1. Постановка задачи

В связи с развитием наноэлектроники и возникновением нанотехнологии появилась необходимость проведения экспресс - исследований для получения набора параметров (электрофизических, химических, структурных и т.д.) различных наноматериалов и материалов наноэлектроники, а также топографии их поверхности. Для решения этой проблемы было решено разработать автоматизированный комплекс для исследования наноструктур.

2. Описание решения

В состав комплекса входят: зонд для измерения поверхностного сопротивления, высокоточная гониометрическая подвижка для перемещения зонда с точностью 0,1 мкм, источник тока, плата АЦП, считывающая сигналы напряжения с образца, а также усилитель с низким уровнем собственных шумов. По сути, комплекс работает по четырёхзондовой методике, но считывая и обрабатывая информацию, снятую с поверхности образца с небольшим интервалом позволяет составить топографическую карту образца.

Также комплекс позволяет измерять уровень шума по методике указанной в [1]

Данный комплекс применялся для исследования поверхностного сопротивления ионноимплантированных структур [2].

Для создания квантовых точек Sii__xGe_x использовался метод ионного синтеза. В пластины кристаллического кремния p-Si(111) имплантировали ионы германия ⁷⁴Ge⁺ на сильноточном ускорителе SCI-218 BALZERS. Энергия ионов 40-50 кэВ, доза имплантации 10¹⁵ - 10¹⁷. После имплантации образцы подвергались фотонному импульсному отжигу при температуре 900° в атмосфере азота в течении За В результате подобного воздействия в тонком слое твердого раствора SiGe удалось сформировать области с повышенной концентрацией атомов Ge, протяженность которых составляла несколько десятков нм и высота –до 10 нм.

Результаты измерения поверхности кремниевой подложки приведены на рисунке:

После этого измерения поверхность стравливалась селективным травлением и были проведены измерения слоя возникшего в результате ионного синтеза. Измерения приведены на следующем рисунке:

Проведенные измерения позволили выявить неоднородность поверхности, что свидетельствует о наличие кластеризованных областей SiGe. Исследование протравленной поверхности методами атомно - силовой микроскопии позволило наблюдать квантовые точки.

3. Используемое оборудование и ПО

Для автоматизации использовалась АЦП NAPDOS PCI 1800L (16 каналов, 12 бит).

В качестве программного обеспечения для управления передачи информацией, полученной с АЦП, использовалась демоверсия LabVIEW 7.0 [3].

4. Внедрение и развитие решения

• Данный комплекс может использоваться для исследований материалов микро и наноэлектроники.

• Работа по созданию комплекса является инициативной. На данном этапе идёт поиск источников финансирования для дальнейшей модификации комплекса на базе уже существующего производства.

• На данном этапе комплекс позволяет исследовать лишь некоторые основные параметры структур (поверхностное сопротивление, уровень собственных шумов). Однако наноструктуры в основном состоят из гетеро или монослоёв, параметры которых (в том числе толщины, однородности, фазового состава) данный комплекс не позволяет узнать из-за того, что они расположены внутри материала. Для более детальных исследований предлагается использовать существующие методики, но с добавлением в них программируемого полупроводникового детектора. Также, для получения с большой точностью предлагается использовать программируемые высокоточные подвижки и более узкий зонд, который позволит выявлять неоднородности на поверхности образца в области десятка нанометров. Также в дальнейшем планируется модифицировать программное обеспечение и адаптировать его под LabVIEW 8.20.

Список литературы

1. И.Н. Болотов Автоматизированная система для измерения электрических шумов // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сборник трудов, междунар. науч.-практ. конф. / Москва. Издательство Российского университета дружбы народов, 2005 С 259- 262.

2. Кремний - материал наноэлектроники Москва.: Техносфера, 2007. 352с.

3. Джеффри Тревис. LabVIEW для всех. М.: ДМК-Пресс; ПриборКомплект, 2005