Материал: Диагностика наноматериалов и наноструктур. Акулинин С.А., Проскурина И.С

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

С.А. Акулинин И.С. Проскурина Т.С. Наролина

ДИАГНОСТИКА НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОСТРУКТУР

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2017

1

УДК 620.3:621.3.049.77(075.8) ББК 30.16я7

А 441

Акулинин С.А. Диагностика наноматериалов и наноструктур [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (2,3 Мб) / С.А. Акулинин, И.С. Проскурина, Т.С. Наролина. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA c разрешением 1024x 768; Adobe Acrobat; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.

Учебное пособие предназначено для оказания методической помощи студентам при изучении учебной дисциплины «Диагностика наноматериалов и наноструктур». Рассматриваются физические основы и оборудование современных аналитических методов исследования микро и наноструктур.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 28.03.02 «Наноинженерия», профилю «Инженерные нанотехнологии в приборостроении».

Ил. 13. Библиогр.: 17 назв.

Научный редактор д-р физ.-мат. наук, проф. С.И. Рембеза

Рецензенты: кафедра физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Е.Н. Бормонтов); д-р физ.-мат. наук, проф. Л.Н. Коротков

©Акулинин С.А., Проскурина И.С., Наролина Т.С., 2017

©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017

2

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование методов аналитической диагностики поверхности является актуальной задачей таких направлений как физика поверхностных явлений и электроника. Развитие данных методов приводит к решению фундаментальных и прикладных задач в микро- и наноэлектронике, связанных с характеризацией объектов по топологическим, морфологическим и электрофизическим параметрам.

Наиболее информативными методами решения этих задач являются растровая электронная микроскопия (РЭМ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), электронная Ожеспектроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, вто- рично-ионная масс-спектроскопия, спектроскопия и микроскопия на основе остросфокусированных ионных пучков. В основе данных методов лежит принцип зондового сканирования поверхности объектов и регистрации частиц, излучений, силовых и электростатических взаимодействий между зондом и исследуемой поверхностью. Отличие данных методов заключается в природе физических явлений и эффектов, возникающих при взаимодействии зонда с твердым телом.

Применительно к решению задач, связанных с измерением электрического потенциала и электрофизических параметров микроэлектронных структур с высокой степенью интеграции, требующих высокой латеральной локальности, возможно использование метода РЭМ, а в последнее время и метода АСМ в различных режимах работы.

Существующие на сегодняшний день стандартные методики РЭМ и АСМ не позволяют напрямую количественно оценить многие параметры наблюдаемых объектов без проведения дополнительной, весьма сложной, подготовки исследуемых объектов, создания тестовых структур и получения на них калибровочных зависимостей, интерпретации полученных результатов.

3

1. ДИАГНОСТИКА СОСТАВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

1.1. Просвечивающая электронная микроскопия

Просвечивающая электронная микроскопия в последние несколько лет стала наиболее мощным средством для исследования структуры, физических и химических особенностей материалов твердотельной наноэлектроники. В значительной мере этому способствовало развитие электронной микроскопии: уменьшение размера катода, улучшение характеристик монохроматичности, создание сканирующего ПЭМ, коррекция аберраций различными способами, дополнение просвечивающего микроскопа анализаторами, превращающими ПЭМ в инструмент для определения физических и химических свойств материала. Аппаратура для энергодисперсионного рентгеновского микроанализа и спектроскопии электронных потерь входит в состав всех современных просвечивающих электронных микроскопов.

Рис. 1.1. Взаимодействие первичного электронного пучка и получаемая аналитическая информация

На рис.1.1. схематично представлен механизм взаимодействия электронного пучка с материалом образца, а также

4

вторичное излучение и вторичные электроны, способные нести информацию о структуре и элементном составе материала пробы.

На рис.1.2. представлена схема детектирования аналитической информации различными анализаторами.

Рис. 1.2. Схема просвечивающей электронной микроскопии и основные анализаторы, применяемые в методе: 1 – Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (РЭДС); 2

– Электронная Оже-спектроскопия/микроскопия (ЭОС/РОМ); 3 – Растровая электронная микроскопия (РЭМ), вторичноэлектронная спектроскопия (ВЭС); 4 – Угловые ПЭМизображения в темном поле (УТП) большеугольные изображения в ТП (БУТП); 5 – Когерентная электронная нанодифракция (КЭНД); 6 – Спектроскопия электронных потерь (СЭП); 7 – ПЭМ-изображения в темном и светлом поле (ТП/СП)

Такие аналитические приставки, как рентгеновский энергодисперсионный спектрометр, электронный Оже-

5