WO2022130353A1 - Кантилевер с кремниевой иглой - Google Patents

Кантилевер с кремниевой иглой Download PDF

Info

Publication number
WO2022130353A1
WO2022130353A1 PCT/IB2021/061991 IB2021061991W WO2022130353A1 WO 2022130353 A1 WO2022130353 A1 WO 2022130353A1 IB 2021061991 W IB2021061991 W IB 2021061991W WO 2022130353 A1 WO2022130353 A1 WO 2022130353A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pedestal
cantilever
console
crystal silicon
silicon
Prior art date
Application number
PCT/IB2021/061991
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Антон Леонидович РАБУХИН
Андрей Борисович ШУБИН
Original Assignee
СканСенс ГмбХ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by СканСенс ГмбХ filed Critical СканСенс ГмбХ
Priority to EP21854820.4A priority Critical patent/EP4266062A1/en
Publication of WO2022130353A1 publication Critical patent/WO2022130353A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/10—Shape or taper
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/34—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/14—Particular materials

Definitions

  • the invention relates to nanotechnology and scanning probe microscopy, and more specifically to cantilevers that, together with a probe microscope, make it possible to obtain information about the topography of a sample and other physical characteristics of its surface, such as, for example, conductivity, rigidity and chemical composition.
  • a silicon needle formed by anisotropic etching on a silicon wafer with crystallographic orientation indices ⁇ 100> will be a conical figure along its entire length, including its top, and the top will have an angle of 20°-40° .
  • This form of the device does not allow one to examine surfaces having profiles with vertical walls or profiles with large (high-aspect) height differences.
  • a flint needle having a cone shape, with the most typical needle heights in the range of 7-18 microns will have a base diameter commensurate with the height value divided by two.
  • This value of the base diameter exceeds the typical value of the thickness of the cantilever, which is (ie contained) in the range of 1-3 microns. Since in said patent, the cantilever is formed by impurity diffusion followed by selective etching, the resulting cantilever will contain a pit located under the base of the needle. Such a hole will lead to distortion in the optical method of generating a signal from the console.
  • a cantilever is also known, containing a base on which a console of single-crystal silicon is fixed with a pedestal on which a needle is located, which is a whisker grown epitaxially. The most important property of such a cantilever is that the whisker has a high characteristic ratio of length to diameter, which allows such a cantilever to scan a surface containing a topology with high-aspect elevation differences [RU2275591],
  • the disadvantage of this device is that initially in this device the needle is a whisker, which is supposed to be obtained in the process of epitaxial growth, on an already existing silicon pedestal.
  • the epitaxial growth of whiskers is a poorly controlled process, in which it is extremely difficult to obtain a strictly specified whisker height, which makes it difficult to determine the geometric characteristics of a whisker without additional measurements of a ready-made cantilever, which in turn makes it difficult to mass-produce such cantilevers with previously known geometric characteristics.
  • the size effect with a decrease in the whisker diameter leads to the virtual disappearance of dislocations in the volume of the whisker, which leads to an increase in strength hundreds of times compared to massive (ordinary) single crystals.
  • the absence of dislocations also reduces the thermal and electrical conductivity, which, in turn, limits the reconciliation of such cantilevers in techniques that require high electrical conductivity of the whisker and specifically specified current-voltage characteristics when the whisker interacts with the surface under study.
  • whisker is a kind of invisible crystals, doping to set specific values of whisker conductivity is extremely difficult due to the heterogeneity of doping additives, which create dislocations in the volume of whiskers, onto the whisker surface.
  • the cantilever and the pedestal in this cantilever are made of single-crystal silicon, which is a semiconductor
  • the whisker grows by the epitaxial method
  • due to the heterogeneity of the material properties of the whisker and the cantilever unpredictable formation of barrier effects and p-n transitions in place is possible.
  • epitaxial growth of a whisker on a pedestal with unpredictable characteristics which in turn will have an unpredictable effect on the results of scanning in SPM techniques using the electrical properties of a cantilever.
  • the growth of the whisker occurs on a flint pedestal, which has a much larger diameter of the whisker itself, this means that in this cantilever at the end of the cantilever, a significant mass in the form of a pedestal is actually localized, which in turn means that the mechanics of the cantilever oscillations will have dependence on this mass.
  • the optical method of forming the measured signal by reflecting the laser beam from the cantilever is the most widespread, in the case of the optical method of signal formation, the cantilever with a localized mass at the end of the cantilever leads to a nonlinear distortion of the measured signal.
  • the bending of the console exerts pressure through the needle on the surface under study, and when scanning sections of the surface under study that have an inclination, a certain slippage of the needle occurs, and since the needle in this case is a mechanical lever, this causes torsion twisting of the console. This, in turn, causes distortion in the signal generated by the optical method.
  • the smaller the height of the needle the correspondingly smaller the mechanical lever causing the console torsional twisting and the less distortion. Since the whisker grows on a pedestal that has a well-defined height, the whisker is actually raised to the height of the pedestal relative to the console, which adds the length of the lever and enhances the effect of the torsion twisting of the console.
  • the technical result of the invention lies in the fact that a cantilever with a silicon needle, with a high aspect ratio of the length and transverse size of the needle, a cantilever made of single-crystal silicon, a pedestal and a pointed working part, made from a single array of single-crystal silicon, having known geometric dimensions, as well as electrical , mechanical and thermal properties, provides a higher resolution when scanning the surface under study, as well as a higher accuracy of the measured physical characteristics of the objects of the surface under study.
  • the essence of the invention lies in the fact that in a cantilever with a silicon needle containing a base on which a cantilever made of single-crystal silicon with a silicon needle is fixed, consisting of a pointed working part and a pedestal having a ratio of length and transverse size of at least two and no more than sixty and located on the plane of the console of single-crystal silicon, the console of single-crystal silicon, the pedestal and the pointed working part are made of a single array of single-crystal silicon.
  • the monocrystalline silicon console has a different doping level than the pedestal and pointed working part.
  • the monocrystalline silicon console and pedestal have a different doping level than the pointed working part.
  • a monocrystalline silicon console, a pedestal and a pointed working part form a p-n junction in areas with different levels of doping.
  • the pedestal is made with a periodic corrugated side surface.
  • the monocrystalline silicon console has a compensator protrusion at the place of its attachment to the base.
  • the pedestal in a section parallel to the plane of the monocrystalline silicon console has the shape of a circle.
  • the pedestal in a section parallel to the plane of the monocrystalline silicon console has a polyhedral shape.
  • section B1-B2 of the pedestal, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon, in the zone of its connection with the pointed working part of the silicon needle has an area equal to the area of the section B1-B2 of the base of the pointed working part.
  • section C1 -C2 of the pedestal, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon, in the zone of its connection with the pointed working part of the silicon needle has an area greater than the cross-sectional area D1 -D2 of the pointed working part in the zone of its connection with the pedestal.
  • section E1 -E2 of the pedestal, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon, in the zone of its connection with the pointed working part of the silicon needle has an area smaller than the cross-sectional area F1 -F2 of the pointed working part in its widest part.
  • the pedestal in a section parallel to the plane of the monocrystalline silicon console has a tetrahedral shape and is oriented with its faces at angles K1 and K2 to the opposite ends of the monocrystalline silicon console.
  • the pedestal in a section parallel to the plane of the monocrystalline silicon console has an octahedral shape and is oriented with its faces at angles K3 and K4 to the opposite ends of the monocrystalline silicon console.
  • the pedestal is made of at least a first element and a second element having different cross-sectional area parallel to the plane of the console of single-crystal silicon.
  • figure 1 schematically depicts the cantilever, side view
  • figure 2 schematically depicts a cantilever in which the cantilever made of single-crystal silicon has a doping level different from the pedestal and the pointed working part;
  • figure 3 schematically depicts a cantilever in which the cantilever of single-crystal silicon, the pedestal and the pointed working part have different levels of doping;
  • figure 4 schematically depicts a cantilever in which a cantilever made of single-crystal silicon, a pedestal and a pointed working part form a p-n junction in areas with different doping;
  • figure 5 schematically depicts a cantilever in which the pedestal is made with a periodic corrugated side surface
  • figure 6 schematically depicts a cantilever in which the periodic corrugated surface of the pedestal consists of conical elements
  • figure 7 schematically depicts a cantilever in which the angle A between the pedestal and the plane of the monocrystalline silicon console is not equal to 90°;
  • figure 8 schematically depicts a cantilever, in which the cantilever made of single-crystal silicon, in the place of its attachment to the base, has a protrusion-compensator;
  • figure 9 schematically depicts a cantilever in which the pedestal in a section parallel to the plane of the console of single-crystal silicon has the shape of a circle;
  • figure 10 schematically depicts a cantilever in which the section of the pedestal, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon, in the zone of its connection with the pointed working part of the silicon needle has an area equal to the cross-sectional area of the base of the pointed working part;
  • figure 11 schematically depicts a cantilever, in which the section C1-C2 of the pedestal, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon, in the zone of its connection with the pointed working part of the silicon needle has an area greater than the cross-sectional area D1-D2 of the pointed working part in the zone of its connection with the pedestal;
  • figure 12 schematically depicts a cantilever in which the section E1 - E2 of the pedestal, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon, in the zone of its connection with the pointed working part of the silicon needle has an area smaller than the cross-sectional area F1 -F2 of the pointed working part in its widest part;
  • figure 13 schematically depicts a cantilever in which a plasmon-active coating is deposited on a flint tip;
  • figure 14 schematically depicts a cantilever in which a conductive coating is deposited on a single-crystal silicon cantilever and a silicon needle;
  • figure 15 schematically depicts a cantilever in which a magnetically sensitive coating is deposited on a cantilever made of single-crystal silicon and a silicon needle
  • figure 16 schematically depicts a cantilever in which the pedestal in a section parallel to the plane of the monocrystalline silicon console has a tetrahedral shape and is oriented with its faces at angles K1 and K2 to the opposite ends of the monocrystalline silicon console;
  • figure 17 schematically depicts a cantilever in which the pedestal in a section parallel to the plane of the console of single-crystal silicon has an octahedral shape and is oriented with its faces at angles K3 and K4 to the opposite ends of the console of single-crystal silicon;
  • figure 18 schematically depicts a cantilever, in which the pedestal is made of at least the first element and the second element, having different cross-sectional area, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon.
  • Figure 19 represents thus a SEM photograph (ie, a photograph taken with a scanning electron microscope) of a cantilever with a silicon needle (base not shown).
  • the invention relates to a flint needle cantilever.
  • a cantilever contains a base 1 (Fig. 1), on which a cantilever made of single-crystal silicon 2 is fixed.
  • Single-crystal silicon can be used as base 1.
  • Console of single-crystal silicon 2 may have the following dimensions, the length is not less than 5 microns and not more than 500 microns, the width is not less than 2 microns and not more than 100 microns, the thickness is from 0.2 microns to 10 microns.
  • a silicon needle 3 is installed, consisting of a pointed working part 4 and a pedestal 5 located on the plane of the console of single-crystal silicon 2.
  • the pedestal 5 has a ratio of length H1 and transverse size D in the XY plane is not less than two and not more than sixty.
  • the pedestal 5 is located on the plane of the console made of single-crystal silicon 2.
  • the single-crystal silicon console 2, the pedestal 5 and the pointed working part 4 are made from a single single-crystal silicon array.
  • the height H1 of the pedestal 5 may be in the range of 2 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the height H2 of the pointed working part 4 can be in the range from 300 nm to 5000 nm.
  • the monocrystalline silicon console 2 the pedestal 5 and the pointed working part 4 have the same doping levels, which can be (that is, contained) in the range of 1 * 10E13cm-3 up to the limiting solubility of the doped impurity.
  • the console made of single-crystal silicon 2 (Fig. 2) has a doping level different from the pedestal 5 and the pointed working part 4.
  • the difference may not be less than 10 percent.
  • doping levels can be in the range of 1 * 10E13cm-3 up to the limiting solubility of the doped admixture.
