CN103592818A - 利用afm的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，该系统包括：一与其他真空生长设备相兼容的超高真空室；一原子力显微镜，其固定在超高真空室的底部；一衬底托固定装置，其固定在原子力显微镜的上面，该衬底托固定装置的中间有一孔洞；一衬底托，其位于衬底托固定装置中间的孔洞上面；一机械臂，其固定在超高真空室的上面，用于衬底托的传递；一探针置换腔，其固定在超高真空室的侧壁上，用于原子力显微镜探针的更换；一监控系统，用于原子力显微镜制备压印图形的控制。本发明具有图形精度高(高于50nm)、外延损伤小和利于制备高集成度阵列光电子器件等特点。

Description

利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统
技术领域
本发明属于半导体材料与器件技术领域，涉及一种利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统。
背景技术
信息技术的高速发展对光电子器件的集成度提出了越来越高的要求，电子束曝光等传统微电子工艺的发展使得工艺最小尺寸逐步拓展到几十纳米量级，传统无源器件的尺寸也已经进入亚微米量级。但是小尺寸(100nm左右)有源光电子器件的制备却依旧是个很大的困难，主要受限于微电子工艺的精度以及机械损伤对光电子器件有源区的影响，引入一种纳米量级精度的低损伤器件制备工艺尤为必要。特别地，量子点基单光子源等作为下一代量子通信最有希望的信号源，对量子点的的位置、精度、可重复定位、器件测试与制备提出了很高的要求。目前比较推崇的量子点制备工艺基于图形衬底定位技术，但传统方式制备的图形衬底存在尺寸难以控制、机械损伤大、重复性低以及外延材料光电学性质差的缺点。
原子力显微镜(AFM)作为一种传统的纳米级表征设备，近年来随着探针技术的发展，利用探针的接触模式对材料表面进行修饰成为可能，利用AFM制备纳米量级的图形衬底为定位量子点等材料的制备提供了无限可能。
发明内容
为解决上述的一个或多个问题，提出一种利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，具有图形精度高(高于50nm)、外延损伤小和利于制备高集成度阵列光电子器件等特点。
本发明提供一种利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，该系统包括：
一与其他真空生长设备相兼容的超高真空室；
一原子力显微镜，其固定在超高真空室的底部；
一衬底托固定装置，其固定在原子力显微镜的上面，该衬底托固定装置的中间有一孔洞；
一衬底托，其位于衬底托固定装置中间的孔洞上面；
一机械臂，其固定在超高真空室的上面，用于衬底托的传递；
一探针置换腔，其固定在超高真空室的侧壁上，用于原子力显微镜探针的更换；
一监控系统，用于原子力显微镜制备压印图形的控制。
从上述技术方案可以看出，本发明利用原子力显微镜(AFM)的压印功能实现定位图形衬底的制备具有以下有益效果：
(1)本发明采用原子力显微镜(AFM)制备图形衬底，具有图形精度高(高于50nm)、损伤小的特点，同时具备即刻即测的功能，可以对图形进行精确的测量以适当调整压印参数；
(2)本发明采用压电平台提供xyz三轴定位功能，具有定位精度高、重复性强的特点，可用于制备周期的图形阵列，有利于提高光电子器件的集成度；
(3)本发明采用超高真空室，具有与其他真空外延设备兼容的特点，全真空操作避免材料污染，同时利于在生长过程中进行多步压印制备的优点；
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，该系统包括：
一与其他真空生长设备相兼容的超高真空室1。该超高真空室真空度1一般在1E-8到1E-10Torr左右，利于维持外延衬底的清洁度，可根据与之连接的真空外延设备做出相应的调整。真空室通过法兰与其他真空设备相连接，同时法兰的直径以利于衬底托3’在腔室之间转移为前提；
一原子力显微镜2，其固定在超高真空室1的底部。所述原子力显微镜2为经过重新设计的带有压印功能的原子力显微镜，探针方向朝上，探针一般采用较硬的材料如SiN等。AFM的XY扫描平台为特殊定制，以兼顾AFM精度及图形衬底阵列化的线程要求。图形精度高于50nm，最大扫描范围在100μm*100μm；
一衬底托固定装置3，其固定在原子力显微镜2的上面，该衬底托固定装置3的中间有一孔洞，通过特定的固定装置实现衬底托3’与原子力显微镜2的固定，整个平台置于减震系统中，控制衬底在压印过程中不会出现晃动、漂移等，从而避免影响压印的图形精度；
一衬底托3’，其位于衬底托固定装置3中间的孔洞上面。该衬底托3’采用传统外延设备如MBE相兼容，保证制备的图形衬底能够直接用于材料的外延生长；
一机械臂4，其固定在超高真空室1的上面，用于衬底托3’的传递，实现衬底托3’在外延设备与本系统之间的转移；
一探针置换腔5，其固定在超高真空室1的侧壁上，通过法兰与超高真空室1连接，用于原子力显微镜探针的更换；
一监控系统6，集成了原子力显微镜的压印系统、测量系统、图形阵列步进系统以及CCD成像观察系统等，实现对纳米压印制备、测量的一体化控制。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，该系统包括：
一与其他真空生长设备相兼容的超高真空室；
一原子力显微镜，其固定在超高真空室的底部；
一衬底托固定装置，其固定在原子力显微镜的上面，该衬底托固定装置的中间有一孔洞；
一衬底托，其位于衬底托固定装置中间的孔洞上面；
一机械臂，其固定在超高真空室的上面，用于衬底托的传递；
一探针置换腔，其固定在超高真空室的侧壁上，用于原子力显微镜探针的更换；
一监控系统，用于原子力显微镜制备压印图形的控制。
2.根据权利要求1所述的利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，其中的超高真空室真空度为1E-8到1E—10Torr，利于维持外延衬底的清洁度。
3.根据权利要求1所述的利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，其中原子力显微镜具有纳米压印功能，该原子力显微镜的探针方向朝上，探针的材料为SiN强度较大的材料。
4.根据权利要求1所述的利用AFM的探针制备图形衬底的定位纳米压印系统，其中监控系统包括对纳米压印的设定、控制以及衬底托上的衬底表面的成像。
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