CC BY
373
СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ, СПЕКТРОСКОПИЯ И ЛИТОГРАФИЯ А.О. Голубок
В докладе представлены физические основы метода сканирующей зондовой микроскопии, спектроскопии и литографии (СЗМ-С-Л). Рассматриваются аналитические возможности, преимущества и недостатки наиболее часто используемых разновидностей СЗМ: сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), сканирующей силовой микроскопии (ССМ), оптической микроскопии ближнего поля (ОМБП). Обсуждаются инструментальные и методические принципы, обеспечивающие высокое пространственное и энергетическое разрешение СЗМ при диагностике материалов различной природы в вакууме, газе и жидкости, в том числе криогенной. Рассматриваются методы детектирования локального взаимодействия, применяемые в СТМ, ССМ и ОМБП. Описываются различные типы зондовых датчиков, такие как заостренные металлические иглы и оптические световоды, кремниевые балки с оптической системой регистрации их прогиба (кантилеверы), пьезорезонансные датчики на основе пьезокерамических материалов или кварца. Обсуждаются факторы, определяющие качество СЗМ-данных. Рассматриваются модуляционные и многопроходные методики сканирования, позволяющие вместе с нанотопографией поверхности получать карты распределения локальных электрических и механических характеристик, извлекать информацию о магнитном состоянии поверхности, локальном электрическом потенциале, пространственном распределении легирующих примесей, локальном трении, жесткости материалов. Обсуждаются преимущества применения комплексных методов нанодиагностики материалов на примере объединения СЗМ-метода с методом растровой электронной микроскопии (РЭМ). Приводятся примеры СЗМ-изображений материалов различной природы (металлы, полупроводники, сверхпроводники, ферромагнетики, полимеры, биологические объекты). Приводятся примеры и обсуждаются возможности упругой и неупругой туннельной спектроскопии. Рассматриваются эффекты одноэлектронного туннелирования. Обсуждаются возможные пути развития СЗМ-С-Л.
Введение
Сканирующая зондовая микроскопия, спектроскопия и литография представляет собой комплексный метод визуализации и диагностики топографических, физических, химических и механических характеристик объектов различной природы и модификации их поверхности на микро- и наноуровне пространственного разрешения [1]. СЗМ-С-Л работает в различных средах, включая вакуум, газ, жидкость, и в широком диапазоне температур - от сотен градусов по Цельсию до близких к абсолютному нулю криогенных температур [2]. Объектами исследования для СЗМ могут быть металлы, диэлектрики, полупроводники, сверхпроводники, магнитные материалы, полимеры, биологические молекулы, такие, например, как ДНК, клетки, вирусы, в том числе находящиеся в функционально активном состоянии. Эти обстоятельства обеспечивают разнообразный спектр возможных применений метода в нанотехнологии, молекулярной биологии, цитологии, физике поверхности, молекулярной электронике, катализе, трибологии и т.д.
Рождением СЗМ-метода считается изобретение сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) Г. Биннигом и Г. Рорером в исследовательской лаборатории фирмы IBM в Цюрихе. В 1986 г. изобретение СТМ было отмечено Нобелевской премией по физике [3]. Поскольку в основе СЗМ лежит идея использования диагностических возможностей нано-контакта, организованного между локальным твердотельным зондом и исследуемой поверхностью, то здесь уместно вспомнить работы И.К. Янсона в области микроконтактной спектроскопии [4], а также ближайший аналог СТМ - профилометр Янга [5].