  • console of single-crystal silicon 2 (Fig. 3) and the pedestal 5 have a doping level different from the pointed working part 4.
  • the difference may not be less than 10 percent.
  • doping levels can be in the range of 1 * 10E13cm-3 up to the limiting solubility of the doped admixture.
  • console of monocrystalline silicon 2 (Fig. 4), the pedestal 5 and the pointed working part 4 have different levels of doping. The difference may not be less than 10 percent. In this case, doping levels can be in the range of 1 * 10E13 cm-3 up to the limiting solubility of the doped apply.
  • console of single-crystal silicon 2 the pedestal 5 and the pointed working part 4 form a p-n junction in areas with different levels of doping.
  • the pedestal 5 (FIG. 5) is made with a periodic corrugated side surface 6.
  • the period of the corrugated side surface 6 can be in the range from 0.1 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the height of the periodic corrugated side surface 6 can be between 50 nm and 500 nm.
  • the periodic corrugated surface 6 (Fig. 6) of the pedestal 5 consists of cone elements 7.
  • the cone elements can have the following dimensions, the diameter of the cone in its maximum part can be from 0.5 microns to its minimum part can be from 0.1 microns to 6 microns.
  • angle A between the pedestal 5 (FIG. 7) and the plane of the monocrystalline silicon console 2 is not equal to 90° (that is, different from 90°). At the same time, it can be (that is, contained) in the range from 45° to 89.9°.
  • the console made of single-crystal silicon 2 (Fig. 8), at the place of its attachment to the base 1, has a compensator protrusion 8, which can have the following dimensions.
  • the minimum length along the Y coordinate is 10 ⁇ m
  • the maximum length can be the sum of the length of the base 1 and the length of those parts of the compensator ledge 8 that protrude beyond the base 1.
  • the total length of the protrusion-compensator will be 3800 microns.
  • the height along the Z-coordinate of the protrusion-compensator 8 can be from 2 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the X width can be from 2 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the surface 9 of the protrusion-compensator 8 can be shifted to the left by, for example, up to 150 ⁇ m relative to base 1 along the Y-coordinate, as shown in FIG. 8, or coincide with it (not shown).
  • the end 10 of the cantilever made of monocrystalline silicon 2 can protrude along the Y coordinate to the left of the pedestal 5 by, for example, up to 20 ⁇ m, as shown in FIG. 8, or coincide with its edge (not shown).
  • the pedestal 5 (Fig. 9) in a section parallel to the plane of the monocrystalline silicon console has the shape of a circle, the diameter of which can be (i.e. contained) in the range from 0.1 ⁇ m to 7 ⁇ m.
  • the pedestal 5 in a section parallel to the plane of the console of single-crystal silicon has a polyhedral shape (not shown conventionally).
  • This polyhedral shape can be formed by crystallographic planes of single-crystal silicon formed by anisotropic liquid etching and can have, for example, four or octahedral shape, and have an arbitrary number of faces that do not lie in the crystallographic planes formed during anisotropic liquid etching and formed by plasma-chemical etching, which does not have anisotropy with respect to crystallographic planes in single-crystal silicon.
  • the section of the pedestal 5 B1 - B2 parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2, in the zone of its connection with the pointed working part 4 of the silicon needle 3 has an area equal to the cross-sectional area B1 -B2 of the base of the pointed working part 4.
  • the area of this section can be in the range of 0.02 ⁇ m 2 to 40 ⁇ m 2 .
  • the most optimal values of the cross-sectional area B1-B2 at the height H1 of the pedestal 5 and the height H2 of the pointed working part 4 can be in the following ranges.
  • the value of the area section B1 -B2 may be (that is, contained) in the range from 0.03 ⁇ m 2 to 7 ⁇ m 2 .
  • connection zone means a zone with a height of up to 1 ⁇ m along the Z coordinate and within which the design of the pedestal 5 passes into the design of the pointed working part 4. for better visualization.
  • the section E1 -E2 of the pedestal 5 parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2, in the zone of its connection with the pointed working part 4 of the silicon needle 3 has an area smaller than the cross-sectional area F1-F2 of the pointed working part 4 in its widest part.
  • the cross-sectional area F1 -F2 may be (ie contained) in the range from 0.2 ⁇ m 2 to 12 ⁇ m 2 .
  • the cross-sectional area E1-E2 may be (that is, contained) in the range from 0.03 ⁇ m 2 to 10 ⁇ m 2 .
  • a plasmon-active coating 11 is deposited on the flint needle 3 (Fig. 13).
  • This coating can be made of metal nitrides with plasmonic activity.
  • the coating may be made from titanium nitride, zirconium nitride, hafnium nitride, or a combination of these nitrides, or metals having plasmonic activity, such as gold, silver, or combinations of these metals, and have a thickness of 20 nm to 500 nm.
  • a single-crystal silicon console 2 (Fig. 14) and a flint needle 3 are coated with conductive coating 12.
  • This coating can be made of chemically inert metals such as platinum, gold, or metal carbides having conductivity.
  • a magnetically sensitive coating 13 is applied to the cantilever of single-crystal silicon 2 (Fig. 15) and the silicon needle 3.
  • This coating can be made from a combination of materials that are part of magnetically sensitive films, such as cobalt, nickel, chromium , platinum, iron and have a thickness of 20 nm to 500 nm.
  • the pedestal 5 in a section parallel to the plane of the console made of single-crystal silicon 2 has a tetrahedral shape and is oriented with its faces at angles K1 and K2 to the opposite ends 14 of the console made of single-crystal silicon 2.
  • Angles K1 and K2 can range from 0° to 60°.
  • the pedestal 5 in a section parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2 has an octahedral shape and is oriented with faces at angles K3 and K4 to the opposite ends 14 of the console 2 of single-crystal silicon 2.
  • Angles K1 and K2 can range from 0° to 45°.
  • the pedestal 5 (Fig. 18) is made of at least the first element 15 and the second element 16, having a different cross-sectional area parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2.
  • the values of these areas may differ by at least 5%.
  • the number of elements with different cross-sectional area can be from 2 to 30.
  • the flint needle cantilever according to the invention can be manufactured based on standard processes used in the microelectronics industry, according to the following route.
  • the substrate On a silicon wafer (hereinafter referred to as the substrate), with a crystallographic orientation with indices ⁇ 100> and having an initially acceptor type of impurity, for example, boron, an oxide layer is created by thermal oxidation, then a polymer mask is formed on the upper side of the substrate using photolithography methods for the initial etching of the flint needle 3, then liquid etching of the oxide layer is carried out along the formed polymer mask, as a result of which an oxide mask is formed that repeats the shape of the polymer mask. After that, the polymer mask is removed.
  • an oxide layer is created by thermal oxidation, then a polymer mask is formed on the upper side of the substrate using photolithography methods for the initial etching of the flint needle 3, then liquid etching of the oxide layer is carried out along the formed polymer mask, as a result of which an oxide mask is formed that repeats the shape of the polymer mask. After that, the polymer mask is removed.
  • a pointed working part 4 is formed by etching silicon on an oxide mask in a liquid anisotropic etchant, which is a supersaturated solution of caustic potassium at a temperature of 90°C. Etching is carried out to a depth equal to the height H2 of the pointed working part 4 (Fig. 1). Due to the fact that the properties of the liquid anisotropic etchant are such that the etching rates in the direction of the crystallographic planes, which are not equal to the plane with the index ⁇ 111>, although they are approximately the same, nevertheless have differences.
  • the formation of a pointed working part 4 occurs from under the oxide mask with the formation of planes that form a faceted cone, the number of faces of which and the angle of their inclination to a plane parallel to the plane the base, in turn, is determined by the temperature and composition of the etchant, as well as the initial shape of the oxide mask. So, for example, from under a round oxide mask in a supersaturated sodium hydroxide solution at temperature of 90°C will form a tetrahedral shape of the cone with the angles of inclination of these planes to the plane parallel to the plane of the substrate from 10°C to 23°C.
  • a cone with eight faces and angles of inclination of these planes to the plane parallel to the plane of the substrate from 12° to 30° will be formed.
  • a cone with three faces will be formed with the angles of inclination of these planes to the plane parallel to the substrate plane from 5° to 23°.
  • a pointed working part 4 is formed.
  • a pedestal 5 is formed by further plasma-chemical etching of silicon with a vertical etching profile.
  • the pedestal 5 obtained at this intermediate technological stage, in a section parallel to the plane of the substrate, will have a shape that repeats the shape of the oxide mask.
  • the pedestal 5 is thinned and the pointed working part 4 is further etched.
  • the thinning is carried out in a liquid anisotropic etchant, for example, in a supersaturated sodium hydroxide solution at a temperature of 90°C. Due to the fact that pedestal 5, preliminarily formed by vertical plasma-chemical etching, does not contain planes with index ⁇ 111>, etching in a liquid anisotropic etchant will take place while maintaining the verticality of the pedestal 5 structure. . Thus, a silicon needle 3 is formed.
  • the console is formed by thermal diffusion of phosphorus with the formation of a p-n junction, which occurs at a depth twice the required thickness of the console from single-crystal silicon 2.
  • the degree of doping with phosphorus is 10 15 -10 16 cm -3 .
  • a layer of silicon oxide is formed on the upper side of the substrate by thermal oxidation.
  • a polymer mask is formed from the front side by photolithography to form a protective mask from silicon oxide of a console of single-crystal silicon 2 and silicon needle 3.
  • a local mask is formed on the lower side of the substrate for anisotropic etching of silicon, resulting in the formation of a base further, thermal deposition of aluminum is carried out on the upper side of the wafer to create an ohmic contact to p-silicon, then electrochemical stop-etching of silicon is carried out from the lower side of the wafer. Etching stops automatically when the n-layer is reached. In this case, a silicon membrane of a given thickness is formed (double the thickness of the cantilever). The formation of the cantilever console is carried out by anisotropic etching of the silicon membrane on both sides of the plate, then the metals and the two-layer protective mask are removed from the needle and cantilever consoles.
  • the most commonly used dimensions of the base 1 of the cantilever for a scanning probe microscope along the X coordinate is 1600 ⁇ m
  • along the Y coordinate is 3200 ⁇ m
  • the thickness of the monocrystalline silicon console 2 can vary from 0.3 ⁇ m to 10 ⁇ m
  • the width can vary from 2 ⁇ m to 100 ⁇ m
  • length can be from 5 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • FIG. 19 is a SEM photograph of a single-crystal silicon cantilever and a flint needle according to the invention.
  • the score division value in the lower right corner of FIG. 19 is 5 ⁇ m
  • the thickness of the single-crystal silicon console is 3 ⁇ m
  • the height of the flint needle is 14 ⁇ m
  • the thickness is 3.3 ⁇ m.
  • This image in Fig. 19 illustrates the practical implementation of a flint needle cantilever.
  • the flint needle cantilever functions as follows.
  • the console made of single-crystal silicon 2 is excited at its own resonant frequency, oscillating along the Z coordinate, then a scanning probe microscope (SPM) (not shown) scans the surface under investigation with a given supply of needle 3 to the surface under study.
  • SPM scanning probe microscope
  • the vibration parameters of the console made of single-crystal silicon 2 change (frequency, amplitude, phase). The change in these characteristics is measured with a scanning probe microscope.
  • the oscillation frequency of the console made of single-crystal silicon 2 is selected and the change in the oscillation parameters is determined.
  • a console of single-crystal silicon 2 is fixed with a silicon needle 3, consisting of a pointed working part 4 and a pedestal 5, having a ratio of length and transverse size of at least two and not more than sixty and located on the plane of the console of single-crystal silicon 2, a console of single-crystal silicon 2, the pedestal 5 and the pointed working part 4 are made of a single array of single-crystal silicon, provides a higher resolution when scanning the surface under study, as well as a higher accuracy of the measured physical characteristics of the objects of the surface under study.
  • doping additives into the console of single-crystal silicon 2 and/or into the needle 3 by thermal diffusion or ion implantation. These doping additives make it possible to set the specific conductivity of these elements with high accuracy. This makes it possible to have an unambiguous value of the electrical characteristics of the cantilever elements, which ensures a higher accuracy of the measured physical characteristics of the objects of the surface under study.
  • the needle 3 due to the fact that the needle 3, according to the invention, has a high aspect ratio of length and transverse size, such a needle will always have a lower mass than a needle design of the same height, having a conical shape along its entire length, including the top.
  • the cantilever made of single-crystal silicon 2 will oscillate close to harmonic oscillations. This, in turn, ensures greater linearity in the optical method of signal formation in the SPM, which makes it possible to obtain a higher resolution when scanning the surface under study, as well as a higher accuracy of the measured physical characteristics of the objects of the surface under study.
  • the coefficients of thermal expansion of the console made of single-crystal silicon 2, the pedestal 5 and the pointed working part 4 will also be the same.
  • this makes the proposed device mechanically stable. This provides a higher resolution when scanning the surface under study, as well as a higher accuracy of the measured physical characteristics of the objects of the surface under study, and also increases the reliability of the device.
