УДК 620.186
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА НАНОФРЕЗЕРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ АТОМНО- СИЛОВОГО МИКРОСКОПА
Есимов Мирас Муратович, Рысқҧлов Азамат Еркнҧлы Студенты, Евразийский Национальный Университет им. Л.Н.Гумилева
Научный руководитель - Вертягина Елена Николаевна
Работа заключается в изучении методики нанофрезерования на кристаллах KCl с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) NT-206, установленного в лаборатории инженерного профиля ЕНУ им. Л. Н. Гумилева. Нанофрезерование – техника изменения рельефа поверхности, в данном случае наносверление в виде дорожки, с помощью механического вращения иглы на высоких скоростях, используемой в качестве наноинструмента. В результате многократных возвратно-поступательных движений зонда и его смещения вдоль плоскости формируется новая поверхность, путем механического удаления материала. Изучение полученной поверхности позволяет судить о свойствах данного материала на определенной глубине. Данная техника механического сдвига в наномасштабах, может применяться для производства одноэлектронных транзисторов и создания кулоновских блокад, контактов из квантовых точек, квантовых наноточек, квантовых колодцев и нанопроволок. Этот метод был выбран потому, что является весьма перспективным, а полученные результаты в будущем обретут обширное применение во многих сферах человеческой деятельности.
Целью работы является определение оптимальных параметров системы для процесса наносверления на поверхности KCl с помощью АСМ, такие, как время задержки в точке и количество точек. Время задержки в точке – это время, в течение которого происходит непосредственное сверление поверхности материала в данной точке, а количество таких точек задается произвольно и обеспечивает длину дорожки фрезерования. Ширина же дорожки зависит от геометрических параметров иглы, с помощью которой и проводятся данные исследования. Сложность задачи состоит в подборе таких параметров, с использованием которых достигаются наименьшие потери, такие как износ иглы и время проведения наносверления. В работе используются стандартные кремниевые зонды радиусом 10 нм таких производителей, как NT-MDT, MikroMasch.
Ход работы в первую очередь состоит из приготовления кристаллов KCl для работы на АСМ. Далее осуществляется сканирование образцов с помощью атомно-силового микроскопа для последующего сравнения после проведения нанофезерования. Сканирование производится в трех масштабах – 48x48, 21х21 и 5х5 мкм. Собственно исследование процесса нанофрезерования, состоит в переборе параметров, для поиска наиболее оптимальных. Существует пять параметров, с помощью которых можно влиять на процесс – size of square, delay each point, points, delay per point, delay last point.
Первый процесс провели со значениями – points-100, delay per point-1000, последующие два фрезерования провели, изменяя параметр delay per point , подставляя значения – 2000, 3000 и points – 500, что, однако не дало ощутимых результатов. Первые результаты мы получили, используя параметры points-500, delay per point-4000. Результаты представлены на рис. 1. Рассмотрев материал в режиме Topography, получили данные о впадине: высота – около 72,2-87,7 нм, ширина – 300 нм.
291
Рис. 1. Новая поверхность после первого сверления.
Проведя процесс нанофрезерования с текущими параметрами еще два раза, убедились в неслучайности полученных результатов – образовались еще две впадины с такими характеристиками – ширина - 500 нм, глубина колеблется в диапазоне 101,2-117,7 нм (рис.
2).
а) б)
Рис. 2. Поверхность после двух повторных сверлений
Таким образом была получена запланированная линия из трех впадин, образованных в результате процесса нанофрезерования. Профиль отверстия №3 для линии 1-2 (рис. 2б) показан на рисунке 3. Отчетливо наблюдается отвал приблизительной высоты 15 нм, сформированный в результате возвратно-поступательных движений с выбросом материала на поверхность.
292
Рис. 3. Профиль отверстия с отвалом.
Литература
1. B.Arda Gozen and O.Burak Ozdoganlar. A Rotating-Tip-Based Mechanical Nano- Manufacturing Process: Nanomilling // Nanoscale Res Lett, 2010, v. 5, p.1403–1407
2. Руководство по эксплуатации атомно-силового микроскопа NT-206, методики выполнения измерений, разработанные в Институте тепло-массообмена им. А.В. Лыкова, Минск, Беларусь.
