Статья

Название статьи КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КАНТИЛЕВЕРОВ ДЛЯ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ
Автор А.В. Быков
Рубрика РАЗДЕЛ III. НАНОСИСТЕМНАЯ ТЕХНИКА
Месяц, год 09, 2014
Индекс УДК 621.38
DOI
Аннотация Для исследования поверхности твердых тел с высоким пространственным разрешением разработано множество различных методов, одним из них является атомно-силовая микроскопия. В работе проведен анализ конструктивно-технологических особенностей кантилеверов – зондовых датчиков в атомно-силовой микроскопии. Представлен типичный технологической процесс изготовления кантилеверов. Рассмотрены различные типы систем регистрации отклонения кантилевера: оптическая, емкостная, пьезоэлектрическая и пьезорезистивная, контактная и туннельная, выделены их достоинства и недостатки. Представлены значения конструктивных параметров промышленных кантилеверов с оптической системой регистрации, значения резонансных частот, коэффициента жесткости консоли. Приведена информация по основным международным поставщикам: Nanonics Imaging Ltd (Израиль), ЗАО «НТ-МДТ» (Россия), Veeco Probes (США), BudgetSensors (Болгария), Nanosensors (Швейцария), Nano and More GmbH (Германия), Nano World (США). По результатам проведенного анализа сделано заключение о целесообразности оптимизации конструктивных параметров кантилеверов под требуемые методики атомно-силовой микроскопии.