  • the cantilever of single-crystal silicon 2, the pedestal 5 and the pointed working part 4 have the same levels of doping makes it possible to obtain the uniformity of the conductivity of these elements, which ensures a higher accuracy of the measured electrical characteristics of the objects of the surface under study.
  • the cantilever of single-crystal silicon 2 has a doping level different from the pedestal 5 and the pointed working part 4 makes it possible to have different mobility of charge carriers in the pointed working part 4 and pedestal 5 from the mobility of charge carriers in the cantilever of single-crystal silicon 2.
  • concentration of impurities increases, while the mobility of charge carriers decreases, since their scattering on impurity ions increases.
  • the mobility has a maximum value, however, the conductivity decreases, since the total value of the amount of charge carrier also decreases.
  • the mathematical model for calculating the capacitive force of interaction between the cantilever and the surface of the sample depends on the geometry of the cantilever as a whole, as well as on the conductivity of its elements and the mobility of carriers charge in them.
  • the different mobility of charge carriers and different conductivities of the console made of single-crystal silicon 2, pedestal 5 and pointed working part 4 make it possible to include them in the mathematical model as separate elements. Due to this, it is possible to simplify the mathematical model for calculating the capacitive interaction force.
  • the second derivative of the interaction force which depends only on the capacitance of the cantilever - sample, as well as on the size of the cantilever - sample gap, carries information about the distribution of surface capacitance over the sample. Simplification of the mathematical model of the calculation, in turn, leads to an increase in the measurement accuracy and unambiguous interpretation of the obtained values.
  • the cantilever made of single-crystal silicon 2 and pedestal 5 have a doping level different from the pointed working part 4, as in the previous paragraph, makes it possible to simplify the model for calculating the force of capacitive interaction between the cantilever and the surface under study.
  • the console of single-crystal silicon 2 and the pedestal 5 can be included as elements separate from the pointed working part 4.
  • the cantilever made of monocrystalline silicon 2, the pedestal 5 and the pointed working part 4 have different levels of doping, as in the previous paragraph, allows us to simplify the model for calculating the force capacitive interaction between the cantilever and the surface under study, calculating the interaction model of the cantilever made of single-crystal silicon 2, the pedestal 5 and the pointed working part 4 as separate elements.
  • the cantilever of single-crystal silicon 2, the pedestal 5 and the pointed working part 4 form a p-n junction in areas with different levels of doping allows, when scanning the surface under study, when a potential is applied to the surface under study through the cantilever, to have a fixed value of the voltage drop across the p- n transition, subject to temperature stability and at the polarity of the potential at which the p-n transition is open. Indeed, it is known that when a potential is applied to a p-n junction, at which the p-n junction is open, a voltage drops on the p-n junction, which depends on the physical properties of the p-n junction.
  • the pedestal 5 is made with a periodic corrugated side surface 6 allows you to scatter the light incident on the refrain surface, thereby reducing spurious illumination of the SPM optical information retrieval system, which in turn increases signal-to-noise ratio during signal formation when scanning the surface under study, which increases the measurement accuracy.
  • the periodic corrugated surface 6 of the pedestal 5 consists of cone elements 7 also allows you to re-reflect the light incident on the cone elements in a different direction from the optical information retrieval system of the SPM, thereby reducing spurious illumination of the optical information retrieval system of the probe microscope, which in turn turn increases the signal-to-noise ratio when forming a signal when scanning the surface under study, which increases the measurement accuracy.
  • the angle A between the pedestal 5 and the plane of the console of single-crystal silicon 2 is not equal to 90° allows you to orient the needle 3 perpendicular to the surface under study. Indeed, in the design of most probe SPMs, the cantilever is oriented at a certain angle of inclination of the cantilever made of single-crystal silicon
  • the cantilever made of single-crystal silicon 2 in the place of its attachment to the base 1, has a protrusion-compensator 8 makes it possible to have a more fixed length of the cantilever made of single-crystal silicon 2, which in turn allows to have fixed resonant characteristics of the cantilever, which in turn increases the measurement accuracy .
  • the pedestal 5 in a section parallel to the plane of the console of single-crystal silicon has the shape of a circle makes it possible, when scanning the surface under study with deep profiles, have known introduced distortions.
  • needle 3 is oriented in the SPM so that it has an inclination to the surface under study. Because of this, when examining a surface with deep profiles, needle 3 will interact mechanically with the surface relief, both with a pointed working part 4 and with a pedestal 5.
  • the introduced distortions that occur during the interaction of the pedestal 5 and the studied relief are a consequence of the interaction of the relief with the cylindrical surface of the pedestal 5. This type of astigmatism can be easily taken into account in the mathematical model when reconstructing the measured relief in a probe microscope, which increases the measurement accuracy.
  • the pedestal 5 in a cross section parallel to the console plane of single-crystal silicon has a polyhedral shape allows the formation of mechanical stiffeners formed by the faces of the pedestal 5, which, in the case of a high aspect ratio of the length of the pedestal to its cross-sectional area, allows the pedestal to have mechanical rigidity, which does not allow needle 3 to bend during mechanical interaction with the surface, which in turn increases the measurement accuracy.
  • section of the pedestal 5, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2, in the zone of its connection with the pointed working part 4 of the silicon needle 3 has an area equal to the cross-sectional area of the base of the pointed working part 4 allows the needle 3, when scanning the surface under study with deep profiles, to make minimal distortion in the image formed in the SPM, which increases the measurement accuracy.
  • section C1 -C2 of the pedestal 5, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2, in the zone of its connection with the pointed working part 4 of the silicon needle 3 has an area greater than the cross-sectional area D1 -D2 of the pointed working part 4 in the zone of its connection with the pedestal 5 allows form a surface the zone of connection of the needle and the pedestal, which is formed by the difference between the area of the pedestal 5 and the area of the pointed working part 4.
  • This surface allows you to increase the electrical capacitance between the needle 3 and the surface being measured, which in turn increases the force required to excite the vibration of the console of single-crystal silicon 2 by applying an appropriate potential to the cantilever, which is necessary in the Kelvin Probe method, which is used to measure the contact potential difference between the probe and the sample.
  • This design increases the sensitivity in the Kelvin Probe method, which in turn improves measurement accuracy.
  • section E1 -E2 of the pedestal 5, parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2, in the zone of its connection with the pointed working part 4 of the silicon needle 3 has an area smaller than the cross-sectional area F1 -F2 of the pointed working part 4 in its widest part, makes it possible to reduce the possibility of touching the pedestal of the measured relief when scanning a surface with deep profiles, which in turn reduces the distortion caused by such touches, which increases the measurement accuracy.
  • a plasmon-active coating 11 is applied to the flint needle 3 makes it possible to obtain a higher amplification of the Raman signal from the measured surface due to the fact that the needle 3, which has a large ratio of length to the cross section of the pedestal, provides such a geometry with a uniform and extended section of the plasmon-active coating, which makes it possible to create conditions under which the plasmon amplification of the Raman signal is maximum, which increases the measurement accuracy.
  • a conductive coating 12 is applied to the console of single-crystal silicon 2 and the silicon needle 3 makes it possible to carry out electrical measurements taking into account the linear drop potential on the conductive coating deposited on the flint needle 3 and the console of single-crystal silicon 2, due to the fact that the conductive coating deposited on the pedestal 5 has an extended shape of constant cross section, repeating the shape of the pedestal 5.
  • the console of single-crystal silicon 2 also has a geometric shape of a rectangle, which also provides a linear voltage drop on the conductive coating deposited on the console of single-crystal silicon 2.
  • the pointed working part 4 itself has extremely small dimensions relative to the design of the console of single-crystal silicon 2 and pedestal 5, which introduces small changes in linearity of all elements of the conductive coating.
  • the whole structure, on which the conductive coating is applied allows the potential to be applied to the measured surface through the conductive coating, the potential drop on which has a linear dependence in all its sections, which in turn increases the measurement accuracy.
  • a magnetically sensitive coating 13 is applied to the cantilever of single-crystal silicon 2 and the silicon needle 3 makes it possible to localize the interaction of the measured surface with the magnetic coating, due to the fact that the silicon needle 3 has a high aspect ratio of length to transverse size and, in fact, only interacts with the surface under study. magnetically sensitive coating deposited on the pointed working part 4, which increases the measurement accuracy.
  • the pedestal 5 in a section parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2 has a tetrahedral shape and is oriented with its faces at angles B1 and B2 to the opposite ends 14 of the console of single-crystal silicon 2 allows scanning surfaces having periodic extended structures, orienting the faces of the pedestal 5 relative to the scanning direction so that the periodic structures on the surface under study are oriented at 45° to the edges of the pedestal 5, have the maximum rigidity of the pedestal 5 structure, which ensures high measurement accuracy.
  • the pedestal 5 in a section parallel to the plane of the console made of single-crystal silicon 2 has an octahedral shape and is oriented with its faces at angles ⁇ and ⁇ 4 to the opposite ends 14 of the console 2 made of single-crystal silicon 2 makes it possible, when using a cantilever in the methods of measuring the Raman signal from the molecules of the studied surfaces using plasmon-active coatings deposited on a silicon needle 3, orient the pedestal 5 relative to the exciting laser radiation incident on the pedestal 5 in such a way that the excitation of the plasmon-active coating is maximum, which increases the measurement accuracy.
  • the pedestal 5 is made of a sequence of at least the first element 15 and the second element 16, having a different cross-sectional area parallel to the plane of the console of single-crystal silicon 2, allows you to have a different mass of elements 15 and 16. Indeed, when the console is excited from single-crystal silicon silicon 2 at frequencies above 500 kilohertz, at which the displaced masses of the elements 15 and 16 of the flint needle 3 relative to the axis of symmetry of the console of single-crystal silicon 2 begin to affect the harmonic oscillation of the console of single-crystal silicon. By selecting the ratio of the cross-sectional areas, and thus the mass distribution of the elements 15 and 16, it is possible to minimize the distortion of the harmonic oscillation of the cantilever, which increases the accuracy of the measurement.
  • scanning probe microscopy where cantilevers are used, is a relatively new field of science and technology, in the development of which new terms have repeatedly had to be introduced.
  • the term "cantilever” did not immediately enter the generally accepted terminology.
  • the cantilever console has been erroneously referred to as a "beam” for many years.
  • the development of scanning probe microscopy will require the introduction of new terms in the future.
  • the applicant notes that in the present invention - as described above and illustrated in figures 1 to 19 - a silicon needle 3 is installed on the base 1, consisting of a pointed working part 4 and a pedestal 5. According to the applicant, such a silicon needle 3 can be described by the term "complex shape silicon needle 3".
  • a specialist from the field of nanotechnology and scanning probe microscopy can interpret the concept of "complex shape" of the silicon needle 3, as that this silicon needle 3 includes two elements, namely: a pointed working part 4 and pedestal 5, constituting a single whole - actually a silicon needle 3.
  • a definition is appropriate, because it is consistent with the definition of the term "complex” (from the Latin “Complexus”, that is, “connection, combination”), as " a set of objects or phenomena that make up one whole ”(see“ Soviet Encyclopedic Dictionary ”, Editor-in-Chief Academician A.M. Prokhorov.
  • silicon needle 3 of complex shape is accurate, since it is a general concept for all embodiments of the silicon needle 3 described above (and shown in Fig. 1-19) and representing a combination of various elements that make up a single whole .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к кантилеверу с кремневой иглой, содержащему основание (1), на котором закреплена консоль из монокристаллического кремния (2) с кремниевой иглой (3), состоящей из заостренной рабочей части (4) и пьедестала (5). Этот пьедестал (5) имеет соотношение длины и поперечного размера не менее двух и не более шестидесяти. Пьедестал (5) расположен на плоскости консоли из монокристаллического кремния (2). Согласно изобретению, консоль из монокристаллического кремния (2), пьедестал (5) и заостренная рабочая часть (4) изготовлены из единого массива монокристаллического кремния.

