AFM动态电场诱导氧化加工及其电流检测

论文摘要

纳米加工技术是构建新一代纳米电子器件的重要基础技术。而基于扫描探针显微镜(SPM)的纳米加工技术是迄今为止最为简单的一种纳米加工技术。其中,利用原子力显微镜(AFM)的电场诱导氧化加工具有可控性好,稳定性高,生成氧化物的绝缘性和抗刻蚀性与微电子工艺相容等优点,因此被普遍认为是一种非常有发展前途的纳米加工技术。当前许多发达国家已经对这一方向投入了大量的研究工作,国内在这方面也取得了一定的成果,但是还不完善。随着对AFM氧化加工影响参数认识的逐步深入,非常有必要对加工过程中的电流等因素进行监控,进一步加深对氧化机理的认识。本课题对接触模式下AFM动态电场氧化加工过程中产生的微弱电流信号进行详细的分析和系统的研究,同时对轻敲模式下AFM动态电场氧化加工进行系统的研究,从而加深对阳极氧化机理的认识。本文的主要工作包括以下几个方面:1.构建出一套AFM纳米加工系统,同时监测加工过程中的电流及温湿度。进一步改进RCA样品清洗方法,使清洗效果得到很大的提高。2.研究了氧化加工过程中微弱电流的来源,主要是探针与样品之间的隧道效应和场发射效应引起的微弱电流。3.利用接触模式下AFM控制施加调制电压信号的频率、占空比和波形等进行氧化加工实验,并检测分析加工过程中的微弱电流。4.在轻敲模式下开展氧化加工实验,重点研究针尖振动幅度、氧化时间、偏压幅值和加工速度对加工的影响情况,同时也分析了未能检测到微弱电流的原因。5.初步对比了接触模式和轻敲模式下AFM氧化加工的不同。实验表明轻敲模式下针尖的调制作用减小了加工时横向力的影响,利于得到更窄的线宽;同时也加快了氧化物的生长速度,提升了加工速度,利于增大线高和提高加工效率。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科技
• 1.1.1 纳米科技概述
• 1.1.2 纳米科技的应用
• 1.2 纳米加工技术
• 1.3 本课题的研究现状
• 1.4 本课题研究的主要目的和内容
• 第二章 AFM电场诱导氧化理论
• 2.1 引言
• 2.2 原子力显微镜
• 2.3 基于AFM电场诱导阳极氧化理论
• 2.3.1 针尖与样品间的局部电场
• 2.3.2 电场诱导阳极氧化理论
• 2.4 硅表面与探针间的氧化机理分析
• 2.5 小结
• 第三章 AFM纳米加工系统的构建
• 3.1 DI多功能SPM的简介
• 3.2 AFM纳米加工系统的设计
• 3.2.1 加工方式的选择
• 3.2.2 硬件设计
• 3.2.3 软件设计
• 3.3 温湿度测量系统设计
• 3.3.1 测量要求与电路设计
• 3.3.2 软件设计
• 3.3.3 系统测试与分析
• 3.4 探针的选择与样品的制备
• 3.4.1 探针的选择
• 3.4.2 样品的清洗
• 3.5 小结
• 第四章 基于AFM动态电场加工及其电流检测与分析
• 4.1 引言
• 4.1.1 动态电场氧化加工的含义
• 4.1.2 实验前准备
• 4.1.3 加工信号定义
• 4.2 氧化加工过程中的微弱电流来源分析
• 4.2.1 探针与样品之间的隧道效应
• 4.2.2 探针与样品之间的场发射效应
• 4.3 调制电压下的氧化加工及其电流检测与分析
• 4.3.1 不同频率下的氧化加工及其电流检测
• 4.3.2 不同占空比下的氧化加工及其电流检测
• 4.3.3 不同信号波形下的氧化加工及其电流检测
• 4.4 轻敲模式下的氧化加工及其实验分析
• 4.4.1 振动幅度对加工的影响
• 4.4.2 氧化时间对加工的影响
• 4.4.3 偏压幅值对加工的影响
• 4.4.4 速度快慢对加工的影响
• 4.4.5 轻敲模式下电流检测情况
• 4.5 轻敲模式与接触模式下氧化加工对比
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