- •Курс лекций
- •Технологии наноэлектроники
- •Молекулярно-лучеваяэпитаксия.
- •Газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений.
- •Нанолитография.
- •Разрешающая способность.
- •Оптическая литография.
- •Рентгеновская литография.
- •Электронная литография.
- •Ионная литография.
- •Возможности методов литографии в наноэлектронике.
- •Нанопечатная литография.
- •Процессы травления в нанотехнологии.
- •Процессы самосборки повторяющихся структур.
- •Самосборка в объемных материалах.
- •Самосборка при эпитаксии.
- •Пленки пористых материалов.
- •Пленки пористого кремния.
- •Пленки пористого оксида алюминия.
- •Пленки поверхностно-активных веществ.
- •Основные определения и механизмы.
- •Осаждение пленок пав.
- •Пленки на основе коллоидных растворов.
- •Основные определения и свойства.
- •Золь-гель технология.
- •Методы молекулярного наслаивания и атомно-слоевой эпитаксии.
- •Зондовые нанотехнологии.
- •Физические основы зондовой нанотехнологии.
- •Контактное формирование нанорельефа.
- •Бесконтактное формирование нанорельефа.
- •Локальная глубинная модификация поверхности.
- •Межэлектродный массоперенос.
- •Электрохимический массоперенос.
- •Массоперенос из газовой фазы.
- •Локальное анодное окисление.
- •Стм-литография.
- •Методы исследования наноструктур.
- •Сканирующая зондовая микроскопия.
- •Сканирующая туннельная микроскопия.
- •Атомно-силовая микроскопия.
- •Ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия.
- •Масс-спектроскопия атомов и молекул.
- •Определения и возможности.
- •Конструкции масс-анализаторов.
- •Вторично ионная масс-спектроскопия.
- •Электронные микроскопы.
- •Просвечивающие электронные микроскопы.
- •Растровые электронные микроскопы.
- •Метод дифракции медленных электронов (дмэ).
- •Метод дифракции отраженных быстрых электронов (добэ).
- •Оже-электронная спектроскопия.
- •Фото-электронная спектроскопия.
- •Полевая эмиссионная микроскопия.
- •Эллипсометрия.
- •Конфокальная сканирующая оптическая микроскопия.
- •Радиоспектроскопия.
- •Электронный парамагнитный резонанс.
- •Ядерный магнитный резонанс.
- •Ядерный квадрупольный резонанс.
- •Рентгено-структурный анализ.
- •Метод Лауэ.
- •Метод Дебая-Шеррера.
- •Компьютерный метод дш.
Растровые электронные микроскопы.
Растровые электронные микроскопы (РЭМ) основываются на исследовании излучений, возникающих при взаимодействии электронного зонда с исследуемым объектом (рис. 1.34).
Рис. 1.34. Схема регистрации излучений в РЭМ: 1 — первичный пучок электронов; 2 — детектор вторичных электронов; 3 — детектор рентгеновского излучения; 4 — детектор отраженных электронов; 5 — детектор оже-электронов; 6 — детектор светового излучения; 7 — детектор прошедших электронов; 8 — прибор регистрации тока прошедших электронов; 9 — прибор регистрации тока поглощенных в объекте электронов; 10 — прибор регистрации наведенное потенциала.
В процессе взаимодействия пучка электронов с веществом объекта возникают следующие основные виды излучений: вторичные, отраженные электроны, оже-электроны, тормозное рентгеновское излучение, рентгеновское характеристическое излучение, световое излучения, все эти виды излучения регистрируются, преобразуются в электрические сигналы, усиливаются и подаются на модулятор электронно-лучевой трубки или дисплей другого типа. Развертка пучка дисплея синхронизируется с разверткой электронного зонда. В результате на дисплее формируется увеличенное изображение объекта, а также локальное распределение химического состава, наличие р— п-переходов; возможно проведение одновременно рентгеноструктурного анализа, спектрального анализа и т. п. Высокая разрешающая способность РЭМ реализуется при формировании изображения с использованием вторичных электронов.
Одновременно изображение можно получить с помощью отраженных электронов. Характеристическое рентгеновское излучение позволяет проверить спектрометрическое исследование объекта, локальный количественный анализ.
Растровые оже-электронные микроскопы (РОЭМ) позволяют исследовать свойства оже-электронов и выявить распределение химических элементов в поверхностном слое объекта.
Разработаны просвечивающие растровые электронные микроскопы (ПРЭМ), которые позволяют исследовать непосредственно более толстые образцы, чем в ПЭМ.
Поиски в электронной микроскопии ведутся в области создания электронных голографических систем с целью формирования объемного изображения объектов.
В соответствии с квантово-механической теорией, движение электрона массы т и импульса p — mv (v — скорость электрона) описывается плоской монохроматической волной де Бройля: λ=h/p=h/(mv), где h — постоянная Планка. В ускоряющем электрическом поле приобретенная энергия qU = mv2/2, где U — постоянная разность потенциалов. Подставляя в уравнение для волны де Бройли, имеем
Релятивистская поправка на изменение массы существенна при U > 105 В. Под медленными электронами будем понимать электроны, энергии которых лежат в пределах сотой эВ, а значение λ того же порядка, что и у рентгеновского излучения. Электроны с энергией в десятки кэВ соответствуют длине волны γ -излучения. Такие электроны называют быстрыми. В табл. 1.1 приведены значения λ для различных U.
Заметим, что при напряжении 100 В - 150 В соответствующий размер длины волны порядка размера атомов или межатомных расстояний.
Такие медленные электроны использовали в свое время лауреат Нобелевской премии за открытие дифракции электронов на кристаллах К. Дэвиссон и Л. Джермер при исследовании дифракции электронов на гранях монокристалла.
В отличии от рентгеновских лучей, которые рассеиваются на электронной плотности атомов, рассеивание электронов определяется их взаимодействием с электрическими полями атомов. Эти поля создаются как положительно заряженными ядрами, так и электронными оболочками атомов, поэтому рассеивание электронов зависит от атомного строения вещества. У различных химических элементов рассеивание электронов различно.
Амплитуда атомного рассеивания электронов fэ(θ) пропорциональна атомному номеру элемента Z и определяется как
где:
константа
fp – атомная амплитуда рассеяния рентгеновских лучей.
С ростом θ — угла, под которым наблюдается дифракционный максимум, значения fэ(θ) падает:
Атомная амплитуда рассеивания пучка определяется как fэ(θ)2. Электроны взаимодействуют с атомами на три порядка сильнее, чем рентгеновское излучение, и поэтому, амплитуда рассеивания электронов более чем на три порядка превышает амплитуду рассеивания рентгеновских лучей.