Способ изготовления острийного эмиттера для сканирующего туннельного микроскопа

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 J 9/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4910840/21 (22) 15,02,91 (46) 28,02.93. Бюл, М 8 (71) Научно-исследовательский технологический институт и Рязанский радиотехнический институт (72) И.В,Закурдаев, В.Ф.Гнидо, Б.Н.Трусов и И,B,Ñóðêîâ (56) Авторское свидетельство СССР

N1088083,,кл. Н 01 ) 9/02, 1983.

Вестник Московского университета, 1988, сер,3, т, 29, N 2, с, 87-89, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСТРИЙНОГО ЭМИТТЕРА ДЛЯ СКАНИРУЮЩЕГО

ТУННЕЛЬНОГО МИКРОСКОПА (57) Использование: изобретение относится к электронной технике, в частности к способам формирования острий, и может быть

Изобретение относится к электронной технике, в частности и способам формирования острий и может быть использовано при изготовлении острий для сканирующего туннельного микроскопа, Цель изобретения — повышение воспроизводимости радиуса закругления вершины острий в процессе травления.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2, 3, полученных с помощью растрового электронного микроскопа, показано сформированное согласно предлагаемому способу острие (фиг,2 иллюстрирует общую трехступенчатую форму острия, а фиг,3 — его вершину).

Устройство для изготовления острийнь!х эмиттеров состоит из ванны 1, заполненной раствором электролита, в которой

„„ Ц„„1798833 А1 использовано для изготовления острий для сканирующего туннельного микроскопа, Сущность изобретения; заготовка рабочей и нерабочей частями закрепляется на кварцевом держателе, в котором напротив области формирования острия выполнен паз. Потенциал подается на нерабочую часть заготовки, изолированную от электролита. Регулирование уровня электролита в области формирования острия осуществляется посредством перемещения штока 9.

Это позволит в процессе электрохимического травления заготовки 3 избежать подтравливания острия и неконтролируемого увеличения его радиуса, что, в конечном итоге, обеспечивает повышение воспроизводимости изготовления острийных эмиттеров с заданным радиусом, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. размещены жестко закрепленная на кварцевом держателе 2 заготовка 3 и вспомогательный электрод 4, подключенные к источнику питания 5, В держателе 2 напротив области травления заготовки 3 выполнен паз 6. Нижняя нерабочая часть заготовки 3, к которой подводится напряжение, изолирована от электролита посредством, например, полихлорвиниловой трубки

7, Крепление верхней и нижней частей заготовки 3 к держателю 2 осуществляется клеем, не реагирующим с электролитом и материалом держателя 2.

Необходимое положение держателя 2 в ванне 1 устанавливается механизмом перемещения 8, например, микрометрическим винтом, Для более точного установления уровня электролита в процессе формирования острия устройство снабжено штоком 9, 1798833 объем которого меньше объема электролита и механизмом его перемещения 10.

Контроль за уровнем электролита и процессом травления может производиться при помощи микроскопа (на чертеже не показано).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Держатель 2 с закрепленной на нем заготовкой 3 опускается в раствор электролита — 10 NaOH, причем держатель 2 устанавливается таким образом, чтобы уровень электролита приходился на середину паза 6 держателя 2, В качестве материала заготовки 3 используется стержень из тугоплавкого металла, например, вольфрама диаметром 1,5 мм.

Большой диаметр заготовки 3 необходим для обеспечения требуемой жесткости острия.

К заготовке 3 к электроду 4 от источника

5 подается рабочее напряжение. Процесс формирования острия проходит в 3 стадии.

Первая ступень острия формируется при токе 100 мА и напряжении 10 В. Линия смачивания электролитом заготовки (мениск) поддерживается на постоянном уровне путем опускания штока 9 в электролит, что исключает самопроизвольный сброс мениска.

Постоянный контроль за процессом травления ведется с помощью микроскопа.

При достижении диаметра заготовки порядка 800 мкм с помощью штока 9 смещают линию смачивания вниз на меньший диаметр заготовки и устанавливают на минимально возможном расстоянии, исключающем самопроизвольный возврат мениска в прежнее положение.

Затем формируют вторую ступень при токе порядка 60 мА. Стравливание прекращается в момент достижения диаметра заготовки пдрядка 300 мкм.

Аналогичным способом формируется третья ступень, При этом диаметр заготовки составляет 10 мкм, ток травления — 15 мА.

На этом диаметре в 3 — 5 растворе NaOH окончательно формируется кончик острия.

Минимальное расстояние от кончика острия до края ступени определяется согласно описанным выше условиям.

Так как объем штока 9 значительно меньше объема электролита, это позволяет очень точно регулировать положение мениска относительно неподвижной заготовки.

В результате этого повышается воспроизводимость длины и диаметра ступеней и, в свою очередь, воспроизводимость радиуса кривизны вершины острия.

После перетравливания заготовки травление ее верхней части прекращается, что обеспечивает формирование острия размером порядка 500 А с гарантированной воспроизводимостью. Разброс размеров острия не превышает 20; . Общая длина при данном способе составляет 60-70 от диаметра.

Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения кварца, нагрев нижней части держателя, находящейся B электролите, температура которого повышается с течением времени в процессе травления, не приводит к механической деформации заготовки, что повышает воспроизводимость острий.

Следует отметить, что в качестве материала держателя могут быть использованы материалы типа кварца или керамики, обладающие низким (порядка 10 К ) коэффициентом теплового расширения (КТР), Технический эффект от внедрения способа состоит в увеличении процента выхода одинаковых острий, а экономический эффект от внедрения заключается в снижении себестоимости острий, и повышении достоверности информации, получаемой методом

PTM при использовании острий с малым диаметром.

Формула изобретения

1, Способ изготовления острийного эмиттера для сканирующего туннельного микроскопа путем помещения заготовки в ванну с раствором электролита и электрохимического перетравливания заготовки посредством ступенчатой вытяжки, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости радиуса закругления вершины острия, перед травлением заготовку рабочей и нерабочей частями закрепляют на термоизоляционном диэлектрическом держателе, при травлении напряжения прикладывают к изолированной от электролита нерабочей части заготовки, а регулирование уровня электролита в области формировании острия производят относительно неподвижного держателя, 2. Способпо п1,отл ичающийся тем, что в качестве материала термоизоляционного диэлектрического держателя используют кварц, 1798833

1798833

Составитель И.Сурков

Техред М,Моргентал Корректор Н.Бучок

Редактор С,Егорова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 775 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская.наб., 4/5