CC BY
32
УДК 543.428
НАНОЛОКАЛЬНАЯ ЗАРЯДОВАЯ ЛИТОГРАФИЯ В СИСТЕМЕ Ge/Si
К. Н. Зайкова Научный руководитель - А. Ю. Игуменов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: igumenovau@mail.ru
Нанотехнологии применяются и активно развиваются в различных сферах науки и техники, в частности в сфере информационных технологий для записи информации. В настоящее время ведётся поиск материалов для зарядовой записи, позволяющих увеличить плотность записываемой информации. Исследование, проведённое в данной работе, показало, что система Ge/Si является перспективной для зарядовой литографии.
Ключевые слова: зарядовая запись, зарядовая литография, сканирующая зондовая микроскопия, наногетероструктуры Ge/Si.
CHARGE NANOLITHOGRAPHY IN Ge/Si SYSTEM
K. N. Zaykova Scientific supervisor - A. Yu. Igumenov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: igumenovau@mail.ru
Nanotechnology is actively developing and all-purpose field of science and technology. Nanotechnology can be used in the field of information technology for data recording. The search for materials that allows carrying out high-density charge writing is useful for information technology. An investigation carried out in this paper showed that the Ge/Si system is advanced for charge lithography.
Keywords: charge writing, charge lithography, scanning probe microscopy, nanoheterostructures
Ge/Si.
Нанолокальная модификация поверхности является одним из перспективных направлений физики низкоразмерных систем. Данное направление включает в себя различные методы модификации рельефа и свойств поверхности в нанометровом диапазоне. Зарядовая нанолитография относится к данному классу методов и основывается на процессе зарядки областей заданной формы на поверхности материала. Этот метод может быть использован в целях повышения плотности записи информации [1]. Актуальной задачей является поиск материалов, имеющих пригодную для зарядовой литографии структуру. Наиболее подходящими являются материалы, содержащие нанокластеры на поверхности или в объёме [1-8].В рамках данной работы исследована возможность проведения зарядовой литографии в системе Ge/Si. Эксперименты были проведены на сканирующей зондовой нанола-боратории NTegra Aura при комнатных условиях (температура 25 °С, влажность 25 %). Сканирование образца и зарядовая литография осуществлялись с использованием бесконтактных зондов с вольфрамовым покрытием.
На рис. 1 приведено изображение рельефа исследуемого образца в диапазоне 3^3 мкм, полученное в полуконтактном режиме атомно-силового микроскопа (АСМ). На данном изображении наблюдается островковая структура (квантовые точки германия), средняя высота островков 5,2±0,5 нм, средний диаметр 0,06 мкм.
Зарядовая литография проводилась с напряжением зонд-образец 10 В, на рис. 2, а представлен шаблон для зарядовой литографии, а на рис. 2, б - распределение электростатического потенциала по поверхности образца после проведения зарядовой литографии, полученное в режиме Кельвин-зондовой силовой микроскопии (КЗСМ).
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
На рис. 2, б заряженные области, имеющие более высокий потенциал (более светлые области), соответствуют шаблону. Изображение имеет размытые границы вследствие неустойчивого контакта зонда с поверхностью образца и аппаратного уширения заряженной области на КЗСМ-изображении.
Для исследования зависимости величины потенциала зарядового рисунка от времени были проведены измерения потенциала областей, отмеченных на рис. 3, а.
Рис. 1. АСМ-изображение рельефа образца Ge/Si
б
Рис. 2. Шаблон постоянной Планка (а) и КЗСМ-изображение результата литографии (б)
а
б
а
Рис. 3. КЗСМ-изображение результата литографии спустя 80 минут после зарядки (а), зависимость потенциала зарядового рисунка от времени для разных областей (б)
Измерение потенциала данных областей проводилось путём усреднения значений, заключенных в выбранных областях. Усреднение значений было проведено для повышения точности измерения потенциала. Различные области были выбраны для следующих целей:
1) для измерения среднего потенциала зарядового изображения;
2) для оценки однородности потенциала зарядового изображения;
3) для исследования зависимости потенциала заряженных областей с различной площадью от времени.
На рис. 3, б приведена зависимость потенциала от времени для различных областей. Данные зависимости были успешно аппроксимированы экспоненциальной функцией, что соответствует характеру угасания гомозаряда [9]. Из графика видно, что в начальный момент времени потенциал заряженных областей отличается: значительные различия наблюдаются для областей 1 и 2, имеющих одинаковую площадь. Это может быть вызвано неустойчивым контактом зонд-образец. Потенциал насыщения у 3 области меньше, чем у 1 и 2, так как она имеет меньшую площадь и соответственно ёмкость.
Проведена зарядовая литография в системе Ge/Si. Для исследования зависимости потенциала зарядового рисунка сложной формы от времени было проведено измерение среднего значения потенциала в трёх различных областях. Спустя 80 минут потенциал выходит на насыщение, оставаясь хорошо различимым и достаточным для проведения измерений. Зарядовый рисунок сохраняет свои очертания в течение длительного времени. Таким образом, исследование системы Ge/Si с квантовыми точками германия является перспективным, поскольку данная система позволяет получать локализованный и сохраняющийся длительное время зарядовый рисунок.
Авторы выражают благодарность А. И. Никифорову и В. А. Тимофееву за предоставленный образец Ge/Si.
Библиографические ссылки
1. Нанолокальная зарядовая запись в тонких слоях SiO2 с встроенными Si нанокристаллами под зондом атомно-силового микроскопа / М. С. Дунаевский, А. Н. Титков, С. Ю. Ларкин [и др.] // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, вып. 20. С. 80-57.
2. Создание устойчивых зарядовых областей в массиве Ge-нанокристаллитов внутри SiO2 с помощью электростатической силовой микроскопии / М. С. Дунаевский, П. А. Алексеев, П. А. Дементьев [и др.] // Журнал технической физики. 2015. Т. 85, вып. 5. С. 50-56.
3. Локальная зарядовая запись на слоях монодисперсных частиц Pt на окисле SiO2 [Электронный ресурс] / А. Н. Титков, М. С. Дунаевский, В. М. Кожевин и др. // URL: http://www.issp.ac.ru/ ebooks/conf/vol1_2006.pdf. (дата обращения: 07.04.2015).
4. Imaging of Si quantum dots as charge storage nodes / R. A. Puglisi, S. Lombardo, G. Ammendola et al. // Materials Science and Engineering. 2003. Т. С 23. С. 1047-1051.
5. Metal nanocrystals as charge storage nodes for nonvolatile memory devices / P. H. Yeh, L. J. Chen, P. T. Liu et al. // Electrochimica Acta. 2007. Т. 52. С. 2920-2926.
6. Charge storage in silicon-implanted silicon dioxide layers examined by scanning probe microscopy / R. Beyer, E. Beyreuther, J. von Borany et al. // Thin Solid Films. 2006. Т. 513. С. 159-165.
7. Scanning capacitance microscopy and spectroscopy on SiO2 films with embedded Ge and Si nanoclusters / R. Beyer, E. Beyreuther, J. von Borany et al. // Microelectronic Engineering. 2004. Т. 72. С.50-56.
8. KFM detection of charges injected by AFM into a thin SiO2 layer containing Si nanocrystals / C. Dumas, L. Ressier, J. Grisolia et al. // Microelectronic Engineering. 2008. Т. 85. С. 50-56.
9. Губкин А. Н. Электреты. М. : Академия наук СССР, 1961.
© Зайкова К. Н., 2015