Description

Кантилевер с кремниевой иглой
Изобретение относится к нанотехнологии и сканирующей зондовой микроскопии, а более конкретно к кантилеверам, позволяющим в составе с зондовым микроскопом получать информацию о топографии образца и других физических характеристик его поверхности, таких как: например, проводимость, жесткость и химический состав.
Известен кантилевер содержащий консоль из монокристаллического кремния, сформированную диффузией примеси в пластину кремния с последующим селективным травлением, с расположенной на консоли из монокристаллического кремния кремневой иглы, сформированной анизотропным травлением пластины кремния с индексами кристаллографической ориентацией <100> [RU2121657],
Недостаток этого устройства заключается в том, что кремниевая игла, сформированная анизотропным травлением на пластине кремния с индексами кристаллографической ориентацией <100>, будет представлять собой фигуру конической формы по всей своей длине, включая ее вершину, причем вершина будет иметь угол 20°-40°. Такая форма устройства не позволяет исследовать поверхности, имеющие профили с вертикальными стенками или профили с большими (высокоаспектными) перепадами высот. Более того, кремневая игла, имеющая форму конуса, при наиболее типовых значениях высоты иглы в пределах 7-18 мкм, будет иметь диаметр основания, соизмеримая со значением высоты, деленной на двое. Данное значение диаметра основания, как правило, превышает типовое значение толщины консоли, которое находится (то есть содержится) в пределах 1 -3 мкм. Так как в указанном патенте, консоль формируется с помощью диффузии примеси с последующим селективным травлением, то получаемая консоль будет содержать ямку, расположенную под основанием иглы. Такая ямка приведет к искажениям при оптическом способе формирования сигнала от консоли. Известен также кантилевер, содержащий основание, на котором закреплена консоль из монокристаллического кремния с пьедесталом, на котором расположена игла, подставляющая собой вискер, выращенный эпитаксиально. Важнейшим свойством такого кантилевера является то, что вискер обладает высоким характеристическим отношением длины к диаметру, позволяющем таким кантилевером проводить сканирование поверхности, содержащей топологию с высокоаспетными перепадами высот [RU2275591],
Недостаток этого устройства заключается в том, что изначально в данном устройстве игла является вискером, получение которого предполагается в процессе эпитаксиального роста, на уже имеющейся пьедестал из кремния. Эпитаксиальный рост вискеров является слабо управляемым процессом, в котором получение строго заданной высоты вискера крайне затруднено, что делает определение геометрических характеристик вискера без дополнительных измерений уже готового кантилевера так же затруднительным, что в свою очередь затрудняет массовое производство таких кантилеверов с заранее известными геометрическими характеристиками.
Так же слабоуправляемым при эпитаксиальном росте является получение вискера с заранее известным радиусом закругления его острия, что на практике требует конечного измерения уже сформированного вискера. Данный недостаток приводит так же к тому, что разрешающая способность такого кантилевера не предсказуема и интерпретация результатов сканирования исследуемой поверхности не будет иметь точных значений. Поэтому недостатком так же является то, что массовый выпуск таких кантилеверов, с заранее известным радиусом закругления острия вискера - затруднен, так как требует поштучного измерения уже готовых кантилеверов.
Так же размерный эффект при уменьшении диаметра вискера приводит к практическому исчезновению дислокаций в объеме вискера, что приводит к увеличению прочности в сотни раз по сравнению с массивными (обычными) монокристаллами. Отсутствие дислокаций также понижает тепло- и электропроводность, что в свою очередь ограничивает примирение таких кантилеверов в методиках, требующих высокой электропроводимости вискера и конкретно заданных вольт- амперных характеристик при взаимодействии вискера с исследуемой поверхностью.
Так как вискер является разновидностью невидных кристаллов, то допирование, для задания конкретных значений проводимости вискера, крайне затруднено в силу гетеррирования допирующих добавок, создающих дислокации в объеме нитевидных кристаллов, на поверхность нитевидного кристалла.
Так же, в результате того, что консоль и пьедестал в данном кантилевере изготовлены из монокристаллического кремния, являющегося полупроводником, то при росте вискера эпитаксиальным способом, в силу разнородности свойств материала вискера и консоли возможно не предсказуемое образование барьерных эффектов и р-п переходов в месте эпитаксиального роста вискера на пьедестале с непредсказуемыми характеристиками, что в свою очередь не предсказуемо скажется на результатах сканирования в методиках СЗМ использующие электрические свойства кантилевера.
Так же, так как рост вискера происходит на кремневом пьедестале, имеющем значительно больший диаметр самого вискера, то это означает, что в данном кантилевере на конце консоли фактически локализована значительная масса в виде пьедестала, что в свою очередь означает, что механика колебаний консоли будет иметь зависимость от этой массы. Так как в современных зондовых микроскопах наиболее массовым является оптический способ формирования измеряемого сигнала по отражению лазерного луча от консоли, то в случае оптического способа формирования сигнала, кантилевер с локализованной массой на конце консоли приводит к нелинейному искажению измеряемого сигнала. Так же, при сканировании поверхности, изгиб консоли оказывает давление через иглу на исследуемую поверхность и при сканировании участков исследуемой поверхности имеющих наклон, происходит определенное соскальзывание иглы, и так как игла в данном случае является механическим рычагом, то это вызывает торсионное закручивание консоли. Это в свою очередь вызывает искажения в формируемом оптическим методом сигнале. Чем меньше высота иглы, тем соответственно меньше механический рычаг вызывающий торсионное закручивание консоли и тем меньше искажения. Так как вискер растет на пьедестале, имеющем вполне определенную высоту, то фактически вискер поднят на высоту пьедестала относительно консоли, что добавляет длину рычага и усиливает эффект торсионного закручивания консоли.
Так же, в случае применения кантилевера в методиках, использующих высокотемпературные режимы, в силу разнородности материала пьедестала и вискера, и соответственно разных коэффициентов термического расширения, в месте крепления вискера к пьедесталу будут возникать механические напряжения, что в свою очередь может привести к разрушению места крепления вискера к пьедесталу, что вызывает собственно разрушение кантилевера. Указанный эффект понижает надежность устройства.
Так как в современной зондовой микроскопии, помимо получения непосредственно формы топологии поверхности, важно получение точной количественной оценки размеров элементов топологии поверхности, а так же других характеристик, таких как проводимость, вязкость, силовые кривые взаимодействия иглы с поверхностью, распределение потенциала на поверхности, измерение емкости в точках поверхности, распределение сил трения на поверхности и т.д., то использование данного кантилевера в метрологических методиках СЗМ затруднительно. Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Технический результат изобретения заключается в том, что кантилевер с кремневой иглой, при высокоаспектном соотношении длины и поперечного размера иглы, консолью из монокристаллического кремния, пьедестала и заостренной рабочей части, изготовленных из единого массива монокристаллического кремния, обладающими заведомо известными геометрическими размерами, а так же электрическими, механическими и температурными свойствами, обеспечивает более высокую разрешающую способность при сканировании исследуемой поверхности, а так же более высокую точность измеряемых физических характеристик объектов исследуемой поверхности.
Указанный технический результат достигается и сущность изобретения заключаются в том, что в кантилевере с кремневой иглой, содержащем основание, на котором закреплена консоль из монокристаллического кремния с кремниевой иглой, состоящей из заостренной рабочей части и пьедестала, имеющего соотношение длины и поперечного размера не менее двух и не более шестидесяти и расположенного на плоскости консоли из монокристаллического кремния, консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть изготовлены из единого массива монокристаллического кремния.
Существует вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть имеют одинаковые уровни допирования.
Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния имеет отличный от пьедестала и заостренной рабочей части уровень допирования. Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния и пьедестал имеют отличный от заостренной рабочей части уровень допирования.
Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть имеют разные уровни допирования.
Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть в областях с разным уровнем допирования образуют р-n переход.
Существует также вариант, в котором пьедестал выполнен с периодичной рифленой боковой поверхностью.
Существует также вариант, в котором периодическая рифленая поверхность пьедестала состоит из конусных элементов.
Существует также вариант, в котором угол А между пьедесталом и плоскостью консоли из монокристаллического кремния не равен 90°.
Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния, в месте ее крепления к основанию имеет выступ-компенсатор.
Существует также вариант, в котором пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет форму окружности.
Существует также вариант, в котором пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет многогранную форму.
Существует также вариант, в котором сечение В1 -В2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь равную площади сечения В1-В2 основания заостренной рабочей части. Существует также вариант, в котором сечение С1 -С2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь большую площади сечения D1 -D2 заостренной рабочей части в зоне ее соединения с пьедесталом.
Существует также вариант, в котором сечение Е1 -Е2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь меньшую площади сечения F1 -F2 заостренной рабочей части в максимально широкой его части.
Существует также вариант, в котором на кремневую иглу нанесено плазмонно-активное покрытие.
Существует также вариант, в котором на консоль из монокристаллического кремния и кремневую иглу нанесено проводящее покрытие.
Существует также вариант, в котором на консоль из монокристаллического кремния и кремневую иглу нанесено магнитночувствительное покрытие.
Существует также вариант, в котором пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет четырехгранную форму и ориентирован гранями под углами К1 и К2 к противоположным торцам консоли из монокристаллического кремния.
Существует также вариант, в котором пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет восьмигранную форму и ориентирован гранями под углами КЗ и К4 к противоположным торцам консоли из монокристаллического кремния.
Существует также вариант, в котором пьедестал выполнен, по меньшей мере, из первого элемента и второго элемента, имеющих разную площадь сечения, параллельного плоскости консоли из монокристаллического кремния.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведённого ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
• фигура 1 схематично изображает кантилевер, вид сбоку;
• фигура 2 схематично изображает кантилевер, в котором консоль из монокристаллического кремния имеет отличный от пьедестала и заостренной рабочей части уровень допирования;
• фигура 3 схематично изображает кантилевер, в котором консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть имеют разные уровни допирования;
• фигура 4 схематично изображает кантилевер, в котором консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть в областях с разным допированием образуют р-n переход;
• фигура 5 схематично изображает кантилевер, в котором пьедестал выполнен с периодичной рифленой боковой поверхностью;
• фигура 6 схематично изображает кантилевер, в котором периодическая рифленая поверхность пьедестала состоит из конусных элементов;
• фигура 7 схематично изображает кантилевер, в котором в котором угол А между пьедесталом и плоскостью консоли из монокристаллического кремния не равен 90°;
• фигура 8 схематично изображает кантилевер, в котором консоль из монокристаллического кремния, в месте ее крепления к основанию имеет выступ-компенсатор; • фигура 9 схематично изображает кантилевер, в котором пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет форму окружности;
• фигура 10 схематично изображает кантилевер, в котором сечение пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь равную площади сечения основания заостренной рабочей части;