Основы метода СЗМ
Концепция СЗМ основана на детектировании спадающего с расстоянием локального взаимодействия A(z), возникающего между твердотельным нанозондом и поверхностью исследуемого объекта при их взаимном сближении до некоторого зазора zo,
здесь координата 2 соответствует нормали к поверхности образца. Используются различные типы взаимодействий, возникающие в наноконтакте между зондом и образцом. В СТМ детектируется туннельное взаимодействие между проводящими берегами нано-контакта, возникающее вследствие проникновения волновых электронных функций сквозь потенциальный барьер и проявляющееся в виде туннельного тока, протекающего при постоянном электрическом смещении между зондом и образцом. В микроскопии атомных сил (МАС) детектируется межатомное взаимодействие, определяемое взаимным расположением атомов в электрически нейтральных проводящих или диэлектрических берегах наноконтакта, проявляющееся в виде отталкивающей или притягивающей силы. В магнитносиловой микроскопии (МСМ) детектируется взаимодействие ферромагнитного зонда с магнитным полем образца, а в электросиловой микроскопии (ЭСМ) измеряется силовое взаимодействие, существующее между обкладками электрического конденсатора, одной из которых является проводящий зонд, а второй - исследуемый образец. В оптической микроскопии ближнего поля (ОМБП) детектируются фотоны, возникающие в результате взаимодействия поверхности образца с электромагнитным полем, локализованным вблизи конца заостренного оптического световода с диаметром апертуры, меньшим длины волны света и экспоненциально быстро затухающим при удалении от конца световода. В методе СЗМ используются и другие типы взаимодействий, возникающие между нанозондом и образцом. Основным требованием является затухание взаимодействия в наноконтакте с увеличением зазора между его берегами. Пространственное разрешение метода тем выше, чем меньше радиус используемого зонда и чем резче убывание взаимодействия в наноконтакте с координатой г. Например, в случае СЗМ в сверхвысоком вакууме изменение зазора на 0,01 нм между чистыми металлическими поверхностями наноконтакта, имеющими работу выхода электрона около 4 эВ, приводит почти к десятикратному изменению туннельного тока. Этот факт, с одной стороны, способствует достижению высокого пространственного разрешения, позволяющего визуализировать отдельные атомы, а с другой стороны -устанавливает жесткие требования к виброзащищенности наноконтакта. Для стабилизации наноконтакта, весьма чувствительного к механическим и акустическим вибрациям и температурным дрейфам, используют систему автоматического регулирования, исполнительным элементом которой является микродвижитель, перемещающий зонд или образец вдоль координаты г в противофазе с внешними возмущениями. Как правило, используются микродвижители, работающие на основе обратного пьезоэффекта. Для защиты наноконтакта от вибраций стремятся создавать жесткие конструкции измерительных СЗМ-головок с высокой резонансной частотой. Как правило, минимальная резонансная частота конструкции обусловлена резонансной частотой микросканера. Для работы в обычных лабораторных условиях резонансная частота конструкции должна быть около 1 КГц и выше. Защита от термодрейфов достигается за счет симметризации конструкции и введения термокомпенсационных элементов. СЗМ-головки хорошего качества имеют термодрейф в обычных лабораторных условиях около 0,1 нм/мин. Основным режимом работы СЗМ является режим постоянного взаимодействия, когда также с помощью пьезодвижителей производится механическое сканирование в плоскости (Х,У) зондом относительно неподвижной поверхности образца (или образцом относительно неподвижного острия) при постоянной величине взаимодействия. При этом сигнал, подаваемый в петле обратной связи следящей системы (СС) на исполнительный элемент, несет информацию о рельефе поверхности (рис. 1а). Для гладких поверхностей можно использовать режим постоянного зазора. В этом случае скорость сканирования увеличивается так, что частота изменения полезного сигнала оказывается выше частоты единичного усиления разорванной петли обратной связи. СС не успевает отслеживать изменения рельефа поверхности, и информационным сигналом является сигнал, снимаемый с датчика локального взаимодействия (рис. 1 б). Од-
нако в этом режиме имеется вероятность столкновения зонда с поверхностью образца, приводящая к его разрушению или потере заданной формы.
