Способ получения зондов с углеродными нанотрубками

Изобретение относится к области вакуумной техники и технологии получения углеродных наноструктур, таких как углеродные нанонотрубки на кончике зондов, которые применяются в зондовой микроскопии для прецизионного сканирования. Способ получения зондов с углеродными нанотрубками осуществляется путем нанесения углеродных пленок с нанотрубками методом магнетронного распыления в вакууме при постоянном токе 100-140 мА с использованием мишени из углерода с катализатором роста нанотрубок. Заготовки зондов помещают в вакуумную установку. Далее проводится напыление углеродной пленки с нанотрубками в остаточной атмосфере инертного газа. Изобретение позволяет получать зонды с углеродными нанотрубками, расположенными перпендикулярно поверхности зонда, в необходимых количествах, без использования взрывоопасных веществ и сложных установок. 6 ил.

 

Изобретение относится к области вакуумной техники и технологии получения углеродных наноструктур, таких как углеродные нанотрубки на кончике зонда. Они могут быть использованы в зондовой микроскопии в качестве сканирующего зонда для прецизионного сканирования, заметного улучшения контроля качества образцов и для нанолитографии.

Известен способ получения особо острых зондов, основанный на методе полевой эмиссии [1], который заключается в том, что вольфрамовые нановолокна выращивают на кончике кремниевого зонда при воздействии поля эмиссии в высоковакуумной камере, совмещенной с электронным микроскопом. Две заготовки из электрохимически травленых вольфрамовых зондов помещались на два микроманипулятора. Подача рабочего газа - вольфрамового гексарбонила при температуре 35°С и включение постоянного поля эмиссии индуцировали процесс роста вольфрамовых нановолокон на одной из заготовок зондов, выступающей в качестве катода. Длина образующегося нановолокна зависит от длительности воздействия полем. Однако известный метод плохо контролируется и не предполагает образование прочного кончика зонда с малым количеством дефектов.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ получения углеродных нанотрубок на кончике зонда путем химического осаждения паров [2], принятый за прототип. В этом способе предлагается предварительно электрохимически заточенный вольфрамовый зонд нагревать до температуры 700°С сначала в среде аргона, а потом в среде этилена. Таким образом, вся поверхность зонда покрывается множеством нанотрубок, которые после этого в основном стравливаются пучком электронов в электронном микроскопе. Хотя этот способ гарантирует образование нанотрубки на кончике зонда, однако он плохо контролируется и отличается крайней сложностью и многостадийностью.

Технический результат, направленный на снижение многостадийности и воспроизводимости результатов, заключается в напылении нанотрубок непосредственно на кончик зонда. Это достигается тем, что углеродные пленки наносят путем магнетронного распыления в вакууме при постоянном токе 100-140 мА с использованием мишени из углерода с катализатором роста нанотрубок.

Магнетронное распыление оптимально для нанесения нанотрубок на кончик зонда, поскольку обеспечивает локальность распыления и роста нанотрубок. Необходимым условием распыления является высокий вакуум, что обеспечивает бездефектность образующихся нанотрубок. При подаче тока менее 100 мА распыление слабое и нанотрубки не образуются, а при подаче тока более 140 мА происходит интенсивное распыление, качество углеродных пленок, и соответственно нанотрубок, падает.

Данный способ был реализован с помощью научно-исследовательской вакуумной установки УРМ-3 [3].

На фиг.1 изображена схема экспериментальной установки, состоящей из вакуумной камеры 1, магнетронного узла с мишенью 2, держателя образцов 3 и пластины с зондами 4. В качестве мишени использовался диск из чистого графита для стержней реакторов с металлическими катализаторами Y, Ni (иногда Со, Fe). Площади поверхностей составных частей мишени соотносились как C:Y:Ni=94:5:1. После предварительной откачки в камеру напускался рабочий газ - аргон. В качестве заготовок зондов использовалась платино-иридиевая, вольфрамовая и золото-коваровая проволока. Проволока, разрезанная на части длиной 2-3 см, закреплялась в держателе образцов на расстоянии 3-5 см над мишенью.

Эти заготовки зондов помещались в вакуумную установку. Далее проводилось напыление углерода в остаточной атмосфере инертного газа. Электрический режим разряда: постоянный ток питания мишени 100-140 мА, напряжение разряда 150-400 В.

Полученные зонды с нанотрубками исследовались на растровом электронном микроскопе (РЭМ), а также проводилось сравнительное тестирование с зондами без нанотрубок на сканирующем туннельном микроскопе (СТМ).

Методом РЭМ были исследованы кончики зондов - на большинстве зондов были обнаружены нанотрубки диаметром от 10 нм, расположенные перпендикулярно к поверхности зонда. На фиг.2 представлено РЭМ-изображение кончика платиново-иридиевого зонда с увеличением в 170 раз. При большем увеличении в 30 000 раз (фиг.3) на кончике зонда были обнаружены нанотрубки диаметром ~30 нм.

По результатам сравнительного тестирования полученных зондов и зондов без нанотрубок была подтверждена высокая разрешающая способность зондов с нанотрубками вплоть до атомарного разрешения. На фиг.4 представлено СТМ-изображение кристаллической решетки высокоориентированого пиролитического графита, полученное платиново-иридиевым зондом с нанотрубкой.

Так же с помощью СТМ-метода была показана пригодность зондов с нанотрубками для проведения нанолитографии (фиг.5а) - диаметр образующихся каналов 20 нм и менее (фиг.5б).