• фигура 11 схематично изображает кантилевер, в котором сечение С1- С2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь большую площади сечения D1-D2 заостренной рабочей части в зоне ее соединения с пьедесталом;
• фигура 12 схематично изображает кантилевер, в котором сечение Е1 - Е2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь меньшую площади сечения F1 -F2 заостренной рабочей части в максимально широкой его части;
• фигура 13 схематично изображает кантилевер, в котором на кремневую иглу нанесено плазмонно-активное покрытие;
• фигура 14 схематично изображает кантилевер, в котором на консоль из монокристаллического кремния и кремневую иглу нанесено проводящее покрытие;
• фигура 15 схематично изображает кантилевер, в котором на консоль из монокристаллического кремния и кремневую иглу нанесено магнитно-чувствительное покрытие; • фигура 16 схематично изображает кантилевер, в котором пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет четырехгранную форму и ориентирован гранями под углами К1 и К2 к противоположным торцам консоли из монокристаллического кремния;
• фигура 17 схематично изображает кантилевер, в котором пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет восьмигранную форму и ориентирован гранями под углами КЗ и К4 к противоположным торцам консоли из монокристаллического кремния;
• фигура 18 схематично изображает кантилевер, в котором пьедестал выполнен, по меньшей мере, из первого элемента и второго элемента, имеющих разную площадь сечения, параллельного плоскости консоли из монокристаллического кремния.
• фигура 19 представляет так РЭМ фотографию (то есть фотографию, полученную с помощью растрового электронного микроскопа) кантилевера с кремнивой иглой (основание не показано).
Как описано выше и проиллюстрировано на фигурах с 1 по 19, изобретение относится к кантилеверу с кремневой иглой. Такой кантилевер содержит основание 1 (фиг. 1 ), на котором закреплена консоль из монокристаллического кремния 2. В качестве основания 1 можно использовать монокристаллический кремний. Консоль из монокристаллического кремния 2 может иметь следующие размеры, длина не менее 5 мкм и не более 500 мкм, ширина не менее 2 мкм и не более 100 мкм, толщина от 0,2 мкм до 10 мкм. На консоли из монокристаллического кремния 2 с противоположной стороны от ее закрепления на основании 1 установлена кремниевая игла 3, состоящая из заостренной рабочей части 4 и пьедестала 5, расположенного на плоскости консоли из монокристаллического кремния 2. При этом, пьедестал 5 имеет соотношение длины Н1 и поперечного размера D в плоскости XY не менее двух и не более шестидесяти. Более того, пьедестал 5 расположен на плоскости консоли из монокристаллического кремния 2.
Согласно изобретению, консоль из монокристаллического кремния 2, пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 изготовлены из единого массива монокристаллического кремния.
Высота Н1 пьедестала 5 может быть в диапазоне от 2 мкм до 60 мкм. Высота Н2 заостренной рабочей части 4 может быть в диапазоне от 300 нм до 5000 нм.
Существует вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния 2, пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 имеют одинаковые уровни допирования, которые могут находиться (то есть содержаться) в диапазоне 1 *10Е13см-3 до предельной растворимости допируемой примести.
Существует вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния 2 (фиг. 2) имеет отличный от пьедестала 5 и заостренной рабочей части 4 уровень допирования. Отличие может быть не менее чем в 10 процентов. При этом уровни допирования могут быть в диапазоне 1 *10Е13см-3 до предельной растворимости допируемой примести.
Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния 2 (фиг. 3) и пьедестал 5 имеют отличный от заостренной рабочей части 4 уровень допирования. Отличие может быть не менее чем в 10 процентов. При этом уровни допирования могут быть в диапазоне 1 *10Е13см-3 до предельной растворимости допируемой примести.
Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния 2 (фиг. 4), пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 имеют разные уровни допирования. Отличие может быть не менее чем в 10 процентов. При этом уровни доирования могут быть в диапазоне 1 *10Е13см-3 до предельной растворимости допируемой примести. Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния 2, пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 в областях с разным уровнем допирования образуют р-n переход.
Существует также вариант, в котором пьедестал 5 (фиг. 5) выполнен с периодичной рифленой боковой поверхностью 6. Период рифленой боковой поверхностью 6 может быть в диапазоне от 0,1 мкм до 3 мкм. Высота периодичной рифленой боковой поверхностью 6 может составлять величину от 50 нм до 500 нм.
Существует также вариант, в котором периодическая рифленая поверхность 6 (фиг. 6) пьедестала 5 состоит из конусных элементов 7. Конусные элементы могут иметь следующие размеры, диаметр конуса в максимальной его части может быть от 0,5 мкм до 8 мкм, диаметр конуса в минимальной его части может быть от 0,1 мкм до 6 мкм.
Существует также вариант, в котором угол А между пьедесталом 5 (фиг. 7) и плоскостью консоли из монокристаллического кремния 2 не равен 90° (то есть отличен от 90°). При этом, он может находиться (то есть содержаться) в диапазоне от 45° до 89,9°.
Существует также вариант, в котором консоль из монокристаллического кремния 2 (фиг. 8), в месте ее крепления к основанию 1 имеет выступ-компенсатор 8, который может иметь следующие размеры. Минимальная длина по координате Y - 10 мкм, максимальная длина может складываться из суммы длины основания 1 и длины тех частей выступа-компенсатора 8, которые выступают за пределы основания 1. Так при типичном значении длины основания 1 в 3600 мкм и максимальном значении выноса выступа-компенсатора за пределы основания 1 на 100 мкм, общая длинна выступа-компенсатора составит 3800 мкм. Высота по координате Z выступа-компенсатора 8 может быть от 2 мкм до 60 мкм. Ширина по координате X может быть от 2 мкм до 50 мкм. При этом поверхность 9 выступа-компенсатора 8 может быть смещена влево на величину, например, до 150 мкм относительно основания 1 по координате Y, как указано на фиг. 8, либо с ним совпадать (не показано). Торец 10 консоли из монокристаллического кремния 2 может выступать по координате Y влево от пьедестала 5 на величину, например, до 20 мкм как указано на фиг. 8, либо совпадать с его краем (не показано).
Существует также вариант, в котором пьедестал 5 (фиг. 9) в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет форму окружности, диаметр которой может находиться (то есть содержаться) в диапазоне от 0,1 мкм до 7 мкм.
Существует также вариант, в котором пьедестал 5 в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет многогранную форму (условно не показано). Данная многогранная форма может быть образована кристаллографическим плоскостями монокристаллического кремния, сформированными анизотропным жидкостным травлением и может иметь, например, четырех или восьмигранную форму, так и иметь произвольное количество граней, не лежащих в кристаллографических плоскостях сформированных при анизотропном жидкостном травлении и образованных плазмохимическим травлением, не имеющем анизотропии по отношению к кристаллографическим плоскостям в монокристаллическом кремнии.
Существует также вариант, в котором сечение пьедестала 5 В1 - В2 (фиг. 10), параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью 4 кремниевой иглы 3 имеет площадь равную площади сечения В1 -В2 основания заостренной рабочей части 4. При этом площадь этого сечения может быть в диапазоне 0,02 мкм2 до 40 мкм2. Наиболее оптимальные значения площади сечения В1-В2 при высоте Н1 пьедестала 5 и высоте Н2 заостренной рабочей части 4 могут быть в следующих диапазонах. При высоте Н1 не менее 5 мкм и не более 18 мкм, высоте Н2 не менее 0,3 мкм и не более 5 мкм значение площади сечения B1 -B2 может находиться (то есть содержаться) в интервале от 0,03 мкм2 до 7 мкм2.
Существует также вариант, в котором сечение С1 -С2 пьедестала 5 (фиг. 11 ), параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью 4 кремниевой иглы 3 имеет площадь большую площади сечения D1-D2 заостренной рабочей части 4 в зоне ее соединения с пьедесталом 5. Под зоной соединения подразумевается зона высотой до 1 мкм по координате Z и в пределах которой конструкция пьедестала 5 переходит в конструкцию заостренной рабочей части 4. Указанные сечения С1 -С2 и D1 -D2 условно изображены не в масштабе с целью лучшей визуализации.
Существует также вариант, в котором сечение Е1 -Е2 пьедестала 5 (фиг. 12), параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью 4 кремниевой иглы 3 имеет площадь меньшую площади сечения F1-F2 заостренной рабочей части 4 в максимально широкой его части. Площадь сечения F1 -F2 может находиться (то есть содержаться) в диапазоне от 0,2 мкм2 до 12 мкм2. Площадь сечения Е1-Е2 может находиться (то есть содержаться) в диапазоне от 0.03 мкм2 до 10 мкм2.
Существует также вариант, в котором на кремневую иглу 3 (фиг. 13) нанесено плазмонно-активное покрытие 11 . Это покрытие может быть выполнено из нитридов металлов имеющих плазмонную активность. Например, покрытие может быть выполнено из нитрида титана, нитрида циркония, нитрида гафния или комбинации этих нитридов, или из металлов, имеющих плазмонную активность, например, золото, серебро или комбинации этих металлов, и иметь толщину от 20 нм до 500 нм.
Существует также вариант, в котором на консоль из монокристаллического кремния 2 (фиг. 14) и кремневую иглу 3 нанесено проводящее покрытие 12. Это покрытие может быть выполнено из металлов обладающих химической инертностью, например, платины, золота, или карбидов металлов, имеющих проводимость. Например, карбид вольфрама, или нитридов металлов имеющих проводимость, например, нитрид титана, или силицидов металлов, например, силицид платины и иметь толщину от 20 нм до 500 нм.
Существует также вариант, в котором на консоль из монокристаллического кремния 2 (фиг. 15) и кремневую иглу 3 нанесено магнитно-чувствительное покрытие 13. Это покрытие может быть выполнено из комбинации материалов, входящих в состав магнитночувствительных пленок, таких как кобальт, никель, хром, платина, железо и иметь толщину от 20 нм до 500 нм.
Существует также вариант, в котором пьедестал 5 (фиг. 16) в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, имеет четырехгранную форму и ориентирован гранями под углами К1 и К2 к противоположным торцам 14 консоли из монокристаллического кремния 2. Углы К1 и К2 могут составлять величины от 0° до 60°.
Существует также вариант, в котором пьедестал 5 (фиг. 17) в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, имеет восьмигранную форму и ориентирован гранями под углами КЗ и К4 к противоположным торцам 14 консоли 2 из монокристаллического кремния 2. Углы К1 и К2 могут составлять величины от 0° до 45°.
Существует также вариант, в котором пьедестал 5 (фиг. 18) выполнен, по меньшей мере, из первого элемента 15 и второго элемента 16, имеющих разную площадь сечения, параллельного плоскости консоли из монокристаллического кремния 2. Величины этих площадей могут отличаться не мене чем на 5%. Количество элементов, имеющих разную площадь сечения, может составлять величину от 2 до 30.
Кантилевер с кремневой иглой, согласно изобретению, может быть изготовлен на основе стандартных процессов, используемых в микроэлектронной промышленности, согласно следующему маршруту.