Час ГОН гнишптй н> Шм^а Сй .а , мы ii.ii.it: чем частое среза следящей системы т
I у. I
»АС АБС ПАС
т
Чистота пошчпога пи I 1п.чп больше ЧСМ чаи ила среза шидмда! снсчемы а)[м1
[лимассшп un.ii.i- Трр* иплдг
Постсянн-пс нзаг-ыодсйсткис между ■Ф -зондом н образцом
Ч
АГк; НАС
1
ГдеНГОСГЭЕК иГ|15»> 1ор*ипдо
№Л[\
Шстенаннан высота между зондом и образцом
б)
Рис. 1. Иллюстрация работы СЗМ в режиме постоянного взаимодействия (а)
и постоянного зазора(б)
В общем случае СЗМ-сигнал представляет собой свертку между поверхностным рельефом и свойствами зонда и образца. Поэтому для адекватной интерпретации СЗМ-данных необходимо иметь априорную информацию о форме зонда и его свойствах (плотность электронных состояний, работа выхода, модуль Юнга, механическая добротность, резонансная частота и т.п.). Понятно, что если на поверхности исследуемого образца имеется нановыступ с характерным радиусом закругления, меньшим, чем радиус зонда, то на СЗМ-изображении визуализируется поверхность зонда, а не образца. Вообще говоря, этот факт используется для определения формы зонда с помощью специально изготовленных образцов, поверхность которых представляет собой плоскость с регулярно расположенными одинаковыми микровыступами известного радиуса. Зная форму зонда, можно программным способом обрабатывать полученные СЗМ-изображения, уменьшая искажения, вызванные конечными размерами зонда. Следует также помнить, что изменение сигнала взаимодействия зонда с исследуемой поверхностью может быть связано как с изменением рельефа поверхности, так и с пространственным изменением физико-механических свойств образца.
Методики извлечения полезной информации из СЗМ-данных весьма разнообразны. Среди них - модуляция зазора и электрического напряжения между зондом и образцом с измерением отклика в сигнале на частоте модуляции и на удвоенной частоте, раскачивание зонда на резонансной частоте, измерение сигнала взаимодействия в зависимости от расстояния и электрического смещения при разорванной петле обратной связи СС, многопроходные измерения, позволяющие исключить влияние рельефа поверхности на измерение локальных свойств.
Сканирующая туннельная микроскопия
Вообще говоря, СТМ дает карту распределения плотности электронных состояний на поверхности образца. Изменяя знак электрического смещения, прикладываемого к зонду, можно визуализировать как занятые, так и свободные состояния на исследуемой поверхности. В большинстве проводников максимумы плотности электронных состояний локализованы на узлах кристаллической решетки, что позволяет говорить о визуализации поверхностных атомов методом СТМ.
б
Рис. 2. Изображения атомов, полученных в СТМ на поверхности сколов высокоориентированного пиролитического графита (а) и кристалла арсенида галлия (б)
Однако следует помнить, что в некоторых материалах такая корреляция отсутствует, кроме того, для достижения атомного пространственного разрешения средняя высота потенциального барьера между берегами наноконтакта должна иметь величину около 4 эВ, что достигается только на чистых поверхностях и, как правило, в условиях сверхвысокого вакуума. На рис.2 а,б представлены изображения атомов на поверхности сколов высокоориентированного пиролитического графита и кристалла полупроводника GaAs [6]. В принципе СТМ может работать в газовой среде, в том числе при атмосферном давлении. Однако обычно в этом случае на поверхности металлов и полупроводников образуется непроводящий островковый или сплошной окисный слой, мешающий работе СТМ. В этом случае применяют технологию пассивации исходно чистой поверхности, т. е., используя физико-химические методы, покрывают ее тонким диэлектрическим слоем, прозрачным для туннельного тока и защищающим поверхность от дальнейшего окисления. Другим эффективным способом защиты поверхности является использование инертного жидкого диэлектрика, например, кремний-органического масла. При этом чистая поверхность покрывается защитным слоем жидкости, а сканирование зондом происходит внутри слоя жидкости. С помощью такой методики визуализировались, например, ансамбли квантовых точек (рис. 3) на полупроводниковых поверхностях GaAs, полученные в условиях сверхвысокого вакуума при молекулярно-пучковой эпитаксии [7].
Рис. 3. СТМ-изображение ансамбля квантовых точек на поверхности ОаДэ, полученное в защитном слое кремнийорганического масла (площадь сканирования - 400 *400 нм2)
Кроме визуализации поверхности с высоким пространственным разрешением, СТМ предоставляет возможность получать информацию о пространственном распределении плотности электронных состояний, измерять энергию молекулярных возбуждений адсорбатов или энергию коллективных колебаний на поверхности твердого тела методом упругой и неупругой туннельной спектроскопии.. Для этого в заданных точках
на поверхности образца разрывается петля обратной связи СС и производятся измерения зависимостей ¡(V), сШУ, ^ИёУ2 . Эффекты упругого туннелирования дают особенности на первой производной тока по напряжению, позволяя определить положение краев зон относительно уровня Ферми, измерить ширину запрещенной зоны в полупроводниках, ширину энергетической щели в сверхпроводниках.
