eng
Кантилевер входит в число наиболее важных узлов атомно-силового микроскопа (АСМ). Учитывая это обстоятельство и то, что в мире постоянно патентуются модификации АСМ, анализ использования данного термина полезен при составлении заявок на изобретения.
Теги: atomic-force microscope cantilever patent right probe sensor whisker атомно-силовой микроскоп вискер зондовый датчик кантилевер патентное право
В докладе Дж.Бардмессера на конференции Российской торгово-промышленной палаты [1] рассматривалась ситуация с судебным спором между двумя фирмами, занимающимися медицинскими технологиями, где одно слово формулы изобретения и его трактовка стоили проигравшей стороне миллиардов долларов. Этот случай наглядно иллюстрирует важность корректного использования терминов.
Вопросы терминологии часто обсуждается на различных уровнях, в том числе и на страницах данного издания [2]. В 2009 году в издательстве "Техносфера" вышла книга, посвященная терминам и определениям в нанотехнологиях [3]. Тем не менее, учитывая стремительное развитие этого направления, внимание терминологии следует уделять постоянно.
В контексте зондовой микроскопии в качестве примера можно рассмотреть применение понятия "кантилевер" (cantilever). В английском языке этот термин означает консоль или кронштейн, и появился он задолго до сканирующей зондовой и атомно-силовой микроскопии. Вместе с тем, кантилевер входит в число самых важных узлов атомно-силового микроскопа (АСМ). Учитывая это обстоятельство и то, что в мире постоянно патентуются модификации АСМ, анализ использования термина полезен при составлении заявок на изобретения.
Кантилевер, согласно [3], – это "плоская пружина, представляющая собой тонкую балку микронных размеров, на конце которой находится зонд". Следует отметить, что он ближе к консоли, чем к балке, поскольку практически всегда один конец изделия закрепляется на жестком основании. По этой причине термин "балка" лучше заменить на "консоль".
В большинстве случаев кантилеверы на полупроводниковых подложках изготавливаются с применением микроэлектронных технологий. На рис. 1 приведен кантилевер, представляющий собой гибкий удлиненный плоский элемент 1, конец 2 которого закреплен на фрагменте полупроводниковой подложки 3. При этом второй фрагмент 4 гибкой консоли 1 на первой плоской поверхности 5 имеет иглу 6 с острием 7, а на второй плоской поверхности 8 – зеркальную область 9. Часто вся вторая плоская поверхность 8 – зеркальная. Если иглу 6 двигать над поверхностью 10 образца 11, то над центром атома (бугорком 12) она поднимется вверх, а между атомами опустится в ямку 13. Если на зеркальную область 9 направить луч 14 лазера 15, то при прохождении зондом бугорка 12 отраженный луч 16 пойдет в одну сторону, а при прохождении ямки 13 – в другую. Фотоприемники 17 и 18 зафиксируют расположение отдельных атомов или их групп на поверхности образца.
Кантилевер содержит более одного элемента, и существует тенденция к усложнению его конструкции. Учитывая это, необходимо четко определить названия всех его составляющих. Правильное использование терминов обезопасит изобретателя от судебных исков и поможет специалистам лучше понимать друг друга.
Рассмотрим несколько примеров из истории использования термина кантилевер и его составляющих в СЗМ. В [4] этим термином названа гибкая консоль, а игла обозначена как point (острие). В [5] игла названа pointed tip (заостренный наконечник). В [6] она уже просто tip, гибкий элемент – arm (рука, рычаг), а cantilever – консоль вместе с фрагментом полупроводниковой подложки, на которой она закреплена. В [7] гибкий элемент вместе с фрагментом подложки назван package (упаковка), а в [8] – это assembly (сборка). До середины 1990-х годов cantilever чаще переводился как кронштейн и консоль. В русскоязычной литературе термин "кантилевер" начал достаточно широко употребляться с 1995 года [9].
В дальнейшем кантилеверы стали усложняться. Они объединялись с тонкими световодными зондами [10]. Часто на консолях стали размещаться пьезорезистивные элементы: в [11] – piesoresistive cantilever, в [12] – piesoresistive sensor. Позже на конец иглы стали прикрепляться частички другого материала с заданным радиусом [13]. При этом игла стала называться probe part (зонд с частичкой) или detection probe (измерительный зонд) [14]. Потом научились на иглах выращивать тонкие длинные образования – вискеры (wiskers – усы, шипы, щупы, сенсорные элементы) [15]. В [16] выступающий по диаметру кончика острия цилиндрический элемент назван flared AFM tip (выступающий кончик для АСМ) и flared probe (зонд с выступом).