На кремневой пластине (далее подложка), с кристаллографической ориентацией с индексами <100> и имеющей изначально акцепторный тип примеси, например бор, путем термического окисления создается окисный слой, далее на верхней стороне подложки с помощью методов фотолитографии формируется полимерная маска для начального травления кремневой иглы 3, далее по образованной полимерной маске производиться жидкостное травление окисного слоя, в результате чего образуется окисная маска, повторяющая форму полимерной маски. После этого полимерная маска удаляется. Далее формируется заостренная рабочая часть 4, путем травления кремния по окисной маске в жидкостном анизотропном травителе, представляющем собой перенасыщенный раствор едкого калия при температуре 90°С. Травление производится на глубину, равную высоте Н2 заостренной рабочей части 4 (Фиг. 1 ). В силу того, что свойства жидкостного анизотропного травителя таковы, что скорости травления в направлении кристаллографических плоскостей, не равных плоскости с индексом <111 >, хоть и являются приблизительно одинаковыми, но тем не менее имеют различия. Исходя из этого, и в силу того, что кремний имеет кристаллическую кубическую гранецентрированную решетку типа алмаза, формирование заостренной рабочей части 4 происходит из под окисной маски с образованием плоскостей, которые образуют ограненный конус, количество граней которого и угол их наклона к плоскости, параллельной плоскости подожки в свою очередь определяется температурой и составом травителя, а так же начальной формой окисной маски. Так, например, из под круглой окисной маски в перенасыщенном растворе едкого натра при температуре 90°C будет формироваться четырехгранная форма конуса с углами наклона этих плоскостей к плоскости, параллельной плоскости подложки от 10°С до 23°С. При понижении концентрации травителя будет формироваться конус с восемью гранями и углами наклона этих плоскостей к плоскости параллельной плоскости подложки от 12° до 30°. В свою очередь из под треугольной окисной маски, ориентированной хотя бы одной стороной треугольника параллельно кристаллографической плоскости с индексом <100>, будет формироваться конус с тремя гранями с углами наклона этих плоскостей к плоскости, параллельной плоскости подложки от 5° до 23°. Таким образом, на данном этапе технологического маршрута формируется заостренная рабочая часть 4. Далее формируется пьедестал 5, путем того, что по ранее сформированной окисной маске, по которой ранее была сформирована заостренная рабочая часть 4, производится дальнейшее плазмохимическое травление кремния с вертикальным профилем травления. Это может быть BOSCH процесс или реактивно ионное травление в режимах высокой селективности травления кремния по отношению к маске из оксида кремния. В случае, если травимая подложка расположена перпендикулярно по отношению к направлению потока химически активных ионов, то формируемые профили травления будут иметь вертикальные стенки, тем самым пьедестал будет сформирован так же перпендикулярно относительно подложки. Если травимую подложку сориентировать под углом А по отношению к направлению потока химически активных ионов, то и формируемые профили травления будут иметь наклон стенок с тем же углом А, тем самым пьедестал будет сформирован под углом А относительно подложки. Травление производится на глубину равной высоте Н1 пьедестала 5. Получаемый на данном промежуточном технологическом этапе пьедестал 5, в сечении параллельном плоскости подложки, будет иметь форму, повторяющую форму окисной маски. Далее производится утонение пьедестала 5 и дальнейшее травление заостренной рабочей части 4. Утонение производиться в жидкостном анизотропном травителе, например, в перенасыщенном растворе едкого натра при температуре 90°С. В силу того, что пьедестал 5, предварительно сформированный вертикальным плазмохимическим травлением, не содержит плоскостей с индексом <111 >, травление в жидкостном анизотропном травителе будет проходить с сохранением вертикальности конструкции пьедестала 5. Утонение производится до необходимого значения площади сечения пьедестала 5, параллельного плоскости подложки. Таким образом, формируется кремневая игла 3. Далее происходит формирование консоли, путем термической диффузии фосфора с образованием р-п перехода, залегающего на глубине вдвое большей необходимой толщины консоли из монокристаллического кремния 2. Степень легирования фосфором составляет величину 1015-1016 см-3. Затем на верхней стороне подложки методом термического окисления формируется слой оксида кремния. По данному окисному слою методом фотолитографии с пицевой стороны формируется полимерная маска для формирования защитной маски из окисла кремния консоли из монокристаллического кремния 2 и кремневой иглы 3. Одновременно на нижней стороне подложки формируют локальную маску для анизотропного травления кремния, в результате чего образуется основание 1 , и далее проводят термическое осаждение алюминия на верхнюю сторону пластины для создания омического контакта к п- кремнию, далее осуществляют электрохимическое стоп-травление кремния с нижней стороны пластины. Травление прекращается автоматически при достижении n-слоя. При этом образуется кремниевая мембрана заданной толщины (двойная толщина консоли). Формирование консоли кантилевера осуществляют анизотропным травлением кремниевой мембраны с двух сторон пластины, затем осуществляют удаление металлов и двухслойной защитной маски с иглы и консолей кантилевера.
На практике наиболее часто используемые размеры основания 1 кантилевера для сканирующего зондового микроскопа по координате X составляет 1600 мкм, по координате Y составляет 3200 мкм, при этом толщина консоли из монокристаллического кремния 2 (значение по координате Z) может варьироваться от 0,3 мкм до 10 мкм, при том, что ширина (значение по координате X) может варьироваться от 2 мкм до 100 мкм и длина (значение по координате Y) может быть от 5 мкм до 500 мкм.
На фиг. 19 представлена РЭМ фотография консоли из монокристаллического кремния и кремневой иглы, согласно изобретению. Величина оценочного деления в нижнем правом углу фиг. 19 равна 5 мкм, толщина консоли из монокристаллического кремния равна 3 мкм, высота кремневой иглы равна 14 мкм, толщина 3.3 мкм. Данное изображение на фиг. 19 иллюстрирует практическую реализацию кантилевера с кремневой иглой.
Кантилевер с кремневой иглой функционирует следующим образом. При сканировании исследуемой поверхности образца консоль из монокристаллического кремния 2 возбуждается на собственной резонансной частоте, совершая колебания по координате Z, далее сканирующим зондовом микроскопом (СЗМ) (не показан) производится сканирование кантилевером исследуемой поверхности с заданным подводом иглы 3 к исследуемой поверхности. При взаимодействии иглы 3 с исследуемой поверхностью происходит изменение параметров колебания консоли из монокристаллического кремния 2 (частота, амплитуда, фаза). Изменение этих характеристик измеряется сканирующим зондовым микроскопом. Для этого в измеряемом сигнале выделяется частота колебания консоли из монокристаллического кремния 2 и определяется изменение параметров колебания. Например, при оптическом считывании сигнала в СЗМ выходной сигнал поступает с фотодиода. Он содержит информацию о частоте колебания, ее девиации и изменении фазы. После этого сигнал поступает компьютер, в котором происходит визуализация исследуемой поверхности и моделирование ее физических характеристик. Подробно работа СЗМ и их методики описаны в следующих источниках [1. Миронов В. Л. “Основы сканирующей зондовой микроскопии”, Российская Академия наук, институт физики микроструктур, 2004 год. 2. Патент US 4724318. 3. Nanotechnology 12, 485 (2001 ). 4. Appl. Phys. Lett. 58, 2921 (1991 ). 5. P. Grutter, H.J. Mamin, D. Rugar, in Scanning Tunneling Microscopy II, edited by R. Wiesendanger and
H.-J. Guntherodt (Springer, Berlin, 1992) pp. 151 -207. 6. C. Lee et al., “Tip- Enhanced Raman Scattering Imaging of Two-Dimensional Tungsten Disulfide with Optimized Tip Fabrication Process,” Sci. Rep., vol. 7, no. September 2016, p. 40810, Jan. 2017. doi:10.1038/srep40810].
To, что в кантилевере с кремневой иглой, содержащем основание
I , на котором закреплена консоль из монокристаллического кремния 2 с кремниевой иглой 3, состоящей из заостренной рабочей части 4 и пьедестала 5, имеющего соотношение длины и поперечного размера не менее двух и не более шестидесяти и расположенного на плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, консоль из монокристаллического кремния 2, пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 изготовлены из единого массива монокристаллического кремния, обеспечивает более высокую разрешающую способность при сканировании исследуемой поверхности, а так же более высокую точность измеряемых физических характеристик объектов исследуемой поверхности.
При этом в консоль из монокристаллического кремния 2 и/или в иглу 3 возможно введение методами термической диффузии или ионной имплантации допирующих добавок. Эти допирующие добавки позволяют с высокой точностью задать удельную проводимость этих элементов. Это позволяет иметь однозначное значение электрических характеристик элементов кантилевера, что обеспечивает более высокую точность измеряемых физических характеристик объектов исследуемой поверхности.
Так же в силу однородности конструкции консоли из монокристаллического кремния, пьедестала и заостренной рабочей части, полностью исключено образование барьерных эффектов внутри конструкции кантилевера, которые не заложены технологически. Так как данный кантилевер производится на основе стандартных массовых и хорошо отлаженных высокоточных процессов, применяемых в микроэлектронной промышленности, то точность изготовления элементов кантилевера с кремневой иглой будет определяться точностью технологических процессов. Это позволяет утверждать о высокой однотипности геометрических размеров и электрических характеристиках при массовом производстве. Это обеспечивает более высокую разрешающую способность при сканировании исследуемой поверхности, а так же более высокую точность измеряемых физических характеристик объектов исследуемой поверхности.
Так же, в силу того, что игла 3, согласно изобретению, имеет высокоаспектное соотношение длины и поперечного размера, то такая игла всегда будет иметь меньшую массу, чем аналогичная по высоте конструкция иглы, имеющая коническую форму по всей своей длине, включая вершину. В предлагаемом варианте устройства отсутствуют значительные массы, локализованные на конце консоли из монокристаллического кремния 2. Это в свою очередь позволяет говорить о том, что консоль из монокристаллического кремния 2 будет совершать колебания, близкие к гармонической осцилляции. Это в свою очередь обеспечивает большую линейность при оптическом методе формирования сигнала в СЗМ, что позволяет получать более высокую разрешающую способность при сканировании исследуемой поверхности, а так же более высокую точность измеряемых физических характеристик объектов исследуемой поверхности.
Так же в силу того, что конструкции консоли из монокристаллического кремния 2, пьедестала 5 и заостренной рабочей части 4 изготовлены из единого массива монокристаллического кремния, коэффициенты термического расширения консоли из монокристаллического кремния 2, пьедестала 5 и заостренной рабочей части 4 будут так же одинаковые. В случае применения кантилевера с иглой в методиках измерения, требующих высоких температур, указанное делает предлагаемое устройство механически стабильным. Это обеспечивает более высокую разрешающую способность при сканировании исследуемой поверхности, а так же более высокую точность измеряемых физических характеристик объектов исследуемой поверхности, а так же повышает надежность устройства.
Все перечисленные первичные технические результаты повышают разрешающую способность кантилевера с кремневой иглой при его использовании в сканирующем зондовом микроскопе, а так же позволяют проводить измерения, имеющие метрологическое значение с получением точных численных значений измеряемых величин при сканировании исследуемой поверхности по всем известным современным методикам, применяемым в сканирующих зондовых микроскопах.
То, что консоль из монокристаллического кремния 2, пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 имеют одинаковые уровни допирования, позволяет получить однородность проводимости указанных элементов, что обеспечивает более высокую точность измеряемых электрических характеристик объектов исследуемой поверхности.
То, что консоль из монокристаллического кремния 2 имеет отличный от пьедестала 5 и заостренной рабочей части 4 уровень допирования, позволяет иметь разную подвижность носителей заряда в заостренной рабочей части 4 и пьедестала 5 от подвижности носителей заряда в консоли монокристалличекого кремния 2. Действительно, при увеличении значения допирования растет концентрация примесей, при этом подвижность носителей заряда уменьшается, так как увеличивается их рассеяние на ионах примести. При малой концентрации примесей подвижность имеет максимальное значение, однако проводимость падает, так как общее значение количества носителе заряда так же падает. При использовании кантилевера с кремневой иглой в режиме сканирующей емкостной моды необходимо подведение высокачастотного потенциала к консоли из монокристаллического кремния 2. Данный потенциал необходим для возбуждений механических колебаний консоли из монокристаллического кремния 2. Математическая модель для расчета емкостной силы взаимодействия между кантилевером и поверхностью образца зависит от геометрии кантилевера в целом, а также от проводимости его элементов и подвижности носителей заряда в них. Различная подвижность носителей заряда и различные проводимости консоли из монокристаллического кремния 2, пьедестала 5 и заостренной рабочей части 4 позволяет включать их в математическую модель как отдельные элементы. За счет этого удается упростить математическую модель для расчета емкостной силы взаимодействия. Вторая производная от силы взаимодействия, которая зависит только от емкости кантилевер - образец, а так же от величины зазора кантилевер - образец, несет информацию, о распределения поверхностной емкости по образцу. Упрощение математической модели расчета в свою очередь приводит к повышению точности измерения и однозначной интерпретации полученных значений.
То, что консоль из монокристаллического кремния 2 и пьедестал 5 имеют отличный от заостренной рабочей части 4 уровень допирования, как и в предыдущем пункте, позволяют упростить модель для расчета силы емкостного взаимодействия между кантиливером и исследуемой поверхностью. В математическую модель для расчета емкостной силы взаимодействия, консоль из монокристаллического кремния 2 и пьедестала 5 могут включаться как отдельные от заостренной рабочей части 4 элементы.