с11М\" произвольны« единмни
. сШсП7 произвольные . единицы
-60 -40 -20
-2000
-1000
1000
2000 шУ
Рис. 4. Пример туннельных спектров: а - спектр высокотемпературного сверхпроводника, б - одноэлектронные осцилляции в туннельном спектре алмазоподобной пленки,
легированной медью
На рис.4а а представлен пример упругого туннельного спектра высокотемпературного сверхпроводника, позволяющий измерить ширину энергетической щели (~60 мВ) в плотности электронных состояний [8]. В процессе туннелирования электроны могут отдавать энергию, возбуждая молекулярные колебания адсорбата, фононы, экситоны или плазмоны в твердом теле. Такое неупругое туннелирование проявляется в виде пиков на зависимостях С21/СУ2, положение которых на энергетической шкале соответствует энергии возбуждений [9]. Энергетическое разрешение метода туннельной спектроскопии определяется тепловым уширением уровня Ферми зонда и достигает величины ~ 10" эВ при криогенных температурах. Следует также иметь в виду, что на зависимостях С1/СУ туннельных контактов могут проявляться одноэлектронные осцилляции, обусловленные кулоновской блокадой туннельного тока со стороны туннельно-прозрачных областей локализации одиночных электронов, при условии, что в2/2С > кТ [10] (здесь е - заряд электрона, С - емкость туннельно-прозрачной области локализации электронов, находящаяся между берегами туннельного контакта, Т - температура, к - постоянная Больцмана). Вообще говоря, такое условие легче выполняется при криогенных температурах. Однако при субнанометровых размерах емкостная энергия, связанная с зарядкой этих областей одиночным электроном, превышает тепловую энергию даже при комнатных температурах. На рис.4б видны одноэлектронные осцилляции на локальном туннельном спектре алмазоподобной пленки, легированной атомами меди, измеренные при комнатной температуре [11].
Сканирующая силовая микроскопия
Существуют контактный, бесконтактный и полуконтактный режимы ССМ. В первом случае зонд прижат к поверхности и отталкивается от нее. Во втором случае атомы зонда и поверхности образца расположены на большем расстоянии друг от друга, когда между ними действуют силы притяжения. В контактном режиме действуют большие силы, однако происходит деградация поверхности образца и быстрое изнашивание зонда. В бесконтактном режиме этой проблемы нет, но возникают трудности, связанные с измерением малых сил. Поэтому наибольшее распространение получил полуконтакт-
ный режим. В этом случае происходит «обстукивание» поверхности образца, контактное воздействие достаточно кратковременно, что уменьшает разрушение зонда и образца, но дает легко измеряемый сигнал силового взаимодействия на частоте «обстукивания».
Традиционным способом измерения силового взаимодействия зонда с образцом является оптическое измерение величины прогиба упругой кремниевой микробалки (кантилевера) с кремниевой пирамидкой (зондом) на прогибающемся конце. Такая схема измерения предполагает использование лазера, секционированного фотодиода в качестве детектора отклонения лазерного луча и достаточно прецизионной схемы оптической настройки и юстировки, так как. ширина кантилевера составляет 20-30 мкм при толщине 3-5 мкм. В полуконтактном режиме кантилевер раскачивается на резонансной частоте с помощью расположенного рядом пьезовибратора. Зонд постукивает по образцу, если амплитуда раскачки больше, чем расстояние до поверхности образца. При этом силовое взаимодействие зонда с поверхностью приводит к изменениям амплитуды, частоты и фазы колебаний кантилевера, регистрируемым оптическим способом. Значительно более дешевой и простой в эксплуатации представляется схема измерения взаимодействия в полуконтактном режиме с использованием пьезорезонансного датчика силы. В этом случае зонд закрепляется на пьезодатчике, который также раскачивается с помощью вибратора на резонансной частоте, а взаимодействие зонда с поверхностью регистрируется по изменению амплитуды, частоты и фазы электрического напряжения, снимаемого с датчика. В качестве пьезодатчика может использоваться кварцевый резонатор, имеющий высокую добротность, или пьезокерамическая трубочка, имеющая меньшую добротность, но удобная в работе [12]. Одна часть трубочки может использоваться как вибратор, а вторая - как датчик, при этом внутренняя полость трубочки позволяет легко закреплять острие и осуществлять многоразовую замену в случае его поломки. Отметим, что датчики подобной конструкции хорошо работают даже при погружении образца и зонда в жидкость, что может оказаться принципиальным, например, при исследовании биологически активных клеток.