Следует отметить, что термин probe, согласно [3], переводится как зондовый датчик или измерительный зонд – устройство для регистрации информационного сигнала в СЗМ. Начинаться устройство должно с острия 7 (рис.1) иглы 6, а заканчиваться может зеркальной областью 9, которая перемещается в соответствии с профилем исследуемой поверхности 10. Вместе с тем, зондовый датчик также может заканчиваться регистрирующими сигнал фотоприемниками 17 и 18.
В немецкой версии кантилевер превратился в Kraftmikroskopiesonde (силовой микроскопный зонд) [17]. Терминологическая вольница продолжается и в российских патентах [18], где гибкая консоль названа балкой, а под кантилевером понимается изделие вместе с фрагментом полупроводникового основания и иглой. В [19] набор гибких консолей с иглами назван многозондовым кантилевером, и на каждой консоли имеется только одна игла.
Учитывая изложенные противоречия, назрела необходимость упорядочить терминологию, связанную с кантилеверами. Кантилевер в русско-
язычной литературе чаще всего обозначает изделие, включающее элементы 1, 3, 6 и 9 (рис.1), но в патентах целесообразнее именовать так гибкий удлиненный элемент 1 – гибкую консоль. Игла 6 означает все ее тело, а кончик иглы 7 следовало бы называть острием. Фрагмент полупроводниковой подложки 3, на котором закреплена консоль 1, можно назвать основанием консоли. Все изделие без лазера 15 и фотоприемников 17 и 18 можно назвать зондом консольного типа.
Как уже отмечалось, кантилеверы после своего появления стали усложняться. На конце иглы 6 (рис.2) в зоне острия 7 научились формировать вискеры 8, которые можно назвать щупом с острием 7 на конце. На консоли 1 стали осаждать пьезорезистивный слой 4. Такое изделие можно назвать пьезорезистивным зондом консольного типа. Если в нем сформированы еще и электронные элементы, например предусилитель 2, то это будет зондовый датчик или пьезорезистивный зондовый датчик консольного типа.
Если на основании 1 закреплено несколько гибких консолей 2 (рис.3), изделие можно называть линейкой зондов консольного типа. Если гибкие консоли 1 (рис.4) расположены на основании 2, например над отверстием 3, то это будет матрица зондов консольного типа.
Возможны и иные расположения консолей 1, например, когда они параллельны друг другу и сгруппированы в несколько рядов. Их также можно называть матрицей зондов консольного типа. Такие системы пока не получили широкого распространения, однако матрицы с внешним расположением консолей, скорее всего, будут развиваться, так как подобная конструкция позволяет упростить замену зондов и эксплуатацию приборов. В [20] такая матрица названа многозондовым датчиком контурного типа, а в [21] – rotatable multi-cantilever (вращающийся многозондовый кантилевер). Следует оговориться, что термин "вращающийся" нецелесообразно использовать при патентовании, поскольку в частном случае кантилевер может быть качающимся, к тому же незачем вводить в название функциональные особенности устройства. Если в изобретениях с устоявшимися терминами эксперт интуитивно может понять, что есть что, и ограничиться телефонным звонком автору (хотя это и не приветствуется), то при нарушении единства терминологии неизбежен запрос. Разумеется, в будущем будут разработаны различные варианты кантилеверов, но при патентовании предлагается отталкиваться от единообразной терминологии, например, от предложенной в настоящей статье.
Конечно, ситуация с кантилевером – не единственный пример неоднозначности понятий. Например, в микроэлектронике стали использовать термины "дизайн" и "дизайнер". Дизайнерами называют изобретателей, проектировщиков, конструкторов и чертежников, а под дизайном подразумеваются замысел, изобретение и его реализация, конструкция, чертеж и расположение элементов в микросхеме. Даже в область нанотехнологий проникло это слово. Один из примеров: "химический дизайн магнитных нанокомпозитов в твердофазных нанореакторах" [22]. Действительно, английские слова designer и design имеют, в том числе, и перечисленные переводы, но из-за множественности возможных значений употреблять эти термины надо очень осторожно. Совсем недавно появились термины "патентный ландшафт" и "патентная дорожная карта", полученные дословным переводом зарубежной литературы и часто используемые чиновниками, которые имеют смутное представление о патентной работе. Возможно, эти термины и приживутся, но пока они нередко ставят изобретателей в затруднительное положение.
