Монокристаллический металлический зонд для сканирующих приборов



Монокристаллический металлический зонд для сканирующих приборов
Монокристаллический металлический зонд для сканирующих приборов

 


Владельцы патента RU 2610040:

Общество с ограниченной ответственностью "ТопСкан" (ООО "ТопСкан") (RU)

Изобретение относится к области формирования зондов сканирующих зондовых микроскопов и к их конструкциям, в частности кантилеверов, состоящих из консоли и иглы. Зонд для сканирующих приборов содержит кантилевер на массивном держателе и монолитный с кантилевером ус, расположенный на свободной части кантилевера. Кантилевер выполнен из металлического монокристаллического слоя, а ус эпитаксиален указанному слою. Использование устройства обеспечивает его проводимость при одновременном улучшении разрешения и повышении надежности зонда. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области изготовления микромеханических устройств, а именно к способам формирования зондов сканирующих зондовых микроскопов и их конструкциям, в частности кантилеверов, состоящих из консоли и иглы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Сканирующие зондовые приборы (СЗП) в состоянии давать изображения поверхностей твердых тел с высоким пространственным разрешением. Известно использование углеродных нанотрубок, "посаженных" на такие зонды. Однако положение нанотрубок на зондах неуправляемо из-за случайности и многочисленности актов зародышеобразования.

СЗП могут быть использованы для исследования магнитных объектов с высокими разрешением и чувствительностью. Зонды для таких инструментов изготовляют из немагнитного материала (например, кремния), покрытого магнитным материалом (например, железом, кобальтом и др.). Однако и форма, и структура используемых в этих работах покрытий не оптимальны для обеспечения высоких разрешений и чувствительности.

СЗП для измерений электрической емкости используют кремниевые острийные зонды. Однако и форма острий, и состав емкость образующих материалов не оптимальны для высокой чувствительности этих приборов.

Известны СЗП-зонды с боковыми остриями для исследований профилей элементов поверхности. Однако эти зонды пригодны только для исследований поверхностей, имеющих сравнительно простые формы, например канавки с вертикальными стенками. Между тем, существует много примеров, когда приходится исследовать поверхности со сложными формами (например, биологические макромолекулы) или с грубым рельефом.

Существуют проблемы с исследованиями распределения химических сил на поверхностях твердых тел.

Сегодня присутствующие на рынке зонды изготовлены из двух используемых в полупроводниковой промышленности материалов - кремния и нитрида кремния. Применяются известные технологии из арсенала литографических работ. Иногда для целей доработки качества зондов используются приемы, не изменяющие принципиально характер создания острий.

В настоящее время наибольшее число исследований связано с проблемой формирования тонких эпитаксиальных слоев металла на полупроводниках с высоким совершенством структуры. Существует весьма ограниченный набор комбинаций «металл-полупроводник», который позволяет реализовать эпитаксиальный рост металлической пленки на полупроводниковой подложке (http://cyberleninka.ru/article/n/poluchenie-plenok-sosi2-si-100-i-analiz-ih-morfologii-i-stehiometrii-metodami-molekulyarno-luchevoy-tverdofaznoy-i-reaktivnoy-epitaksii#ixzz3In8NcMfD).

В уровне техники известна модификация кантилевера (US 5811017 A, дата публикации 22.09.1998), при изготовлении которого на выращенную нанотрубку наносят вспомогательный верхний металлический слой для повышения отражающей способности обратной стороны левера. Недостаток данного технического решения, как и большинства других методов изготовления кантилеверов, состоит в том, что формирование держателя, левера и самого зонда проводится в сложном технологическом цикле. Это сильно ограничивает возможности создания зондов.

Также известна методика нанесения металлического покрытия на существующий нановискер для улучшения его функциональности (EP 2290137 A1, дата публикации 02.03.2011). Металлический слой нанесен с лицевой стороны на поверхность иного материала для целей выполнения другой функции, в отличие от предыдущего технического решения, - проводимости зонда. Получаемый металлический наконечник, основная часть которого изготовлена из нитрида кремния, эпитаксиален тонкому слою-подложке для роста. Используемый вариант создания пленки - осаждение из паровой (газовой) фазы.

Недостатком таких решений, направленных на простое напыление металла на кремниевый зонд, является потеря технических характеристик: ухудшение разрешения, так как вершина острия становится толстой/массивной, и снижение надежности такого покрытия. Поэтому зонды с напылением металла служат мало.

В уровне технике также известна конструкция кантилевера, а также способ его изготовления (US 6458206 B1, дата публикации 01.10.2002). Тонкий верхний слой кантилевера выполнен из кремния с ориентацией (100), а на свободной части размещен монокристаллический зонд, полученный путем химического травления материала указанного тонкого слоя.