Теория полуконтактного режима достаточно сложна в силу существенно нелинейной зависимости силы от расстояния. Однако простые соображения, основанные на законе сохранения энергии, показывают, что амплитуда колебаний при взаимодействии с поверхностью уменьшается, а фазовый сдвиг ф, возникающий между колебаниями вибратора и зонда, определяется величиной энергии, диссипируемой колеблющимся зондом в образце [13].
Sin ф ~ Q E,
здесь Q - добротность датчика, E - энергия диссипативного взаимодействия зонда с образцом. Видно, что фазовый сдвиг на жестких и мягких участках поверхности образца будет различным, причем минимальный сдвиг соответствует жестким участкам, где возникает упругое отражение зонда от поверхности. Стандартная работа ССМ в полуконтактном режиме заключается в раскачивании зонда на резонансной частоте с некоторой амплитудой, определяемой амплитудой колебаний вибратора и добротностью датчика. Взаимодействие зонда с поверхностью, возникающее при их взаимном сближении, приводит к сдвигу резонансной частоты датчика и уменьшению амплитуды колебаний. Величина уменьшения амплитуды колебаний задается оператором в программе управления и поддерживается постоянной в процессе сканирования с помощью СС, управляющей перемещением микросканера вдоль координаты z. Измерение сигнала на входе микросканера дает информацию об изменении рельефа поверхности, а измерение фазового сдвига (фазовый контраст) позволяет построить карту изменения локальной механической жесткости поверхности образца. Последнее обстоятельство полезно иметь в виду при исследовании гетерогенных материалов. Примеры ССМ изображе-
ний, полученных в полуконтактном силовом режиме на разработанном нами СЗМ-приборе «КапоЕёиса1ог», представлены на рис.5а-г.
Рис. 5. СЗМ-изображения, полученные в полуконтактном режиме: клетки эритроцитов (а, б), поверхность лазерного диска с питами информации (в), двумерная дифракционная решетка (г)
Полуконтактный силовой режим используется также в МСМ и ЭСМ при визуализации распределения магнитных или электрических полей на поверхности образца. В МСМ используется ферромагнитный зонд и двухпроходный режим измерений. На первом проходе в стандартном полуконтактном режиме определяется рельеф поверхности, который, как правило, дает больший вклад в силовое взаимодействие по сравнению с магнитным вкладом. На втором проходе зонд поднимается над поверхностью на расстояние чуть большее, чем амплитуда его колебаний, отключается петля обратной связи и производится сканирование с повторением известного рельефа и измерением силового взаимодействия. Такое измерение исключает вклад механического взаимодействия зонда с поверхностью в СЗМ изображение, оставляя вклад от магнитного взаимодействия, и позволяет построить карту распределения магнитного поля на постоянной высоте от поверхности образца.
В ЭСМ также используется двухпроходная методика. На втором проходе раскачивание зонда на резонансной частоте осуществляется с помощью переменного напряжения, прикладываемого между проводящим зондом и проводящим образцом, на фоне постоянного электрического смещения. Простой расчет электростатической силы, возникающей между обкладками конденсатора «зонд - образец», показывает наличие переменной силы на частоте резонанса и на удвоенной гармонике:
дС
(ш) = -[0 -ф(X У))• ^Ц^)]• —;
р(2ш) ={4 ^^.
Здесь и0 и и1 - амплитуды постоянного и переменного электрических смещений, соответственно, действующих между зондом и образцом, ю - частота переменной составляющей смещения, равная резонансной частоте датчика, ф(х, у) - распределение электрического потенциала на поверхности образца, - изменение электрической
емкости зазора «зонд - образец» с расстоянием. Видно, что, подбирая постоянное смещение и0 так, чтобы обнулить переменную составляющую силы на частоте модуляции, можно определить величину локального потенциала на поверхности образца ф(х, у) = И0. Такой режим ЭСМ называют Кельвин-модой [14].