Литература
http://www.patent2010.forum.ru/1.htm.
Титов Е. Терминология в нанотехнологиях. – Наноиндустрия. 2012. №7, с.50–54.
Нанотехнологии, метрология, стандартизация и сертификация в терминах и определениях. Под редакцией М.В.Ковальчука, П.А.Тодуа. – Техносфера, 2009.
Патент US4724318. Atomic force microscope and method for imaging surfaces with atomic resolution. 1986.
Патент US4851671. Oszillating quartz atomic force microscope. 1989.
Патент US5129132. Method of making an integrated scanning tunneling microscope. 1992.
Патент US5376790. Scanning probe microscope. 1994.
Патент US5066358. Nitride cantilevers with single crystal silicon tips 1991.
Патент RU2072735. Сканирующий зондовый микроскоп (варианты), его чувствительный элемент и способ юстировки кантилевера. 1995.
Патент US5354985. Near field scanning optical and force microscope including cantilever and optical waveguide. 1994.
Giessibi F.J., Trafas B.M. Piesoresistive cantilevers utilized for scanning tunneling and scanning force microscope in ultrahigh vacuum. – Rev. Sci. Instrum. 65(6), June 1994, р.1923–1928.
Minne S.N. et all. Parallel atomic force microscopy using cantilevers with integrated piesoresistive sensors and integrated piezoelectric actuators. – Appl. Phys. Lett. 67(26), 12.1995, р.3918–3920.
Патент JP10170530. AFM cantilever and its manufacture. 1998.
Международная заявка WO2009/043368. Colloid sensor for AFM. 2009.
Патент RU2220429. Способ формирования сенсорного элемента сканирующего зондового микроскопа. 2009.
Ukraintsev V.A. et all. The role of AFM in
semiconductor technology development:
the 65 nm technology node and beyond. – SPIE, March 2005, р.492–516.
Международная заявка WO98/13663. Kraft mikroskopiesonde. 1998.
Патент RU2153731. Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа. 2000.
Патент RU2124251. Многозондовый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа. 1998.
Патент RU2244256. Многозондовый датчик контурного типа для сканирующего зондового микроскопа. 2005.
Патент US7597717. Rotatable multi-cantilever scanning probe microscopy head. 2009.
Нанометр. Информационный бюллетень ФНМ, 2011, №12 (64), с.6.
Вопросы терминологии часто обсуждается на различных уровнях, в том числе и на страницах данного издания [2]. В 2009 году в издательстве "Техносфера" вышла книга, посвященная терминам и определениям в нанотехнологиях [3]. Тем не менее, учитывая стремительное развитие этого направления, внимание терминологии следует уделять постоянно.
В контексте зондовой микроскопии в качестве примера можно рассмотреть применение понятия "кантилевер" (cantilever). В английском языке этот термин означает консоль или кронштейн, и появился он задолго до сканирующей зондовой и атомно-силовой микроскопии. Вместе с тем, кантилевер входит в число самых важных узлов атомно-силового микроскопа (АСМ). Учитывая это обстоятельство и то, что в мире постоянно патентуются модификации АСМ, анализ использования термина полезен при составлении заявок на изобретения.
Кантилевер, согласно [3], – это "плоская пружина, представляющая собой тонкую балку микронных размеров, на конце которой находится зонд". Следует отметить, что он ближе к консоли, чем к балке, поскольку практически всегда один конец изделия закрепляется на жестком основании. По этой причине термин "балка" лучше заменить на "консоль".
В большинстве случаев кантилеверы на полупроводниковых подложках изготавливаются с применением микроэлектронных технологий. На рис. 1 приведен кантилевер, представляющий собой гибкий удлиненный плоский элемент 1, конец 2 которого закреплен на фрагменте полупроводниковой подложки 3. При этом второй фрагмент 4 гибкой консоли 1 на первой плоской поверхности 5 имеет иглу 6 с острием 7, а на второй плоской поверхности 8 – зеркальную область 9. Часто вся вторая плоская поверхность 8 – зеркальная. Если иглу 6 двигать над поверхностью 10 образца 11, то над центром атома (бугорком 12) она поднимется вверх, а между атомами опустится в ямку 13. Если на зеркальную область 9 направить луч 14 лазера 15, то при прохождении зондом бугорка 12 отраженный луч 16 пойдет в одну сторону, а при прохождении ямки 13 – в другую. Фотоприемники 17 и 18 зафиксируют расположение отдельных атомов или их групп на поверхности образца.