Наиболее близким по технической сущности является зонд (RU 2240623 C2, дата публикации 20.11.2004), тонкий верхний слой которого выполнен из кремния с ориентацией (111), на свободной части которого размещен монокристаллический зонд, полученный путем эпитаксиального роста из материала указанного тонкого слоя.

В отличие от традиционных технологий, где острие создается за счет процедуры травления, то есть удаления части ненужного материала (минимум степеней свободы для технологов-производителей), предлагаемая технология наиболее близкого аналога основывается на методе управляемого роста монокристалла при максимуме степеней свободы для поиска конструкционных решений.

В технических решениях аналогов создание самого зонда отделено от создания держателя («подставки») и левера. В технологии наиболее близкого аналога создание зонда не зависит от процессов создания держателя и левера, что повышает надежность и долговечность зонда.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей, на которое направлено изобретение, является создание новой конструкции зонда для использования в сканирующей зондовой микроскопии, сформированного на кантилевере, позволяющей реализовать в одном зонде сразу две важные характеристики: получить морфологию поверхности с учетом распределения участков с электрической проводимостью. Используя полученное распределение проводимости, можно многократно увеличить разрешение объекта в определенных таким образом локализациях участков с электрической проводимостью.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в обеспечении проводимости зонда при одновременном улучшении разрешения и повышении надежности зонда.

Технический результат достигается за счет того, что зонд для сканирующих приборов содержит кантилевер на массивном держателе и монолитный с кантилевером ус, расположенный на свободной части кантилевера, при этом кантилевер выполнен из металлического монокристаллического слоя, а ус эпитаксиален указанному слою.

В одном из вариантов осуществления материалом массивного держателя является кристаллический или аморфный материал.

В одном из вариантов осуществления ус получен путем эпитаксиального роста из материала указанного слоя.

В одном из вариантов осуществления по меньшей мере часть кантилевера выполнена на держателе непосредственно или опосредованно через тонкий слой.

В одном из вариантов осуществления тыльная сторона свободной части кантилевера содержит дополнительное функциональное покрытие.

При этом термин «эпитаксиальность» в широко используемой литературе означает «выращенность эпитаксиально». Однако более поздняя трактовка этого термина допускает его использование и когда острие/ус вытравлен из массива материала.

В данной заявке термин «эпитаксиальный ус» рассматривается как совпадающий/продолжающий кристаллографическое строение подложки.

Заявляемое изобретение имеет преимущество в конструкции с использованием металлического верхнего слоя для последующего роста уса перед имеющимися конструкциями зонда с нанесением металлического слоя на уже выращенную нанотрубку.

В данном техническом решении подложкой для роста уса является не верхний металлический слой, как в аналогах, а самостоятельная свободная часть металлического монокристаллического кантилевера, несущая функцию изгиба, что повышает надежность и долговечность зонда.

Принципиальным отличием конструкции от наиболее близкого аналога является непосредственное использование в качестве верхнего слоя другого материала, а именно металла, что позволит обеспечить проводимость зонда.

Дополнительное преимущество конструкции кантилевера, используемого в настоящем изобретении, состоит в повышении отражающей способности лазерного излучения, которое используется в сканирующей зондовой микроскопии для реализации обратной связи системой контроля сканирующей зондовой микроскопии и напрямую влияет на качество соотношения сигнал/шум за счет того, что самостоятельная свободная часть кантилевера является монокристаллической и металлической, в том числе и ее обратная сторона.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность заявляемого технического решения поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 приведена схема конструкции металлического монокристаллического зонда для сканирующих приборов.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение основано на зонде из металлического уса, изготовленного из металлических монокристаллических нитевидных кристаллов (вискеры), которые выращивают из пара в соответствии с процессом пар-жидкость-кристалл (ПЖК).

Значимая особенность технологии выращивания заключается в том, что сначала создают слой на поверхности кремния или иного массивного материала. Далее, из этого слоя создают две детали: первую часть, непосредственно контактирующую и держащуюся на массивном слое кремния или другого материала, и вторую часть (левер/тонкую балку). Потом на этом левере (его конце) создают острие. Создается оно путем размещения растворителя на конце балки в конкретном месте, и через механизм роста, известный как CVD, растят эпитаксиально подложке (леверу). Механизм роста аналогичен механизму, описанному в наиболее близком аналоге. В одном из вариантов осуществления ус получен путем эпитаксиального роста из материала указанного слоя.

Таким образом, конструкция монокристаллического металлического зонда для сканирующих приборов выполнена следующим образом: тонкий верхний слой материала (металлический монокристаллический слой) (101) размещен непосредственно или опосредовано через тонкий слой (102) иного материала на массивном держателе (103). Массивный держатель (103) может быть выполнен из кристаллического (например, кремния) или аморфного (например, стекла) материала.