Измерение второй гармоники сигнала с датчика силового взаимодействия позволяет определить производную от емкости по координате 2 (емкостная микроскопия [15]), которая, в свою очередь, определяется распределением электрического поля у поверхности образца. Емкостная микроскопия применяется, например, при визуализации распределения легирующих примесей в полупроводнике, поскольку примеси влияют на проникновение электрического поля в полупроводник, изменяя локальную емкость на-ноконтакта.
Оптическая микроскопия ближнего поля
Принцип ОМБП основан на особенностях прохождения света через малые отверстия. Электромагнитное поле, падающее с плотностью мощности Ж0 на субволновую диафрагму диаметром с1 < X (X - длина волны света), имеет вблизи диафрагмы мощность Р ~ с^Ж0, существует в виде нераспространяющихся (эванесцентных) мод и экспоненциально быстро спадает на расстояниях порядка X. Мощность светового излучения за субволновой диафрагмой в дальней зоне дается выражением Р1~37(^/Х)4^2Жо [16]. Т .е. при диаметре диафрагмы 50 нм мощность электромагнитного поля вблизи диафрагмы примерно в 300 раз превышает мощность поля вдали от нее.
В качестве зонда в ОМБП используется заостренный световод, закрытый с торцов металлической пленкой. Диаметр апертуры составляет величину порядка 50 нм. Световод прикрепляется к силовому датчику на основе кварцевого резонатора и одновременно используется как зонд для измерения силы. В торец световода вводится лазерный пучок. Образец подводится к световоду на расстояние, меньшее X, и облучается электромагнитным полем, сконцентрированным на конце световода. Зазор между поверхностью образца и концом световода поддерживается постоянным с помощью СС, контролирующей силовое взаимодействие, возникающее при колебаниях зонда в латеральной плоскости. В процессе сканирования с помощью фотоэлектронного умножителя измеряется световой поток, переизлученный поверхностью, интенсивность которого определяется рельефом поверхности и ее оптическими свойствами. В результате получается световое изображение объектов с пространственным разрешением, значительно меньшим длины волны света, т.е. ОМБП преодолевает дифракционный предел пространственного разрешения, существующий, как известно, в обычной оптической микроскопии.
СЗМ-литография
В области наноконтакта можно концентрировать большие электрические поля ~ 108В/см, высокие плотности тока ~ 109А/см2 и большие механические давления ~ 109Н/см2. [17] В этих условиях активизируется целый ряд явлений, таких как: локальный разогрев, пластическая деформация, поляризация, полевое испарение, массопере-нос за счет ионных токов в электролите и электрохимические реакции, в том числе реакции окисления. Раздельное или совместное действие этих факторов можно использовать для наномодификации материалов в различных режимах СЗМ-литографии.
КЮООпм
щ*.
О 0,5 1,0 1,5 2,0 б
Щ
1,5; 1,0.
Рис. 6. Примеры СЗМ-литографии, (а) - динамическая силовая литография,
(б) - анодное окисление
На рис. 6а приведен пример динамической силовой литографии, когда в полуконтактном силовом режиме в заданных программой точках производится контролируемое прижатие зонда к поверхности полимера.
На рис. 6б приведен пример изображения, полученного методом локального анодного окисления поверхности титановой пленки в атмосфере паров воды. В этом случае в заданных программой точках к поверхности Т пленки с адсорбированным на ней водяным слоем прикладывались положительные импульсы электрического смещения. При этом под острием идет реакция анодирования: Т + 2Н2 О = ТЮ2 + 4е- + 4Н+ , сдвигающаяся в сторону окисления за счет инжекции электронов с зонда и смещения положительных ионов водорода к зонду. На поверхности образца вырастает диэлектрический островок окисла титана, высота которого зависит от амплитуды приложенного импульса. Полученный таким образом рисунок визуализируется затем методом полуконтактной ССМ. Интересно отметить, что на участке размером 3x3 см могут поместиться фотографии 100 миллионов человек.