На фиг.6 приведены результаты сканирования обычным платино-иридиевым зондом (фиг.6а) и платино-иридиевым зондом с нанотрубкой (фиг.6б) тестового образца из DVD-диска. Хорошо видно, что на фиг.6б прописаны все области с высоким разрешением, поскольку малый диаметр нанотрубки позволяет проникать даже в области между дорожками DVD-диска, а малая величина закругления кончика нанотрубки обеспечивает высокое разрешение в каждой точке сканирования. Следовательно, зонд с нанотрубкой обеспечивает на порядок лучший контроль качества образцов по сравнению с обычными зондами.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать зонды с углеродными нанотрубками диаметром от 10 нм и расположенными перпендикулярно поверхности зонда в необходимых количествах без использования взрывоопасных веществ (углеводородов и т.п.) и сложных установок. Помимо этого получаемые зонды отличаются прочностью, малодефектностью и износостойкостью.

Список литературы:

[1] А.В.Н. Тау, J. Т. L. Thong «Fabrication of super-sharp nanowire atomic force microscope probes using a field emission induced growth techniques». // Review of scientific instruments, v. 75, №10 (2004), 3248-3255.

[2] Y. Shingaya, T. Nakayama, M. Aono «Carbon nanotube tip for scanning tunneling microscopy». // Physica B, 323 (2002), 153-155.

[3] Антоненко С. В., Мальцев С.Н., RU 2218299 С1, 17.07.2002.

Способ получения зондов с углеродными нанотрубками, заключающийся в нанесении углеродных пленок с нанотрубками на кончик зонда, отличающийся тем, что углеродные пленки наносят путем магнетронного распыления в вакууме при постоянном токе 100-140 мА с использованием мишени из углерода с катализатором роста нанотрубок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной технике, а именно к материалам, предназначенным для изготовления полупроводниковых приборов широкого класса применения с использованием эпитаксиальных слоев арсенида галлия.

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем тройным арсенидам кремния и цинка, расположенным на монокристаллической подложке кремния, которые могут найти применение в устройствах спинтроники, для инжекции электронов с определенным спиновым состоянием.

Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано для создания на основе структур с наноостровками (квантовыми точками) германия на кремнии полупроводниковых приборов со сверхвысоким быстродействием, а также некоторых оптоэлектронных устройств.

Изобретение относится к оборудованию для производства элементов полупроводниковой техники и, в частности, предназначено для создания полупроводниковых соединений азота с металлами группы A3.

Изобретение относится к оптоэлектронному материалу, устройству для его использования и способу изготовления оптоэлектронного материала. .

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано в молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) как для предэпитаксиальной подготовки подложек (очистка поверхности от кислорода, углерода и других загрязнений), так и в процессе выращивания тех или иных слоев.

Изобретение относится к микроэлектронике и касается технологии изготовления микромеханических приборов, в частности, микрогироскопов, микроакселерометров, микродатчиков давления, из кремнийсодержащих полупроводниковых структур.

Изобретение относится к полупроводниковой области техники и может быть использовано в молекулярно-лучевой эпитаксии для снижения плотности дефектов в эпитаксиальных структурах.

Изобретение относится к получению наночастиц металлов или гибридов наночастиц металлов. .

Изобретение относится к медицине, а именно к эфферентным методам терапии с использованием нанотехнологий, и может быть использовано при лечении пациентов, пораженных гепатитом В или С.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля параметров полупроводников и низкоразмерных полупроводниковых наноструктур. .

Изобретение относится к функциональным элементам и материалам электроники и может быть применено как на уровне отдельных молекулярных проводников, играющих роль активных или пассивных элементов электроники, так и на макроскопическом уровне, например, в виде проводящего композитного материала.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных порошкообразных магнитов с нанокристаллической структурой. .

Изобретение относится к технологии приготовления фотографических эмульсий для кинофотоматериалов. .

Изобретение относится к способу получения дисперсно-упрочненных наночастицами покрытий и может быть использовано при упрочнении инструментов и деталей машин, в том числе авиационно-космического назначения.
Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы на основе интерметаллического соединения титан-никель и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.
Изобретение относится к медицине, в частности к кальцийфосфатным керамическим материалам, предназначенным для изготовления костных имплантатов и/или замещения дефектов при различных костных патологиях.
Изобретение относится к обработке наночастиц алмаза - продукта детонации взрывчатых веществ и может быть использовано в электрохимической и химической промышленности, в областях, в которых на эффективность применения наноалмазов влияет положительный заряд их частиц в водных суспензиях (получение композиционных гальванических и электрофоретических покрытий, композиционных материалов по золь-гель технологиям).

Изобретение относится к способу получению структурированных хемосенсорных пленок на основе наночастиц кремнезема, модифицированного органическими растворителями, который включает получение золя сферических частиц кремнезема, модификацию полученного золя органическим красителем, нанесение модифицированного золя на подложку, отличающийся тем, что в качестве органического красителя используют флуоресцеин, который вводят при температуре 60-80°С в созревший золь сферических частиц кремнезема в смеси вода-этанол с pH 1,5-2 в соотношении флуоресцеин/золь не более 1/100, затем в полученный окрашенный золь вводят поверхностно-активное вещество (ПАВ) цетилтриметиламмония хлорид при соотношении ПАВ/золь = 0,3-0,8

Изобретение относится к области вакуумной техники и технологии получения углеродных наноструктур, таких как углеродные нанонотрубки на кончике зондов, которые применяются в зондовой микроскопии для прецизионного сканирования

Наверх