硅表面人工微結(jié)構(gòu)模板的構(gòu)建.ppt

硅表面人工微結(jié)構(gòu)模板的構(gòu)建 和掃描探針顯微術(shù)觀(guān)察,張昃 微電子系01級(jí) 00108179,唐亮 物理01級(jí) 00104039,Instructor:張朝暉,Introduction to DI Commercial Multimode SPM,The MultiMode Scanning Probe Microscope (SPM) performs the full range of atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM) techniques to measure surface characteristics like topography, elasticity, friction, adhesion, and magnetic/electrical fields. The short mechanical path length between probe tip and sample enables very fast scan rates with utmost precision.,SPM Headthe most important part,Working concepts,Contact Mode AFM Concepts,Tapping Mode working concepts,Contact Mode working concepts,Working concepts,Working concepts,探測(cè)鏡分為四部分： 上下兩部分的探測(cè)信號(hào)差值(A-B)作為高度信號(hào). 左右兩部分的探測(cè)信號(hào)差值(C-D)作為水平信號(hào),有關(guān)儀器測(cè)量精度等的討論：,測(cè)量精度取決于： 激光的對(duì)準(zhǔn)：激光束應(yīng)該盡量落在探針的尖端。 進(jìn)針時(shí)和進(jìn)針后探針的定位：z軸的原點(diǎn)過(guò)低或過(guò)高，超過(guò)了負(fù)反饋的調(diào)節(jié)范圍，探針無(wú)法跟蹤樣品表面的起伏；過(guò)高，還容易折斷探針。,有關(guān)儀器測(cè)量精度等的討論：,針尖幾何形狀造成的系統(tǒng)誤差：氮化硅和摻雜單晶硅的針尖都無(wú)法消除。,有關(guān)儀器測(cè)量精度等的討論：,左為用于contact AFM的氮化硅針尖，右為用于TM AFM的摻雜單晶硅針尖。,實(shí)驗(yàn)計(jì)劃：,熟悉儀器的原理和操作，熟練使用，練習(xí)標(biāo)定幾種標(biāo)準(zhǔn)樣品和現(xiàn)有的材料表面。 刻蝕硅并且觀(guān)察刻蝕后的界面。 光刻樣品并標(biāo)定。 嘗試用AFM針尖直接氧化硅表面并標(biāo)定。,化學(xué)腐蝕,1.用光刻或其他的方法在硅片的表面氧化層上刻出深至氧化層底部的刻槽，使硅暴露出來(lái) 2.用9的KOH 溶液將經(jīng)過(guò)處理后的硅片在85攝氏度下腐蝕約5分鐘。KOH腐蝕硅但不腐蝕氧化硅，于是在硅露出部分得到所要的腐蝕溝。用去離子水清洗硅片表面。 3.然后用HF溶液對(duì)硅片進(jìn)行處理，將氧化層除去，而硅不受影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過(guò)氫氟酸去除表面自然氧化層的硅（100）表面,測(cè)量高度等參數(shù)：表面由于被氫氟酸腐蝕得高低不平，高度起伏在10nm-20nm.,用玻璃刀在硅（100）表面刻穿600nm的氧化層，先用44%KOH腐蝕,再用氫氟酸去掉表面的氧化層.,由標(biāo)尺讀取的數(shù)據(jù)：兩側(cè)面夾角：180.000deg-20.095deg-22.210deg=137.695deg 接近于兩個(gè)（114）面的夾角（141.0deg),經(jīng)過(guò)刻蝕后的平整邊沿,如果以點(diǎn)為中心開(kāi)始腐蝕，在（100）面上就會(huì)得到倒金字塔形狀的凹陷。（前提是起始點(diǎn)足夠小，否則無(wú)法得到平整的拓?fù)鋱D形。）,光刻,光刻掩模法 光刻掩模法即用光刻的方法在硅表面的感光膠上刻出深達(dá)氧化硅的槽，再用硅腐蝕劑對(duì)未被感光膠遮蓋的地方進(jìn)行腐蝕，以得到所要的結(jié)構(gòu)。光刻的步驟如下,步驟,在硅片表面用甩膠儀均勻的甩上一層感光膠，感光膠的厚度通過(guò)調(diào)整甩膠儀的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)控制(6300轉(zhuǎn)/秒) 利用預(yù)先制備的模版進(jìn)行光刻，曝光和顯影的時(shí)間直接影響光刻的質(zhì)量，如時(shí)間太長(zhǎng)則可能導(dǎo)致刻痕模糊不清，如時(shí)間過(guò)短則可能會(huì)使刻槽過(guò)淺，不能進(jìn)行下一步的化學(xué)腐蝕。經(jīng)驗(yàn)上曝光60秒,顯影 20-30秒的時(shí)間是比較恰當(dāng)?shù)?對(duì)刻槽所暴露出的氧化硅層用HF處理，得到需要的氧化硅層上的微結(jié)構(gòu) 用通常的化學(xué)腐蝕方法處理硅片，以得到硅上的微結(jié)構(gòu) 用丙酮洗去尚存的感光膠 用AFM觀(guān)察表面結(jié)構(gòu),顯影定影后留下的感光膠,刻蝕后形成的二氧化硅掩模,在二氧化硅掩膜下腐蝕的硅,Spm針尖刻蝕,1.一種是直接利用AFM針尖的硬度在氧化硅的表面刻蝕 2.另一種方法為針尖加偏壓刻蝕，即在硅樣品和針尖之間加上10伏量級(jí)的偏壓，使樣品與針尖所對(duì)應(yīng)處加速氧化,Spm針尖偏壓刻蝕,反應(yīng)條件,此反應(yīng)為電化學(xué)反應(yīng)，需要一定條件才能進(jìn)行 1. 閾值電壓 2. 一定溫度下 3. 一定濕度,致謝,首先感謝基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心的領(lǐng)導(dǎo)和老師的關(guān)懷與支持 在我們的一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，張朝暉老師給予了我們?cè)敱M的指導(dǎo)，并給了我們一個(gè)良好的學(xué)習(xí)