Заключение
В современном обществе сформировалось устойчивое понимание того, что наивысшую экономическую ценность представляют знания. Огромные средства выделяются в развитых странах на получение знаний о материалах и явлениях на микро- и на-ноуровнях, лежащих в основе современных нанотехнологий. Нанотехнологии в ближайшее время перевернут обыденные представления в сфере материальной культуры человека, приведут к появлению новых материалов, лекарств, электронных элементов и устройств и т. д. Нанотехнологические подходы весьма необычны и требуют формирования нового, нанотехнологического мировоззрения уже на студенческой скамье. По оценкам M.C. Roco (International Strategy for Nanotechnology Research and Development (http://www.nsf.gov/nano)), в 2010-2015 гг. ожидается следующая потребность в специалистах в области нанотехнологий: Европа - 0,4 млн. чел., США - 0,9 млн. чел., Япония - 0,6 млн. чел., страны Азиатско-Тихоокеанского региона - 0,2 млн. чел.
Учитывая, что СЗМ является одним из базовых инструментов нанотехнологии, на кафедре материаловедения СПбГУ ИТМО в 2005 г. развернута учебно-научная лаборатория по нанотехнологии, укомплектованная СЗМ-приборами «NanoEducator» и уста-
новкой для изготовления зондов. Наши студенты получают теоретические знания в области нанотехнологиий и делают первые самостоятельные шаги в этом направлении.
Основная проблема, которая должна быть решена для перевода СЗМ-С-Л в область промышленных нанотехнологий, - это увеличение скорости работы метода, стабильности и долговечности зондов на основе метрологически обеспеченных сканеров новых типов, новых типов зондов и зондовых датчиков, в том числе многозондовых систем, использования интерактивных цифровых СС. По-видимому, будущее метода -за нанотехнологическими комплексами, совмещающими СЗМ-С-Л с методами, основанными на применении оптических, электронных и ионных пучков, синхротронного излучения. Следует также ожидать активного использования информационных технологий при создании экспертных систем в области СЗМ-С-Л и виртуальных СЗМ-приборов и методик.
Литература
1. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004. 143с.
2. Голубок А.О. // Научное приборостроение. 1999. Т. 9. №3. С 33-47.
3. Binnig G., Rohrer H. // Rev.Mod.Phys. 1987.V.59. № 3. Р. 615.
4. Янсон И.К. // ФНТ. 1983. Т. 9. №7.
5. Young R. // Phys.Today. 1971. V.24. Р.42.
6. Голубок А.О., Тимофеев В.А., Аристов В.Ю., Гелахова С.Г. // Научное приборостроение. 1992. Т.2. №1. С.74-84.
7. Gur'yanov G.M., Cirlin G.E., Golubok A.O., Petrov V.N., Tipissev S.Ya., Ledentsov N.N., Shchukin V.A., Grundmann M., Bimberg D., Alferov Zh. I. // Surface Science. 1996. V.352-354. Р.646-650.
8. Петров М.П., Красинькова М.В., Березкин В.И., Голубок А.О., Давыдов Д.Н., Типи-сев С.Я. // Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14. №10. С. 942-946.
9. Inelastic Electron Tunneling Spectroscopy. / Ed. T. Wolfram. Berlin, Springer, 1978.
10. Лихарев К.К., Аверин Д.В. // ЖЭТФ. 1986. Т. 90. С. 733.
11. Голубок А.О., Горбенко О.М., Масалов С.А., Розанов В.В. // Поверхность. 2000. № 7. С. 31.
12. Васильев А.А., Керпелева С.Ю., Котов В.В., Сапожников И.Д., Голубок А.О. // Научное приборостроение. 2005. Т.15. №1. С. 62-69.
13. Tamayo J., Garcia R. // Appl. Phys. Lett. 1998. V.73 (20). Р. 2926-2928.
14. Noonenmacher M., O'Boyle M.H., Wikramasinghe H.K. // Appl. Phys. Lett. 1991. V.58 (25). Р. 2921-2923.
15. Matey J. R., Blanc J. // J. Appl. Phys. 1985. V.57. №5. Р. 1437-1444.
16. Durig U., Pohl D.W., Rohrer H. // J. Appl. Phys. 1986. V.59. №10. Р. 3318-3327.
17. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике, М.: Техносфера, 2005. 147 с.