В качестве материалов верхнего слоя в предлагаемом изобретении используются любые металлы с ориентацией (111).

Тонкий слой (102) - аморфный слой любого материала, в случае выполнения массивного держателя из кремния, обеспечивающего пассивирование поверхности кремниевой подложки от образования химических соединений кремния с металлом (силицидов).

Свободная часть (104) тонкого верхнего слоя (101), которая является и свободной частью кантилевера, представляет собой лепесток/балку, на конце которой размещен ус (105), который может быть заострен и иметь вид острия (конуса) или цилиндра.

Тыльная сторона лепестка/балки может иметь дополнительное тонкопленочное функциональное прозрачное покрытие (106) другого материала толщиной порядка 10-20 нм. Данное функциональное покрытие является технологическим элементом при создании верхнего тонкого металлического слоя (101).

Толщина данного слоя ничтожна в сравнении с отражающими слоями, напыляемыми на поверхность традиционных зондов, поэтому результат сигнал/шум будет лучше по сравнению с аналогами.

1. Зонд для сканирующих приборов, содержащий кантилевер на массивном держателе (103) и монолитный с кантилевером ус (105), расположенный на свободной части кантилевера (104), отличающийся тем, что кантилевер выполнен из металлического монокристаллического слоя (101), а ус (105) эпитаксиален указанному слою.

2. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что ус получен путем эпитаксиального роста из материала указанного слоя.

3. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что материалом массивного держателя является кристаллический или аморфный материал.

4. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть кантилевера выполнена на держателе (103) непосредственно или опосредованно через тонкий слой (102).

5. Зонд по п. 1, отличающийся тем, что тыльная сторона свободной части кантилевера содержит дополнительное функциональное покрытие (106).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к областям микро- и наноэлектроники, физики поверхности и может быть использовано для исследования информационных характеристик поверхности наноструктурированных и самоорганизующихся твердотельных материалов.

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к способу и системе нанопозиционирования объекта. Система содержит неподвижное основание, опору для объекта, привод для приложения силы с целью перемещения опоры относительно неподвижного основания, датчик для измерения силы нагрузки на опору и контроллер для обработки измеренной силы нагрузки с целью управления положением опоры и/или для подавления по меньшей мере одной резонансной частоты системы.

Способ измерения поверхности объекта в режиме сканирующего зондового микроскопа относится к измерительной технике и может быть использован для исследования структур образцов, например биоматериалов и изделий медицинского назначения.

Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии и может использоваться в условиях ограниченного доступа к зондам, например, в вакууме или агрессивной среде.

Устройство манипулирования относится к области точной механики и может быть использовано для точного перемещения объектов, например, в зондовой микроскопии. Заявленное устройство манипулирования включает основание (1) с блоком направляющих, на котором установлена подвижная каретка (2), включающая блок опор, сопряженная с блоком направляющих посредством блока опор, и привод (13), сопряженный с рычагом (18), имеющий возможность разъемного соединения с подвижной кареткой (2) Согласноизобретению подвижная каретка (2) установлена на блоке направляющих при помощи блока опор с возможностью однозначной установки в рабочее положение, при этом подвижная каретка (2) в рабочем положении имеет минимум потенциальной энергии.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения линейных перемещений по трем взаимоортогональным осям. Интерферометр содержит одночастотный лазер, коллиматор для ввода излучения в транспортное волокно, коллиматор, вводящий излучение в оптическую схему, акустооптический модулятор, формирующий опорное и измерительное плечи интерферометра, поляризационный светоделитель, позволяющий развести лучи на расстояние, достаточное для их независимого использования зеркалами, систему зеркал, которая расположена вокруг пьезоэлектрического стола, триппель-призмы, закрепленные на пьезоэлектрическом столе так, что их оси симметрии проходят через центр вращения пьезоэлектрического стола, фотоприемники, подключенные к соответствующим измерительным входам фазометра, а также генератор сдвиговой частоты, связанный с акустооптическим модулятором и опорным входом фазометра.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в зондовой сканирующей микроскопии и атомно-силовой микроскопии для диагностирования и исследования наноразмерных структур.

Изобретение относится к сканирующим зондовым микроскопам, адаптированным для измерения поверхности образца, полученной после механической модификации этой поверхности.

Изобретение относится к креплению для сенсорного блока сканирующего зонда. Крепление для сенсорного блока (27, 127) включает опору (1, 101, 201, 301), образующую в креплении плоскость, подвижные фиксирующие соединительные элементы (9, 109, 208), расположенные по краю опоры (1, 101, 201, 301) и выполненные с возможностью взаимодействия с соответствующей ответной частью (43, 143) сенсорного блока и возможностью перемещения в первое положение, в котором они прикладывают усилие к установленному сенсорному блоку (27, 127) таким образом, чтобы действовать на него в направлении опоры (1, 101, 201, 301) по нормали к указанной плоскости, и во второе положение, в котором они позволяют производить установку сенсорного блока (27, 127) на опору (1, 101, 201, 301) или снятие этого блока с опоры в направлении вдоль нормали к плоскости.