Упрощение математической модели расчета в свою очередь приводит к повышению точности измерения и однозначной интерпретации полученных значений.
То, что консоль из монокристаллического кремния 2, пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 имеют разные уровни допирования, как и в предыдущем пункте, позволяют упростить модель для расчета силы емкостного взаимодействия между кантиливером и исследуемой поверхностью, рассчитывая модель взаимодействия консоли из монокристаллического кремния 2, пьедестала 5 и заостренной рабочей части 4 как отдельных элементов.
Упрощение математической модели расчета в свою очередь приводит к повышению точности измерения и однозначной интерпретации полученных значений.
То, что консоль из монокристаллического кремния 2, пьедестал 5 и заостренная рабочая часть 4 в областях с разным уровнем допирования образуют р-n переход позволяет при сканировании исследуемой поверхности при подведении потенциала, к исследуемой поверхности через кантилевер, иметь фиксированное значение падения напряжения на р-n переходе, при условии температурной стабильности и при той полярности потенциала, при котором р-n переход открыт. Действительно, известно, что при подведении потенциала на р-п переход, при котором р-n переход открыт, на р-n переходе падает напряжение, которое зависит от физических свойств р-n перехода. Так на диоде Шоттки напряжение падает порядка 0.2 В на р-n переходе в кремниевом диоде падает порядка 0.6 В. Данное явление позволяет иметь разницу потенциалов известной величины, локализованную непосредственно в районе иглы 3, которая не зависит от сопротивления всего кантилевера, включая консоль из монокристаллического кремния 2, которая может иметь различную длину и толщину, и тем самым различное электрическое сопротивление. Постоянная локализованная разница потенциалов в районе иглы 3 позволяет повысить точность измерения исследуемой поверхности при электрических измерениях, требующих опорных источников напряжения.
То, что пьедестал 5 выполнен с периодичной рифленой боковой поверхностью 6 позволяет рассевать свет, падающий на рефренную поверхность, тем самыми уменьшать паразитные засветки системы оптического съема информации СЗМ, что в свою очередь увеличивает соотношение сигнал шум при формировании сигнала при сканировании исследуемой поверхности, что повышает точность измерения.
То, что периодическая рифленая поверхность 6 пьедестала 5 состоит из конусных элементов 7 так же позволяет переотражать свет, падающий на конусные элементы, в ином направлении от системы оптического съема информации СЗМ, тем самыми уменьшать паразитные засветки системы оптического съема информации зондового микроскопа, что в свою очередь увеличивает соотношение сигнал шум при формировании сигнала при сканировании исследуемой поверхности, что повышает точность измерения.
То, что угол А между пьедесталом 5 и плоскостью консоли из монокристаллического кремния 2 не равен 90° позволяет сориентировать иглу 3 перпендикулярно исследуемой поверхности. Действительно, в конструкции большинства зондовых СЗМ, кантиливер ориентируется под определенным углом наклона консоли из монокристаллического кремния
2 к исследуемой поверхности, что при 90 градусном ориентировании иглы
3 относительно консоли, приводит к том, что игла сканирует исследуемую поверхность так же под углом, что приводит к искажениям геометрии получаемого СЗМ изображения. Если угол наклона иглы А не будет равен 90° и будет ориентирован перпендикулярно исследуемой поверхности, это повысит точность измерения исследуемой поверхности.
То, что консоль из монокристаллического кремния 2, в месте ее крепления к основанию 1 имеет выступ-компенсатор 8 позволяет иметь более фиксированную длину консоли из монокристаллического кремния 2, что в свою очередь позволяет иметь фиксированные резонансные характеристики консоли, что в свою очередь повышает точность измерения.
То, что пьедестал 5 в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет форму окружности позволяет при сканировании исследуемой поверхности с глубокими профилями, иметь заведомо известные вносимые искажения. Действительно, игла 3 ориентированна в СЗМ так, что имеет наклон к исследуемой поверхности. Из-за этого при исследовании поверхности с глубокими профилями, игла 3 будет взаимодействовать механически с рельефом поверхности, как заостренной рабочей частью 4 так и пьедесталом 5. Вносимые искажения, которые возникают при взаимодействии пьедестала 5 и исследуемого рельефа являются следствием взаимодействия рельефа с цилиндрической поверхностью пьедестала 5. Данный вид астигматизма может быть легко учтен в математической модели при реконструкции измеренного рельефа в зондовом микроскопе, что повышает точность измерений.
То, что пьедестал 5 в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет многогранную форму позволяет формировать механические ребра жесткости, образованные гранями пьедестала 5, что в случае высокоаспектного соотношения длины пьедестала к площади его сечения, позволяет пьедесталу иметь механическую жесткость, что не позволяет игле 3 изгибаться при механическом взаимодействии с поверхностью, что в свою очередь повышает точность измерения.
То, что сечение пьедестала 5, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью 4 кремниевой иглы 3 имеет площадь равную площади сечения основания заостренной рабочей части 4 позволяет игле 3 при сканировании исследуемой поверхности с глубокими профилями, вносить минимальные искажения в формируемое в СЗМ изображение, что повышает точность измерения.
То, что сечение С1 -С2 пьедестала 5, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью 4 кремниевой иглы 3 имеет площадь большую площади сечения D1 -D2 заостренной рабочей части 4 в зоне ее соединения с пьедесталом 5 позволяет сформировать поверхность в зоне соединения иглы и пьедестала, которая образованна разницей площади пьедестала 5 и площади заостренной рабочей части 4. Даная поверхность позволяет увеличить электрическую емкость, между иглой 3 и измеряемой поверхностью, что в свою очередь увеличивает силу, необходимую для возбуждения колебания консоли из монокристаллического кремния 2 путем приложения соответствующего потенциала к кантилеверу, что необходимо в методе Зонда Кельвина, который используется для измерения контактной разности потенциалов между зондом и образцом. Данная конструкция повышает чувствительность в методе Зонда Кельвина, что в свою очередь повышает точность измерения.
То, что сечение Е1 -Е2 пьедестала 5, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью 4 кремниевой иглы 3 имеет площадь меньшую площади сечения F1 -F2 заостренной рабочей части 4 в максимально широкой его части, позволяет уменьшить возможность касания пьедестала измеряемого рельефа при сканировании поверхности имеющей глубокие профили, что в свою очередь уменьшает искажения, вызванные такими касаниями, что повышает точность измерения.
То, что на кремневую иглу 3 нанесено плазмонно-активное покрытие 11 позволяет получить более высокое усиление рамановского сигнала от измеряемой поверхности благодаря тому, что игла 3, имеющая большое соотношение длинны к сечению пьедесталу, обеспечивает такой геометрией однородный и протяженный участок плазмонно-активного покрытия, что позволяет создать условия, при которых плазмонное усиление рамановского сигнала является максимальным, что повышает точность измерения.
То, что на консоль из монокристаллического кремния 2 и кремневую иглу 3 нанесено проводящее покрытие 12 позволяет проводить электрические измерения с учетом линейного падения потенциала на проводящем покрытии, нанесенным на кремневую иглу 3 и консоль из монокристаллического кремния 2, за счет того, что проводящее покрытие, нанесенное на пьедестал 5, имеет протяженную форму постоянного сечения, повторяющее форму пьедестала 5. В свою очередь консоль из монокристаллического кремния 2 так же имеет геометрическую форму прямоугольника, что так же обеспечивает линейное падение напряжение на проводящем покрытии, нанесенном на консоль из монокристаллического кремния 2. Сама заостренная рабочая часть 4 имеет крайне малые размеры относительно конструкции консоли из монокристаллического кремния 2 и пьедестала 5, что вносит малые изменения в линейность всех элементов проводящего покрытия. Таким образом, вся конструкция в целом, на которую нанесено проводящее покрытие, позволяет подводить потенциал к измеряемой поверхности через проводящее покрытие, падение потенциала на котором имеет линейную зависимость на всех его участках, что в свою очередь повышает точность измерения.
То, что на консоль из монокристаллического кремния 2 и кремневую иглу 3 нанесено магнитно-чувствительное покрытие 13 позволяет локализовать взаимодействие измеряемой поверхности с магнитным покрытием, за счет того, что кремневая игла 3 имеет высокоаспектное соотношение длины к поперечному размеру и фактически с исследуемой поверхностью взаимодействует только магнитно-чувствительное покрытие, нанесенное на заостренную рабочую часть 4, что повышает точность измерения.
То, что пьедестал 5 в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, имеет четырехгранную форму и ориентирован гранями под углами В1 и В2 к противоположным торцам 14 консоли из монокристаллического кремния 2 позволяет при сканировании поверхностей, имеющих периодичные протяженные структуры, ориентируя грани пьедестала 5 относительно направления сканирования так, что бы периодичные структуры на исследуемой поверхности были ориентированы под 45° к граням пьедестала 5, иметь максимальную жесткость конструкции пьедестала 5, что обеспечивает высокую точность измерения.
То, что пьедестал 5 в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, имеет восьмигранную форму и ориентирован гранями под углами ВЗ и В4 к противоположным торцам 14 консоли 2 из монокристаллического кремния 2 позволяет, при применении кантилевера в методиках измерений рамановского сигнала от молекул исследуемой поверхности с использованием плазмонноактивных покрытий, нанесенных на кремнивую иглу 3, ориентировать пьедестал 5 относительно падающего на пьедестал 5 возбуждающего лазерного излучения таким образом, что бы возбуждение плазмонноактивного покрытия было максимальным, что повышает точность измерения.
То, что пьедестал 5 выполнен из последовательности, по меньшей мере, первого элемента 15 и второго элемента 16, имеющих разную площадь сечения, параллельного плоскости консоли из монокристаллического кремния 2, позволяет иметь различную массу элементов 15 и 16. Действительно, при возбуждении консоли из монокристаллического кремния 2 на частотах выше 500 килогерц, при которых смещенные массы элементов 15 и 16 кремневой иглы 3 относительно оси симметрии консоли из монокристаллического кремния 2, начинают оказывать влияние на гармоническую осцилляцию консоли из монокристаллического кремния. Подбирая соотношение площадей сечения, и тем самым распределение масс элементов 15 и 16, можно минимизировать искажение гармонической осцилляции консоли, что повышает точность измерения.
В заключении, заявитель отмечает, что сканирующая зондовая микроскопия, где используются кантилеверы, - это относительно новая область науки и техники, в процессе развития которой неоднократно приходилось вводить новые термины. Например, термин «кантилевер» не сразу вошел в общепринятую терминологию. Консоль кантилевера долгие годы ошибочно именовалась «балкой». Развитие сканирующей зондовой микроскопии потребует и в дальнейшем введение новых терминов. В этой связи, заявитель отмечает, что в данном изобретении - как описано выше и проиллюстрировано на фигурах с 1 по 19 - на основании 1 установлена кремниевая игла 3, состоящая из заостренной рабочей части 4 и пьедестала 5. По мнению заявителя, такая кремниевая игла 3 может быть описана термином «кремниевая игла 3 комплексной формы». В данном случае, специалист из области нанотехнологий и сканирующей зондовой микроскопии, и, в частности, специалист из области кантилеверов, может интерпретировать понятие «комплексная форма» кремниевой иглы 3, как то, что данная кремниевая игла 3 включает два элемента, а именно: заостренную рабочую часть 4 и пьедестал 5, составляющие единое целое - собственно кремниевой иглу 3. По мнению заявителя, такое определение уместно, ибо согласуется с определением термина «комплекс» (от латинского «Complexus», то есть «связь, сочетание»), как «совокупности предметов или явлений, составляющих одно целое» (см. «Советский энциклопедический словарь», Главный редактор академик А.М. Прохоров. - 3-е издание, Москва, «Советская энциклопедия», 1985, 1600 с.). По мнению заявителя, данный термин «кремниевая игла 3 комплексной формы» точен, так как является общим понятием ко всем вариантам выполнения кремниевой иглы 3, описанным выше (и показанным на фиг. 1 -19) и представляющим собой совокупности различных элементов, составляющих единое целое.

