Методы ионно-лучевой обработки и нанотехнологических исследований

Ионно-лучевая обработка (ИЛО)
ИЛО осуществляется пучком ускоренных заряженных частиц, сформированных в источниках ионов.
Ускоренные ионы попадают в технологическую камеру и взаимодействуют с поверхностью обрабатываемого объекта, вызывая либо распыление материала, либо осаждение материала.

Ионно-лучевая обработка (ИЛО)
Микро- и наноэлектроника – травление материалов в производстве СБИС и СВЧ-транзисторов.
Микроэлектромеханические системы – глубинное травление кремния.
Оптика – полировка поверхностей, травление элементов безаберрационной дифракционной оптики, дифракционных решеток и магнитооптических дисков.
Лазерная техника – травление материалов для твердотельных лазеров.
Жесткие магнитные диски – очистка подложек и нанесение пленочных покрытий.
Машиностроение – нанесение коррозионностойких и фрикционностойких пленочных покрытий.
Медицина – нанесение защитных и упрочняющих пленочных покрытий.

Установка ИЛО ФТИАН
Установка применяется для:
ионно-лучевого травления материалов (обычное и реактивное);
очистки и активации поверхностей
нанесения пленок (непосредственное и с применением мишени).

Очистка, активация и полировка поверхностей
Так как состав загрязнений как правило неизвестен, распыление ионами аргона является наиболее эффективным методом удаления сверхтонких поверхностных слоев и позволяет проводить очистку подложки, недостижимую в случае обработки жидкостными методами.
Обработка поверхности пучком ионов не только очищает ее от загрязнений, но и активирует ее или растущую пленку, если процесс обработки пучком ионов проводится одновременно с нанесением пленки. При этом на поверхности образуются свободные связи, которые при нанесении пленки становятся искуственными центрами зародышеобразования.

Травление материалов
Ионно-лучевое травление (ИЛТ) - травление осуществляется пучками ионов инертных газов за счет физического распыления материалов.
Реактивное ИЛТ (РИЛТ) - удаление материала за счет химического взаимодействия ионов соединений с обрабатываемым материалом, в результате чего образуются летучие соединения, откачиваемые вакуумной системой.

Нанесение пленок
Тонкие пленки различных материалов можно наносить на подложку, распыляя материал мишени пучком ионов инертных газов.
Другой метод нанесения пленок состоит в осаждении материала непосредственно из пучка ионов.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ)
АСМ основана на взаимодействии макроскопической гибкой консоли (кантилевер) 2 с острой иглой 1 с поверхностью образца 5. Под действием атомных сил кантилевер может быть изогнут на достаточно большую величину, которую можно измерить с помощью лазера 3 фотоприемника 4.
В процессе сканирования кантилевер может совершать колебания без касания поверхности образца в процессе колебаний и с частичным касанием поверхности

СЗМ NanoEducator и Solver P47-PRO
СЗМ NanoEducator реализует различные методы измерений туннельной и «полуконтактной» АСМ.
СЗМ Solver P47 - это универсальный прибор для комплексных исследований различных объектов с высоким разрешением на воздухе, в жидкостях и контролируемой газовой атмосфере, при температуре до 150 С.

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)
Источником электронов служит металл, из которого после его нагревания в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. С помощью электрического поля поток электронов можно ускорять и замедлять, а также отклонять в любых направлениях, используя электрические и магнитные поля.
Существует 2 вида СЭМ: просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) и растровые электронные микроскопы (РЭМ).

СЭМ CamScan Series 4
Во ФТИАН установлен РЭМ CamScan Series 4 с возможностью проведения электронной литографии. Этот СЭМ позволяет получать трехмерные изображения образцов, увеличенные до 300000 раз. Разрешающая способность составляет 5 нм.

Получение решетки на Si-подложке
Внешний слой SiO2 кремниевой подложки подвергали воздействию пучка ионов CF4 через Al-маску, которую затем механически удаляли.

Формирование массива нанопор на ситаловой подложке
В настоящее время много внимания уделяется производству упорядоченных полупровнидниковых наноструктур. Обычные методы электронно-лучевой литографии дают удовлетворительные результаты, но они неприменимы при обработке больших площадей.
Другим путем для получения таких структур является самоорганизация в электрохимии. Этот способ, не относящийся к литографиям, привлек внимание еще 10 лет назад. Он основан на применении анодированного алюминиевого оксида (ААО), имеющего пористую структуру.
СЭМ-изображение ААО-маски с двух сторон (а и b).

Получение решетчатых наноструктур

Формирование массива нанопор на ситаловой подложке
Осуществляется собственно процесс РИЛТ. В качестве рабочего вещества применяется CF4. Производится травление слоя Ti структуры Ti-Al на ситаловой подложке. Длительность процесса – 5 мин.

Формирование массива нанопор на ситаловой подложке
2D (a) и 3D изображения (b) массива нанопор, полученные на СЗМ Solver PRO P-47. Полуконтактный метод.
Структура Ti-Al-ситал с протравленным слоем титана.

Формирование массива наноточек
Другой возможный способ применения ААО-маски заключается в выращивании квантовых точек и столбиков при помощи испарения веществ электронным лучом. Потом производят осаждение металла через ААО-мембрану на подложку.
Для получения наностолбиков производится плазменное травление со рабочие смесью газов CBrF3 и CF4.