Скачать в PDF

Ключевые слова Кремниевый кантилевер; объемная микрообработка; системы регистрации отклонения кантилевера; атомно-силовая микроскопия.
Библиографический список 1. Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope // Jpn. Phys. Rev. Lett. – 1986. – Vol. 56, № 9. – P. 930-933.
2. Peter E., Paul W. Atomic Force Microscopy. – NY: Oxford University Press, 2010. – 256 p.
3. Maslova N.S., Oreshkin A.I., Panov V.I. [et al.]. STM evidence of dimensional quantization on the nanometer size surface defects // Solid State Communications. – 1995. – Vol. 95, № 8. – P 507-510.
4. Butt H.J., Cappella B., Kappl M. Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications // J. Surf. Sci. Rep. – 2005. – Vol. 59. – P. 1-152.
5. Baro A., Reifenberger R. Atomic Force Microscopy in Liquid. – Weinheim: Wiley- VCH, 2012. – 368 p.
6. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – Н. Новгород: Институт физики микроструктур, 2004. – C. 15-68.
7. Коноплев Б.Г., Агеев О.А., Смирнов В.А. и др. Модификация зондовых датчиков-кантилеверов для атомно-силовой микроскопии методом фокусированных ионных пучков // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 4. – С. 4-8.
8. Авилов В.И., Агеев О.А., Коломийцев А.С. и др. Формирование и исследование матрицы мемристоров на основе оксида титана методами зондовой нанотехнологии // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2014. – № 2 (106). – С. 50-57.
9. Агеев О.А., Смирнов В.А., Коломийцев А.С. Применение метода фокусированных ионных пучков для модификации зондовых датчиков атомно-силовых микроскопов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – С. 166-171.
10. Коноплев Б.Г., Агеев О.А., Смирнов В.А. и др. Модификация зондов для сканирующей зондовой микроскопии методом фокусированных ионных пучков // Микроэлектроника. – 2012. – Т. 41, № 1. – С. 47-56.
11. Агеев О.А., Мамиконова В.М., Петров В.В. и др. Микроэлектронные преобразователи неэлектрических величин. – Таганрог: ТРТУ, 2000. – 153 с.
12. Агеев О.А., Коломийцев А.С., Михайличенко А.В. и др. Получениe наноразмерных структур на основе нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 1 (114). – С. 109-116.
13. Величко Р.В., Гусев Е.Ю., Михно А.С., Бычкова А.С. Исследование режимов плазмохимического осаждения пленок нано- и поликристаллического кремния // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11. – С. 1176-1179.
14. Агеев О.А., Беляев А.Е., Болтовец Н.С. и др. Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС / Под ред. Р.В. Конаковой. – Харьков: НТК «Институт монокристаллов», 2008. – 392 с.
15. Gysev E.Y., Ageev O.A., Gamaleev V.A. et al. Effect of annealing on conductivity type of nanocrystalline ZnO films fabricated by RF magnetron sputtering // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 893. – P. 539-542.
16. Boisen A., Dohn S. Cantilever-like micromechanical sensors // Reports on Progress in Physics. – 2011. – Vol. 74M, № 3. – P. 30.
17. Быков В.А. Микромеханика для сканирующей зандовой микроскопии и нанотехнологии // Микросистемная техника. – 2000. – № 1. – C. 21-33.
18. Sillicon Valley Microelectronics Inc [Electronic resource] URL: http://www.svmi.com (access date: 24.08.2014).
19. Soitec [Electronic resource]. URL: http://www.soitec.com/en/index.php (access date: 24.08.2014).
20. Silicon Wafer [Electronic resource]. URL: http://www.universitywafers.com (access date: 24.08.2014).
21. May G.S., Sze S.M. Photolithography, fundamentals of semiconductor fabrication. – New York: Wiley, 2004. – 320 p.
22. McCord M.A., Rooks M.J. Electron beam lithography: handbook of microlithography, micromachining, and microfabrication. Bellingham, WA: SPIE Preaa. 1997. – Vol. 1. – P. 139-250.
23. Garrou P., Bower C., Ramm P. Handbook of 3D Integration. – Weinheim: Wiley, 2008. – 798 p.
24. Bagolini A., Pakula L., T.L.M. et al. Polyimide sacrificial layer and novel materials for post-processing surface micromachining // J. Micromech. Microeng. – 2002. – Vol. 12. – P. 385-389.
25. Geim A.K., Novoselov K.S. The rise of graphene // Nature Mater. – 2007. – Vol. 6. – P. 183-191.
26. Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Mater. Sci. Eng. R. – 2002. – Vol. 37. – P. 129-281.
27. NOVASCAN company. [Electronic resource]. URL: http://www.novascan.com/. (access date: 13.08.2014).
28. BUDGETSENSOR company. [Electronic resource]. URL: http://www.budgetsensors.com/ (access date: 13.08.2014).
29. NTMDT company. [Electronic resource]. URL: http://www.ntmdt-tips.com/ (access date: 14.08.2014).
30. Bruker company. [Electronic resource]. URL: http://www.brukerafmprobes.com/ (access date: 14.08.2014).
31. NANOWORLD company. [Electronic resource]. URL: http://www.nanoworld.com/ (access date: 14.08.2014).
32. Nanoscience Instruments. [Electronic resource]. URL: http://www.nanoscience.com/ products/afm/afm-probes/ (access date: 14.08.2014).
33. Huber F., Hegner M., Gerber C. et al.. Label free analysis of transcription factors using microcantilever arrays // Biosensors &Bioelectronics. – 2006. – Vol. 21. – P. 1599-1605.
34. Hinterdorfer. P, Dufrкne Y. Detection and localization of single molecular recognition events using atomic force microscopy // Nature methods. – 2006. – Vol. 3. – P. 347-355.
35. Zinoviev K., Dominguez C., Plaza J.A. et al. A novel optical waveguide microcantilever sensor for the detection of nanomechanical forces // J. Lightwave Technol. – 2006. – Vol. 24.
– P. 2132-2138.
36. Rangelow I. W., Ivanov T., Ivanova K. Piezoresistive and self-actuated 128-cantilever arrays for nanotechnology applications // Microelectronic Engineering. – 2007. – Vol. 84. – P. 1260-1264.
37. Andreas Schneider, Robert H. Ibbotson, Richard J. Dunn et al. Arrays of SU-8 microcantilevers with integrated piezoresistive sensors for parallel AFM applications // Microelectronic Engineering. – 2011. – Vol. 88. – P. 2390-2393.
38. Ansari M.Z., Cho C. An Analitical Model of Joule Heating in Piezoresistive Microcantilever // Sensors. – 2010. – Vol. 10. – P. 9668-9686.
39. Itoh T., Suga T. Piezoelectric sensor for detecting force gradients in atomic force microscopy // Japanese Journal of Applied Physics. – 1994. – Vol. 33. – P. 334-339.
40. Indermuhle P.F., Schurmann G., Racine G.A. et al. Fabrication and characterization of cantilevers with integrated sharp tips and piezoelectric elements for actuation and detection for parallel AFM applications // Sensors and Actuators A. – 1997. – Vol. 60. – P. 186-190.
41. Brugger J., Buser R.A., Rooij N.F. Micromachined atomic force microprobe with integrated capacitive read-out // J. Micromech. Microeng. – 1992. – Vol. 2. – P. 218-220.
42. Kim S.-J., Ono T., Esashi M. Capacitive resonant mass sensor with frequency demodulation detection based on resonant circuit // Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 88. – P. 053116-053116-3.
43. Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope // Jpn. Phys. Rev. Lett. – 1986. – Vol. 56, № 9. – P. 930-933.
44. Scheible D.V., Erbe A., Blick R.H. Dynamic control and modal analysis of coupled nano-mechanical resonators // Appl. Phys. Lett. – 2003. – Vol. 82. – P. 3333-3335.
45. Kim K.J., Park K., Lee J. et al. Nanotopographical imaging using a heated atomic force microscope cantilever probe // Sensors and Actuators A (Physical). – 2007. – Vol. 136. – P. 95-103.
46. King WP. Design analysis of heated atomic force microscope cantilevers for nanotopography measurements // J. Micromech. Microeng. – 2005. – Vol. 15. – P. 24-41.

Comments are closed.