Claims

Формула изобретения
1. Кантилевер с кремниевой иглой, содержащий основание, на котором закреплена консоль из монокристаллического кремния с кремниевой иглой, состоящей из заостренной рабочей части и пьедестала, имеющего соотношение длины и поперечного размера не менее двух и не более шестидесяти и расположенного на плоскости консоли из монокристаллического кремния, отличающийся тем, что консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть изготовлены из единого массива монокристаллического кремния.
2. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть имеют одинаковые уровни допирования.
3. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что консоль из монокристаллического кремния имеет отличный от пьедестала и заостренной рабочей части уровень допирования.
4. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что консоль из монокристаллического кремния и пьедестал имеют отличный от заостренной рабочей части уровень допирования.
5. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть имеют разные уровни допирования.
6. Кантилевер по любому одному из пунктов с 3 по 5, отличающееся тем, что консоль из монокристаллического кремния, пьедестал и заостренная рабочая часть в областях с разным допированием образуют р-n переход.
7. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что пьедестал выполнен с периодичной рифленой боковой поверхностью.
8. Кантилевер по пункту 7, отличающееся тем, что периодическая рифленая поверхность пьедестала состоит из конусных элементов.
9. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что угол А между пьедесталом и плоскостью консоли из монокристаллического кремния не равен 90°.
10. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что консоль из монокристаллического кремния в месте ее крепления к основанию имеет выступ-компенсатор.
11 . Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет форму окружности.
12. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет многогранную форму.
13. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что сечение В1-В2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь, равную площади сечения В1 -В2 основания заостренной рабочей части.
14. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что сечение С1 -С2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь, большую площади сечения D1 -D2 заостренной рабочей части в зоне ее соединения с пьедесталом.
15. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что сечение Е1-Е2 пьедестала, параллельное плоскости консоли из монокристаллического кремния, в зоне его соединения с заостренной рабочей частью кремниевой иглы имеет площадь, меньшую площади сечения F1 -F2 заостренной рабочей части в максимально широкой его части.
16. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что на кремневую иглу нанесено плазмонно-активное покрытие.
17. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что на консоль из монокристаллического кремния и кремневую иглу нанесено проводящее покрытие.
18. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что на консоль из монокристаллического кремния и кремневую иглу нанесено магнитночувствительное покрытие.
19. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет четырехгранную форму и ориентирован гранями под углами К1 и К2 к противоположным торцам консоли из монокристаллического кремния.
20. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что пьедестал в сечении, параллельном плоскости консоли из монокристаллического кремния, имеет восьмигранную форму и ориентирован гранями под углами КЗ и К4 к противоположным торцам консоли из монокристаллического кремния.
21. Кантилевер по пункту 1 , отличающееся тем, что пьедестал выполнен, по меньшей мере, из первого элемента и второго элемента, имеющих разную площадь сечения, параллельного плоскости консоли из монокристаллического кремния.
PCT/IB2021/061991 2020-12-20 2021-12-19 Кантилевер с кремниевой иглой WO2022130353A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21854820.4A EP4266062A1 (en) 2020-12-20 2021-12-19 Cantilever with a silicon tip

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142162A RU2759415C1 (ru) 2020-12-20 2020-12-20 Кантилевер с кремневой иглой комплексной формы
RU2020142162 2020-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022130353A1 true WO2022130353A1 (ru) 2022-06-23

Family

ID=78607431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2021/061991 WO2022130353A1 (ru) 2020-12-20 2021-12-19 Кантилевер с кремниевой иглой

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4266062A1 (ru)
RU (1) RU2759415C1 (ru)
WO (1) WO2022130353A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0413040A1 (en) * 1989-08-16 1991-02-20 International Business Machines Corporation Method of producing ultrafine silicon tips for the AFM/STM profilometry
EP0468071A1 (en) * 1990-07-25 1992-01-29 International Business Machines Corporation Method of producing micromechanical sensors for the AFM/STM/MFM profilometry and micromechanical AFM/STM/MFM sensor head
JPH11258251A (ja) * 1998-01-03 1999-09-24 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 超小型機械式センサ及びその形成方法
US6066265A (en) * 1996-06-19 2000-05-23 Kionix, Inc. Micromachined silicon probe for scanning probe microscopy
US6091124A (en) * 1996-06-13 2000-07-18 International Business Machines Corporation Micromechanical sensor for AFM/STM profilometry

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2335033C1 (ru) * 2007-01-29 2008-09-27 ФГУП "Научно-исследовательский институт физических проблем им. Ф.В. Лукина" Способ изготовления кантилевера сканирующего зондового микроскопа
CN100562484C (zh) * 2007-06-12 2009-11-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种悬臂梁结构、制作方法及应用
US8828243B2 (en) * 2010-09-02 2014-09-09 Applied Nanostructures, Inc. Scanning probe having integrated silicon tip with cantilever
RU2610040C1 (ru) * 2015-11-13 2017-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "ТопСкан" (ООО "ТопСкан") Монокристаллический металлический зонд для сканирующих приборов

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0413040A1 (en) * 1989-08-16 1991-02-20 International Business Machines Corporation Method of producing ultrafine silicon tips for the AFM/STM profilometry
EP0468071A1 (en) * 1990-07-25 1992-01-29 International Business Machines Corporation Method of producing micromechanical sensors for the AFM/STM/MFM profilometry and micromechanical AFM/STM/MFM sensor head
US6091124A (en) * 1996-06-13 2000-07-18 International Business Machines Corporation Micromechanical sensor for AFM/STM profilometry
US6066265A (en) * 1996-06-19 2000-05-23 Kionix, Inc. Micromachined silicon probe for scanning probe microscopy
JPH11258251A (ja) * 1998-01-03 1999-09-24 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 超小型機械式センサ及びその形成方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"SPECIAL TIPS FOR THE 3-D SCANNING FORCE MICROSCOPE", IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORP. (THORNWOOD), US, vol. 37, no. 7, 1 July 1994 (1994-07-01), pages 545/546, XP000455611, ISSN: 0018-8689 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4266062A1 (en) 2023-10-25
RU2759415C1 (ru) 2021-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3266451B2 (ja) プロフィルメータ用の較正標準、製造する方法及び測定方法
US6066265A (en) Micromachined silicon probe for scanning probe microscopy
US6788086B2 (en) Scanning probe system with spring probe
US5994160A (en) Process for manufacturing micromechanical components having a part made of diamond consisting of at least one tip, and micromechanical components comprising at least one diamond tip
CN101438355B (zh) 通过纳米线生长形成的单片高纵横比纳米尺寸扫描探针显微镜尖端
US5272913A (en) Cantilever for a scanning probe microscope and a method of manufacturing the same
JPH08313541A (ja) 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー及びその製造方法
US6201401B1 (en) Method for measuring the electrical potential in a semiconductor element
EP2133883B1 (en) Method for cost-efficient manufacturing diamond tips for ultra-high resolution electrical measurements
US6415653B1 (en) Cantilever for use in a scanning probe microscope
RU2759415C1 (ru) Кантилевер с кремневой иглой комплексной формы
JPH01262403A (ja) プローブおよびその製造方法
RU2320034C2 (ru) Зонд для сканирующего зондового микроскопа и способ его изготовления
US7637960B2 (en) Short and thin silicon cantilever with tip and fabrication thereof
KR20010003182A (ko) 실리콘 기판상에 형성된 붕소확산층 이용한 표면주사현
Stricklin et al. Multipurpose active scanning probe cantilevers for near-field spectroscopy, scanning tunnel imaging, and atomic-resolution lithography
US10840092B2 (en) Atomic force microscopy based on nanowire tips for high aspect ratio nanoscale metrology/confocal microscopy
JP3834378B2 (ja) カンチレバーチップ
JP2001056281A (ja) 走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー
Dragoset et al. Scanning tunneling microscopy (STM) of a diamond-turned surface and a grating replica
Hantschel et al. Fabrication of a full metal AFM probe and its applications for Si and InP device analysis
RU2275591C2 (ru) Кантилевер с вискерным зондом и способ его изготовления
JPH1138020A (ja) 走査型プローブ顕微観察法と走査型プローブ顕微鏡用プローブと走査型プローブ顕微鏡
Nyyssonen Developments in 2D AFM metrology
RU2153731C1 (ru) Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21854820

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021854820

Country of ref document: EP

Effective date: 20230720