Кантилевер содержит более одного элемента, и существует тенденция к усложнению его конструкции. Учитывая это, необходимо четко определить названия всех его составляющих. Правильное использование терминов обезопасит изобретателя от судебных исков и поможет специалистам лучше понимать друг друга.
Рассмотрим несколько примеров из истории использования термина кантилевер и его составляющих в СЗМ. В [4] этим термином названа гибкая консоль, а игла обозначена как point (острие). В [5] игла названа pointed tip (заостренный наконечник). В [6] она уже просто tip, гибкий элемент – arm (рука, рычаг), а cantilever – консоль вместе с фрагментом полупроводниковой подложки, на которой она закреплена. В [7] гибкий элемент вместе с фрагментом подложки назван package (упаковка), а в [8] – это assembly (сборка). До середины 1990-х годов cantilever чаще переводился как кронштейн и консоль. В русскоязычной литературе термин "кантилевер" начал достаточно широко употребляться с 1995 года [9].
В дальнейшем кантилеверы стали усложняться. Они объединялись с тонкими световодными зондами [10]. Часто на консолях стали размещаться пьезорезистивные элементы: в [11] – piesoresistive cantilever, в [12] – piesoresistive sensor. Позже на конец иглы стали прикрепляться частички другого материала с заданным радиусом [13]. При этом игла стала называться probe part (зонд с частичкой) или detection probe (измерительный зонд) [14]. Потом научились на иглах выращивать тонкие длинные образования – вискеры (wiskers – усы, шипы, щупы, сенсорные элементы) [15]. В [16] выступающий по диаметру кончика острия цилиндрический элемент назван flared AFM tip (выступающий кончик для АСМ) и flared probe (зонд с выступом).
Следует отметить, что термин probe, согласно [3], переводится как зондовый датчик или измерительный зонд – устройство для регистрации информационного сигнала в СЗМ. Начинаться устройство должно с острия 7 (рис.1) иглы 6, а заканчиваться может зеркальной областью 9, которая перемещается в соответствии с профилем исследуемой поверхности 10. Вместе с тем, зондовый датчик также может заканчиваться регистрирующими сигнал фотоприемниками 17 и 18.
В немецкой версии кантилевер превратился в Kraftmikroskopiesonde (силовой микроскопный зонд) [17]. Терминологическая вольница продолжается и в российских патентах [18], где гибкая консоль названа балкой, а под кантилевером понимается изделие вместе с фрагментом полупроводникового основания и иглой. В [19] набор гибких консолей с иглами назван многозондовым кантилевером, и на каждой консоли имеется только одна игла.
Учитывая изложенные противоречия, назрела необходимость упорядочить терминологию, связанную с кантилеверами. Кантилевер в русско-
язычной литературе чаще всего обозначает изделие, включающее элементы 1, 3, 6 и 9 (рис.1), но в патентах целесообразнее именовать так гибкий удлиненный элемент 1 – гибкую консоль. Игла 6 означает все ее тело, а кончик иглы 7 следовало бы называть острием. Фрагмент полупроводниковой подложки 3, на котором закреплена консоль 1, можно назвать основанием консоли. Все изделие без лазера 15 и фотоприемников 17 и 18 можно назвать зондом консольного типа.
Как уже отмечалось, кантилеверы после своего появления стали усложняться. На конце иглы 6 (рис.2) в зоне острия 7 научились формировать вискеры 8, которые можно назвать щупом с острием 7 на конце. На консоли 1 стали осаждать пьезорезистивный слой 4. Такое изделие можно назвать пьезорезистивным зондом консольного типа. Если в нем сформированы еще и электронные элементы, например предусилитель 2, то это будет зондовый датчик или пьезорезистивный зондовый датчик консольного типа.
Если на основании 1 закреплено несколько гибких консолей 2 (рис.3), изделие можно называть линейкой зондов консольного типа. Если гибкие консоли 1 (рис.4) расположены на основании 2, например над отверстием 3, то это будет матрица зондов консольного типа.
