могут быть получены в области электронного приборостроения, где СТМ, позволяющий видеть отдельные атомы, может с успехом применяться как для неразрушающего исследования и контроля субмикронных полупроводниковых структур, так и для создания операционных элементов с нанометровыми размерами (вплоть до размера атома), т.е. в так называемой напотехнологии квантовых интегральных схем. Практическое внедрение напотехнологии обеспечит возможность создания диодов, транзисторов, логических элементов, имеющих сверхвысокое быстро действ ней исключительно низкое потребление энергии, а также реализации сложнейших вычислительных систем на одном кристалле. Таким образом, новые возможности, открываемые нанотехнологией, могут существенно преобразовать существующие подходы к созданию электронных элементов и построению вычислительных систем.

Однако, для того, чтобы СТМ стал надежным инструментом в напотехнологии, он должен соответствовать ряду жестких критериев, в частности, позволять с высокой скоростью исследовать атомарную топографию участков поверхности размером от десятков ангстрем до десятков микрон и обеспечивать получение качественных и достоверных изображений атомарной топографии поверхности (АТП).

Современные же СТМ еще далеки от подобного идеала, а процедура получения качественных изображений атомарной топографии поверхности все еще не стала рутинной. Это противоречие определяет необходимость совершенствования СТМ и повышения его эффективности при исследовании атомарной топографии поверхности, а именно: улучшения качества получаемых изображений; повышения скорости измерения, в особенности при проведешш экспресс-анализа больших участков поверхности (размером десятки микрон). Основными современными направленнями в совершенствовании СТМ являются разработка новых и совершенствование существующих методов, алгоритмов и устройств управленім съемом и предварительной обработки информации.

Целью исследований, результаты которых представлены в настоящей работе, била именно разработка методов и средств совершенствования существующих СТМ.

Проведенные в рамках диссертационной работы исследования являются продолжением научно-исследовательской работы, выполненной в 1986-199 J гг. на Факультете технической кибернетики С-Петербургского Технического Университета по разработке и созданию первого серийного отечественного СТМ-СТМ "Пирамидка".

Тема диссертационной работы связана с планом госбюджетной научно-исследовательской работы "Исследование и разработка систем управления, контроля и диагностики" № 0890301 и согласуется с межвузовской научно-исследовательской программой "Приборы и устройства интегральной электроники", утвержденной комитетом РФ по высшей школе ( указание № 45-10).

Цель работы.

Цель диссертационной работы - повьшіеіше эффективности СТМ при измерении АТП, а именно: улучшение качества получаемых изображений ЛТП, повышение скорости измерения АТП.

Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:

  1. Разработка математических моделей полезною сигнала, получаемого в СТМ при измерении АТП, базирующихся на современном физическом представлении о кристаллической структуре поверхности, и проведение их исследования.

  2. Разработка методов, алгоритмов и структур съема и обработки информации, обеспечивающих улучшение качества получаемых изображений ЛТП и повышение скорости измерения АТП.

  3. Создание на этой теоретической базе инженерных инструментов, обеспечивающих возможность построения высокоэффективных устройств измерения ЛТП, и апробация их на практической задаче, связанной с совершенствованием серийного СТМ "Пирамидка".

Методы исследования.

Методы исследования базируются на использовании элементов теории вероятностей, цифровой обработки сипіалов, математической статистики, методов математического анализа и булевой алгебры.

5 Научная новизна работы.

  1. Разработаны математические модели полезных сигналов, получаемых в СТМ при измерении атомарно-чистых поверхностей кристаллов с гранецентрированной кубической решеткой типа (П1)(1х1), базирующиеся на современных физических представлениях о кристаллической структуре поверхностей;

  2. Показана необходимость предварительной медианной фильтрации получаемых в СТМ сигналов и разработана методика определения оптимального размера апертуры устройства медианной фильтрации, учитывающая особенности получаемого полезного сигнала, характерных для СТМ шумовых составляющих, а также нелинейный характер медианной фильтрации;

  3. Разработаны прямой, конвейерный и рекурсивный алгоритмы медианной фильтрации, основанные на использовании предложенной матрицы сравнений и ориентированные на асинхронный, параллельный процесс вычисления медианы;

  4. Разработаны структуры прямого, конвейерного и рекурсивного медианных фильтров, реализующие разработанные алгоритмы;

  5. Разработаны алгоритм и структура устройства управления съемом информации в СТМ, учитывающие особенности получаемого в СТМ полезного сигнала, и ориентированные на экспресс-анализ макроучастков ЛТП.

Практическая ценность.

На основе полученных з диссертационной работе теоретических результатов:

  1. Разработан инженерный инструмент для определения оптимального размера апертуры устройства предварительной медианной фильтрации СТМ, включающий методику определения оптимального размера апертуры и пакет программ;

  2. Создан инженерный инструмент для разработки СБИС медианного фильтра заданного типа, имеющего задаваемые размер апертуры и разрядность входных отсчетов;

  3. На базе разработанного инженерного инструмента для серийпого СТМ "Пирамидка" определен оптимальный размер апертуры устройства предварительной медианной фильтрации;

4. На базе созданного инженерного инструмента для серийного СТМ "Пирамидка"
разработана СБИС предваріггельноіі медианной фильтрации, имеющая апертуру
оптимального размера и позволяющая в реальном масштабе времени обрабатывать
получаемые отсчеты сигнала.

Оформлена заявка (№ 94-026546/281026614, приоритет от 18.07.94) и получено положительное решение о выдаче патента на изобретение: "Устройство измерения атомарной топографии поверхности'1,

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном семинаре "Нанотехнология квантовых интегральных схем" (Москва 1989); Всероссийской научно-практической конференциии "Инновационные наукоемкие технологии для России" (С-Петербург 1995), а также на семинарах кафедры АиВТ СПбГГУ.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.

Достоверность результатов.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается:

1. Экспериментальными исследованиями;

2. Результатом экспертизы Всероссийского научно-исследовательского института
патентной экспертизы;

  1. Корректным использованием математического аппарата;

  2. Апробацией работы в виде докладов на Всесоюзной и Всероссийской конференциях и публикаціш в научных изданиях;

Структура и объем работы.

Похожие диссертации на Исследование и разработка методов, алгоритмов и устройств управления съемом и предварительной обработки информации в сканирующем туннельном микроскопе