ЗОНД ДЛЯ АТОМНО-СИЛОВОЙ НАНОЛИТОГРАФИИ

Предполагаемая полезная модель относится к области нанотехнологии, а конкретно к технике и устройствам сканирующего зонда.
Известен аналог заявляемого объекта «Probes and methods of making probes using folding techniques» [US патент №7765607 B2 от 27 июля 2010], содержащий несимметричный зонд, выполненный в виде удлиненного проводящего острия, выступающего из непроводящего основания с двух сторон на различную длину. На основе данной конструкции рассматривается возможность изготовления массива зондов.
Данная конструкция зонда позволяет исследовать протяженные объекты, такие как сложные полимеры, молекулы ДНК и т.д., при этом несимметричная конструкция позволяет уменьшить накопление электростатического заряда на поверхности острия зонда.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является: лезвийное проводящее острие и непроводящее основание.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является: необходимость проведения сложных технологических операций формирования основания переменной толщины с целью обеспечения несимметричности зонда.
Известен аналог заявляемого объекта «Scanning probe microscopy probe and method for scanning probe contact printing» [US патент №7344756 B2 от 18 марта 2008], содержащий кремниевую балку прямоугольной формы (кантилевер), на одном конце которой расположено кремниевое острие (зонд) в форме усеченной пирамиды.
Данная конструкция зонда позволяет использовать его в различных методиках сканирующей зондовой микроскопии, например, в методе dip-pen нанолитографии.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: прямоугольная форма балки (кантилевера), усеченное острие (зонд) на конце балки.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: формирование точного угла усечения вершины острия зонда, необходимого для обеспечения параллельности плоскостей усеченного острия и поверхности образца.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является «Scanning probe lithography apparatus and method, and material accordingly obtained» [US патент №20120255073 A1 от 4 октября 2012], содержащий кремниевую балку прямоугольной формы (кантилевер), на одном конце которой расположен зонд с вертикальными боковыми стенками и сложной формой острия в виде профилированных наноразмерных структур.
Данная конструкция зонда позволяет оптимизировать технологический процесс зондовой нанолитографии.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: прямоугольная форма балки кантилевера, расположение острия зонда на конце балки кантилевера, сложная форма острия зонда.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: сложность изготовления зонда заданной формы и обеспечение вертикальности боковых стенок зонда.
Задача предполагаемой полезной модели - увеличение количества наноразмерных структур, изготовленных в одном технологическом цикле. Предлагаемое устройство представляет собой зонд для атомно-силовой нанолитографии и токовой АСМ спектроскопии. Данная конструкция зонда позволяет сформировать массив наноразмерных структур за один технологический цикл атомно-силовой нанолитографии, а также может быть использована для формирования массивов наноразмерных структур методом локального анодного окисления и измерения параметров наноструктур методом токовой АСМ спектроскопии.
Технический результат достигается за счет использования балки кантилевера, выполненной из кремния и покрытой слоем золота для обеспечения электрического контакта с острием зонда, расположенным на свободном конце балки кантилевера и также покрытым слоем золота. Зонд выполнен в форме усеченного конуса, на вершине которого изготовлены проводящие профилированные структуры в виде окруженных слоем диэлектрика пяти углеродных электродов. Геометрические параметры электродов: длина 2 мкм, ширина 100 нм и высота 500 нм.
Для достижения необходимого технического результата на свободном конце проводящего кантилевера, состоящего из кремниевой балки и тонкой пленки золота, расположено проводящее острие зонда в форме усеченного конуса, на вершине которого изготовлены проводящие углеродные структуры в виде окруженных слоем диэлектрика пяти электродов прямоугольной формы длинной 2 мкм, шириной 100 нм и высотой 500 нм.
На фиг. 1. приведен общий вид предлагаемого зонда. На фиг. 2 изображено сечение зонда. На фиг. 2 изображено сечение зонда вдоль линии А-А на фиг. 1.
Зонд для изготовления наноразмерных структур методом атомно-силовой нанолитографии (фиг. 1) содержит балку 1, выполненную из монокристаллического кремния, нижняя сторона которой покрыта слоем золота 2. Зонд выполнен в виде усеченного конуса 5 (фиг. 2) и также покрыт слоем золота 2, на вершине конуса изготовлены профилированные углеродных структуры в виде окруженных слоем диэлектрика 4 проводящих электродов прямоугольной формы 3 длиной 2 мкм, шириной 100 нм и высотой 500 нм.
Принцип работы данного зонда основан на формировании массива профилированных наноразмерных структур на поверхности мягкого полимерного слоя фоторезиста путем приложения силы контактного взаимодействия между зондом и поверхностью фоторезиста. Таким образом, можно изготавливать мемристорные структуры по «cross-bar» технологии.
В методе локального анодного окисления данный зонд может быть использован для окисления тонких пленок металлов путем приложения внешнего электрического поля между зондом и образцом. В токовой АСМ спектроскопии данный зонд может быть использован для измерения электрических параметров массивов наноразмерных структур, а также групповой электроформовки тонких оксидных пленок для проявления в них мемристорных свойств путем приложения внешнего электрического поля между нижним электродом и острием зонда.
Таким образом, по сравнению с аналогичными устройствами данная конструкция позволяет оптимизировать технологический процесс зондовой нанолитографии, а также расширить функциональные возможности зондовой нанодиагностики.