ОТРАБОТКА РЕЖИМА ДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ

Труды II Международной научной конференции "Высокие технологии залог устойчивого развития". - 2013. - Том 1. - С. 314-317
ОТРАБОТКА РЕЖИМА ДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛОВОЙ ЛИТОГРАФИИ
В СИСТЕМЕ «ВОЛЬФРАМ-ПОЛИМЕР»
Жанизаков К., Шамельханова Н.А.
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева,
г. Алматы
In the paper there are presented results of optimum modes of dynamic force
lithography, which were made on polymer surfaces (polycarbonate) with using of
tungsten probe. The experiments were carried out on the basis of «NanoEducator» in
LIP of Technopark, KazNTU named after K. Satpayeva.
Развитие методов экспериментального исследования в области
нанотехнологий определяет прогресс науки в данной сфере. Наиболее
информативными являются методы сканирующей зондовой микроскопии,
включающие способы направленного, контролируемого воздействия в системе
зонд-поверхность, т.н. нанолитография.
Поиск оптимальных режимов сканирующей зондовой литографии
основывался на взаимодействии твердотельного нанозонда с поверхностью
образца, при котором в зоне контакта возникает концентрация токов большой
плотности, высоких электрических полей и механических давлений. В этих
условиях, отмечают исследователи [1, 2,3], активизируется целый ряд явлений:
локальный разогрев, пластическая деформация, поляризация, полевое
испарение, массоперенос и др. Обобщенные данные о различных методах
формирования нанорельефа изложены в монографии [4]. Однако слабо
исследованы режимы динамической силовой литографии (ДСЛ) на
гетерогенных поверхностях различной природы. В этой связи, целью данной
работы явилась отработка режима динамической силовой литографии на
поверхности полимеров (поликарбонат) с использованием вольфрамового
зонда. Эксперименты проводились на базе прибора «NanoEducator» в ЛИП
технопарка КазНТУ им. К.И. Сатпаева.
Для отработки режима ДСЛ в системе «вольфрам-полимер» был создан
цифровой шаблон (в виде шахматной доски), по координатам которого (X, Y)
осуществлялось сканирование поверхности образца при d=100нм, t=100мкс и
шаге сканирования 50нм, с помощью вольфрамового зонда с радиусом
R~100нм.
В качестве полимерного образца использовался фрагмент лазерного
диска размером 5х5мм, который размещался на рабочем столике СЗМ
«NanoEducator»
На рисунке 1 схематически показан процесс динамической зондовой
литографии, состоящий из прямого и обратного хода сканирования.
Рис. 1 Схема динамической зондовой литографии
При прямом ходе в заданных точках производится локальное силовое
воздействие на поверхность образца путем подачи на пьезосканер импульса
напряжения, приводящего к перемещению образца вдоль координаты Z по
направлению к зонду. Величина силового воздействия определяется
амплитудой импульса напряжения. Длительность импульса воздействия t
выбирается из условия: t> 1/f, где f – резонансная частота колебаний сканера
вдоль координаты. В противном случае сканер не успеет произвести заданное
перемещение. При обратном ходе сканирования производится визуализация
результатов взаимодействия.
Величину механического давления τ в точке касания нанозонда с
поверхностью образца можно оценить как
τ=
, где М – масса
перемещающейся части сканера с образцом, d – амплитуда смещения сканера,
R – радиус зонда.
Смещение сканера можно получить из выражения d= U, где
–
чувствительность сканера по координате
Z, U – амплитуда импульса
напряжения воздействия. Тогда условие оптимальной реализации режима ДСЛ
будет иметь вид τp > τ > τS , где τp – напряжение пластической деформации
зонда, τS – напряжение пластической деформации образца.
Исходя из разработанной схемы процесса ДСЛ, устанавливались
оптимальные параметры режима в системе «вольфрам-полимер».
Полученные результаты взаимодействия вольфрамового зонда с
полимерным образцом методом ДСЛ приведены на рисунке 2, где показано
формирование нанометрового рисунка на основе заданного шаблона.
Рис. 2 Формирование наноструктурной
подложки с помощью нанолитографии
поверхности
полимерной
На рисунке 3 приведено трехмерное изображение
поверхности за счет механического воздействия в режиме ДСЛ.
полученной
Рис. 3 Трехмерное изображение полученной наноповерхности полимерной
подложки
Анализ СЗМ-изображений поверхности поликарбоната (полимерной
подложки), показывает, что данный метод может быть использован для
формирования наноструктурных поверхностей за счет нахождения
оптимальных величин механического воздействия и определенного радиуса
острия вольфрамового нанозонда (порядка 100 нм).
С помощью метода ДСЛ можно регулировать количество получаемой
поверхности, вплоть до его удаления. Однако, для определения других
параметров режима ДСЛ для системы «вольфрам – поликарбонат» необходимо
провести дополнительные исследования, в частности, исследовать зависимость
результатов локальной модификации от толщины и состава поверхностей.
Использование метода ДСЛ в системе «вольфрам – полимер» позволит
эффективно применять данный метод для создания и исследования
наноструктур и усовершенствовать в дальнейшем технологии получения
наноструктурных поверхностей.
Список литературы
1. Голубок А.О., Васильев А.А., Керпелева С.Ю., Котов В.В., Сапожников И.Д.
Датчик локального силового и туннельного взаимодействия в сканирующем
зондовом микроскопе // Научное приборостроение. – 2005. – Т. 15. – № 1. – С.
62–69.
2. Стовпяга А.В., Пинаев А.Л., Голубок А.О. Исследование нанозонда для
модификации поверхности полимера методом динамической силовой
литографии // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. – 2008. – № 58. – С.
86–81.
3. Неволин В.К. Зондовые технологии в электронике. – М. : Техносфера, 2006. –
159 с.
4. Ehrichs E.E. Etching of silicon (111) with the scanning tunneling microscope/ E.E.
Ehrichs, A.L. de Lozanne//J.Vac.Sci.Technol.A – 1990 – 8(1) – 571-573