Piezorezystywna nanosonda AFM/SThM do badań termicznych w nanoskali

• Autorzy: Janus P. , Szmigiel D. , Domański K. , Grabiec P. , Sierakowski A. , Gotszalk T. , Rudek M. , Kopiec D.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2016.8.5

Warianty tytułu

EN

Piezoresitive AFM/SThM nanoprobe for thermal investigation at nanoscale

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pomimo bardzo dynamicznego rozwoju technologii wytwarzania nanostruktur i nanoprzyrządów (np. struktur grafenowych, czy też tranzystorów o głęboko submikronowych rozmiarach) wciąż brakuje uniwersalnych i wielofunkcyjnych narzędzi do analizy zjawisk w nanoskali. Dostępne techniki bazujące na mikroskopii sił atomowych (Atomic Force Microscopy – AFM) umożliwiają z reguły monitorowanie jednego typu parametrów: mechanicznych, termicznych lub elektrycznych. W publikacji przedstawiono rezultaty prac badawczych, których celem było opracowanie mikrodźwigni krzemowych z piezorezystywną detekcją ugięcia, wyposażonych w przewodzące ostrze platynowe. Do wytworzenia struktur sondy wykorzystano typowe procesy mikrotechnologii krzemowej oraz technikę FIB (Focused Ion Beam), która pozwala zredukować promień krzywizny ostrza do wartości mniejszych od 100 nm. Opracowany przyrząd umożliwia zarówno analizę topografii powierzchni oraz jej charakteryzację termiczną i jest użytecznym narzędziem do pomiarów mikro- i nanostruktur elektronicznych. Konstrukcja przyrządu pozwala na jego łatwą integrację z mikro- lub nanomanipulatorami oraz instalację w komorze próżniowej skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Takie rozwiązanie umożliwia dokładną obserwację charakteryzowanej struktury oraz lokalizację sondy na jej powierzchni z nanometrową dokładnością w obszarze skanowania rzędu kilku centymetrów kwadratowych. Jest to niezwykle użyteczne przy analizie próbek o dużych rozmiarach. W publikacji przedstawiono rezultaty pomiarów termicznych na powierzchni mikro- i nanoprzyrządów elektronicznych przeprowadzonych przy użyciu przedstawionego systemu mikroskopu termicznego.

EN

Despite a dynamic development of the technology of nanostructures and nanodevices (e.g. graphene structures or deep sub-micron transistors) there is still a lack of universal and multi-functional tools for the analysis of phenomena at the nanoscale. Available techniques based on atomic force microscopy (AFM) generally allow monitoring one type of parameters: mechanical, thermal or electrical. The paper presents the results of research focused on developing silicon cantilevers integrated with a piezoresistive deflection sensor and with a conductive platinum tip. Standard silicon microtechnology processes and Focused Ion Beam (FIB) technique were used to fabricate microprobes with sharp tips and to reduce their final radius of curvature to less than 100 nm The developed probe is a useful tool for characterization of micro- and nanostructures, it enables analysis of the sample topography and its thermal properties. The design of the device allows its integration with micro- or nano-manipulator and installing them in the vacuum chamber of the scanning electron microscope (SEM). This enables precise observation of the investigated structure and location of the microprobe on its surface with a nanometric accuracy over a scanning area of several square centimeters. This is particularly useful when scanning samples with large dimensions. The paper presents the results of thermal measurements obtained with the described thermal microscope system on the surface of micro- and nanoelectronic devices.

Słowa kluczowe

PL

nanometrologia; Mikroskopia Sił Atomowych; Skaningowa Mikroskopia Termiczna; czujniki piezorezystywne

EN

nanometrology; atomic force microscopy; scanning thermal microscopy; resistive sensors

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 57, nr 8
• Strony: 41--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Janus P.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

autor

Szmigiel D.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

autor

Domański K.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

autor

Grabiec P.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

autor

Sierakowski A.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

autor

Gotszalk T.

• Politechnika Wrocławska, Wrocław

autor

Rudek M.

• Politechnika Wrocławska, Wrocław

autor

Kopiec D.

• Politechnika Wrocławska, Wrocław

Bibliografia

• [1] T. Gotszalk, P.Grabiec, I. Rangelow, Piezoresistive sensors for scanning probe microscopy, ultramicroscopy, 82, 39, 2000.
• [2] G. Wielgoszewski, P. Sulecki, T. Gotszalk, P. Janus, D. Szmigiel, and P. Grabiec, E. Zschech, Microfabricated resistive high-sensitivity nanoprobe for scanning thermal microscopy, J. Vac. Sci. Technol., B 28, 6, 2010.
• [3] G. Wielgoszewski, P. Sulecki, P.Janus, P. Grabiec, E. Zschech, T. Gotszalk, A high-resolution measurement system for novel scanning thermal microscopy resistive nanoprobes, Measurement Science and Technology, 22, 9, 094023, 2011.
• [4] I. W. Rangelow, T. Gotszalk, P. Grabiec, K. Edinger, N. Abedinov, Thermal nano-probe, Microelectronic Engineering s 57–58:737-748, 2000.
• [5] J. L. Hutter, J. Bechhoefer, Calibration of atomic-force microscope tips, Rev. Sci. Instrum. 64 (7), July 1993.
• [6] M. Zaborowski, D. Tomaszewski, A. Panas, P. Grabiec, “Double-fin FETs based on standard CMOS approach” Microelectronic Engineering Vol. 87, Issue: 5-8, May – August, 2010, pp. 1396-9.