Изобретение относится к химической промышленности и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов и волокон для дисплеев, противообледенительных контуров, газонепроницаемых композитов и экранов.

Изобретение относится к области нанотехнологий и нанохимии, а точнее к цитратам металлов, и может быть использовано в парфюмерной, пищевой промышленности, в медицине, в сельском хозяйстве, в биологии и в других областях науки, промышленности и экологии.

Группа изобретений предлагает связанные со стрептавидином магнитные частицы, имеющие высокую способность связывания биотина, и способ их изготовления. Связанная со стрептавидином магнитная частица имеет структуру, в которой молекулы стрептавидина сшиты друг с другом на магнитной частице, где связанную со стрептавидином магнитную частицу изготавливают способом, включающим следующие стадии: (1) изготовление суспензии, содержащей магнитные частицы, на поверхности которых находятся аминогруппы; и (2) реакция магнитных частиц со стрептавидином и глутаральдегидом путем введения глутаральдегида в присутствии стрептавидина в суспензию, изготовленную на стадии (1).

Изобретение относится к области медицины, в частности к психофармакологии, и касается средства для лечения и профилактики расстройств аутистического спектра, представляющего собой глицин, иммобилизованный на частицах детонационного наноалмаза размером 2-10 нм, с содержанием глицина от 1 до 21±3 мас.% Описываемое средство позволяет повысить результативность медикаментозного лечения и профилактики аутизма и расширить ассортимент эффективных и безопасных психотропных препаратов.

Изобретение относится к получению каталитических мембран способом «золь-гель» и может быть использовано в каталитических мембранных реакторах конверсии метана. Способ получения комплекса "золь-гель" по меньшей мере из четырех солей металлов M1, M2, M3, и M4, приемлемых и предназначенных для получения материала типа перовскита, соответствующего общей формуле (I): A(1-x)A'xB(1-y-u)B'yB"uΟ3-δ (I), включает в себя стадии получения водного раствора водорастворимых солей элементов A, A', B, B' и при необходимости В" в стехиометрических соотношениях, необходимых для получения материала, определенного ранее; получения водно-спиртового раствора по меньшей мере одного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в спирте, выбранном из метанола, этанола, пропанола, изопропанола или бутанола, смешанном с водным раствором аммиака в пропорции, достаточной для обеспечения полной солюбилизации неионогенного ПАВ в водно-спиртовом растворе, причем концентрация неионогенного ПАВ в водно-спиртовом растворе меньше критической мицеллярной концентрации; получения золя из указанных компонентов; сушки золя выпариванием растворителя.

Изобретение относится к области органических высокомолекулярных соединений, а именно к новым амфифильным полимерным комплексным соединениям, способу их получения, к носителю и композиции для доставки биологически активных веществ, а также к применению комплексных соединений в качестве активаторов оксо-биоразложения карбоцепных полимеров.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ определения микротвердости нанокомпозитного покрытия с повышенной износостойкостью по соотношению в нем металлической и керамической фаз характеризуется тем, что определяют значения микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости включает обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при определенном химическом составе упомянутых фаз, при этом определяют значение микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ получения износостойкого нанокомпозитного покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины ионно-лучевым распылением включает обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при определенном химическом составе упомянутых фаз, при этом определяют значения микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом и с изменением процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума, после чего определяют значения микротвердости полученного покрытия при заданном соотношении указанных фаз.

Изобретение может быть использовано в составе порошковых проволок, покрытых электродов и флюсов для сварки и наплавки. Модификатор содержит нанопорошок тугоплавкого соединения, выбранного из группы, включающей карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид металла, в качестве инокулятора и протектор.

Изобретение относится к области термопластичных композиционных материалов, а именно к разработке размеростабильных термопластичных полимерных композиционных материалов (ПКМ) и технологий их переработки в детали и элементы системы кондиционирования воздуха (СКВ) для использования в авиационной промышленности. Композиционный материал включает термопластичный полимер, наполнитель и модификатор, где в качестве термопластичного полимера содержит полисульфон, являющийся продуктом поликонденсации щелочной соли бисфенола с 4,4'-дихлордифенилсульфоном, в качестве модификатора содержит фенолфталеин, а в качестве наполнителя содержит коаксиальные многослойные углеродные нанотрубки. Технический результат заключается в разработке литьевого композиционного термопластичного материала, позволяющего снизить вес элементов и деталей СКВ по сравнению с элементами из алюминиевых сплавов и обеспечивающего технологичность процесса изготовления деталей, а также их рабочую температуру. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Наверх