Возможны и иные расположения консолей 1, например, когда они параллельны друг другу и сгруппированы в несколько рядов. Их также можно называть матрицей зондов консольного типа. Такие системы пока не получили широкого распространения, однако матрицы с внешним расположением консолей, скорее всего, будут развиваться, так как подобная конструкция позволяет упростить замену зондов и эксплуатацию приборов. В [20] такая матрица названа многозондовым датчиком контурного типа, а в [21] – rotatable multi-cantilever (вращающийся многозондовый кантилевер). Следует оговориться, что термин "вращающийся" нецелесообразно использовать при патентовании, поскольку в частном случае кантилевер может быть качающимся, к тому же незачем вводить в название функциональные особенности устройства. Если в изобретениях с устоявшимися терминами эксперт интуитивно может понять, что есть что, и ограничиться телефонным звонком автору (хотя это и не приветствуется), то при нарушении единства терминологии неизбежен запрос. Разумеется, в будущем будут разработаны различные варианты кантилеверов, но при патентовании предлагается отталкиваться от единообразной терминологии, например, от предложенной в настоящей статье.
Конечно, ситуация с кантилевером – не единственный пример неоднозначности понятий. Например, в микроэлектронике стали использовать термины "дизайн" и "дизайнер". Дизайнерами называют изобретателей, проектировщиков, конструкторов и чертежников, а под дизайном подразумеваются замысел, изобретение и его реализация, конструкция, чертеж и расположение элементов в микросхеме. Даже в область нанотехнологий проникло это слово. Один из примеров: "химический дизайн магнитных нанокомпозитов в твердофазных нанореакторах" [22]. Действительно, английские слова designer и design имеют, в том числе, и перечисленные переводы, но из-за множественности возможных значений употреблять эти термины надо очень осторожно. Совсем недавно появились термины "патентный ландшафт" и "патентная дорожная карта", полученные дословным переводом зарубежной литературы и часто используемые чиновниками, которые имеют смутное представление о патентной работе. Возможно, эти термины и приживутся, но пока они нередко ставят изобретателей в затруднительное положение.
Литература
http://www.patent2010.forum.ru/1.htm.
Титов Е. Терминология в нанотехнологиях. – Наноиндустрия. 2012. №7, с.50–54.
Нанотехнологии, метрология, стандартизация и сертификация в терминах и определениях. Под редакцией М.В.Ковальчука, П.А.Тодуа. – Техносфера, 2009.
Патент US4724318. Atomic force microscope and method for imaging surfaces with atomic resolution. 1986.
Патент US4851671. Oszillating quartz atomic force microscope. 1989.
Патент US5129132. Method of making an integrated scanning tunneling microscope. 1992.
Патент US5376790. Scanning probe microscope. 1994.
Патент US5066358. Nitride cantilevers with single crystal silicon tips 1991.
Патент RU2072735. Сканирующий зондовый микроскоп (варианты), его чувствительный элемент и способ юстировки кантилевера. 1995.
Патент US5354985. Near field scanning optical and force microscope including cantilever and optical waveguide. 1994.
Giessibi F.J., Trafas B.M. Piesoresistive cantilevers utilized for scanning tunneling and scanning force microscope in ultrahigh vacuum. – Rev. Sci. Instrum. 65(6), June 1994, р.1923–1928.
Minne S.N. et all. Parallel atomic force microscopy using cantilevers with integrated piesoresistive sensors and integrated piezoelectric actuators. – Appl. Phys. Lett. 67(26), 12.1995, р.3918–3920.
Патент JP10170530. AFM cantilever and its manufacture. 1998.
Международная заявка WO2009/043368. Colloid sensor for AFM. 2009.
Патент RU2220429. Способ формирования сенсорного элемента сканирующего зондового микроскопа. 2009.
Ukraintsev V.A. et all. The role of AFM in
semiconductor technology development:
the 65 nm technology node and beyond. – SPIE, March 2005, р.492–516.
Международная заявка WO98/13663. Kraft mikroskopiesonde. 1998.
Патент RU2153731. Кантилевер для сканирующего зондового микроскопа. 2000.
Патент RU2124251. Многозондовый кантилевер для сканирующего зондового микроскопа. 1998.
Патент RU2244256. Многозондовый датчик контурного типа для сканирующего зондового микроскопа. 2005.
Патент US7597717. Rotatable multi-cantilever scanning probe microscopy head. 2009.
Нанометр. Информационный бюллетень ФНМ, 2011, №12 (64), с.6.
Отзывы читателей
