Piezorezystywna nanosonda AFM/SThM do badań termicznych w nanoskali

摘要

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.%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 piezorezystywna detekcją ugięcia, wyposażonych w przewodzące ostrze platynowe. Do wytworzenia struktur sondy wykorzystano typowe procesy mikrotech-nologii 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.