eng
Выпуск #3/2016
Д.Гудилин
Прикладные нанотехнологии: от нанометрологии до нанолитографии
Прикладные нанотехнологии: от нанометрологии до нанолитографии
Просмотры: 3569
Передовые разработки в большинстве сфер деятельности так или иначе связаны с наноразмерными структурами и объектами, исследованиями которых в нашей стране занимаются в основном научные учреждения. К сожалению, результаты фундаментальных работ нередко остаются невостребованными. Тем ценнее опыт организаций, которые ведут исследования в области нанотехнологий, ориентированные на практику и коммерческую реализацию.
DOI:10.22184/1993-8578.2016.65.3.48.52
DOI:10.22184/1993-8578.2016.65.3.48.52
Мы уже писали о разработках московской компании "НАНО-АТТО Метрия" в области метрологии (см.: "Наноиндустрия", 2015, № 5(59), с. 74–80 и № 7(61), с. 50–52, а также статью А.Потемкина в текущем номере на с. 8–13). Однако кроме исследования и изготовления мер перемещения лаборатория компании работает еще над несколькими многообещающими проектами.
Наноэталоны и интерферометры
Меры перемещения на основе монокристаллического материала с обратным пьезоэффектом изменяют свои размеры прямо пропорционально величине управляющего напряжения. В зависимости от направления электрического поля и ориентации кристаллографических осей монокристалла, поверхности могут перемещаться в разных плоскостях, благодаря чему специалисты "НАНО-АТТО Метрия" смогли создать горизонтальные и вертикальные меры для калибровки зондовых и электронных микроскопов, а также другого измерительного и технологического оборудования.
Для производства мер перемещения компания использует монокристаллы российского производства. На монокристалл напыляются электроды, после чего выполняется калибровка, корпусирование и проверка на стабильность характеристик во времени. Последняя не должна превышать 1–2%, то есть статистической погрешности измерений. Срок службы мер не определен, так как первые эталоны, собранные более пяти лет назад, до сих пор стабильны. Тем не менее, рекомендуется раз в несколько лет выполнять поверку эталонов.
Для измерения перемещения отсчетных поверхностей мер разработаны оптические интерферометры на базе полупроводниковых лазеров российского производства. Стабилизация лазерного излучения брэгговской и цезиевой ячейками обеспечила уменьшение относительной нестабильности частоты до 10–8. По словам сотрудников лаборатории, минимальное перемещение, которое в настоящее время удалось измерить на интерферометрах, составляет 3 пм. "НАНО-АТТО Метрия" выпускает несколько типов интерферометров, которые могут применяться для различных задач.
Меры перемещения компактны и комплектуются разработанным компанией электронным блоком управления, который позволяет генерировать импульсы заданной формы.
Сканирующий ближнепольный
оптический микроскоп и нанопинцет
Одним из перспективных проектов с применением интерферометров стало создание сканирующего ближнепольного оптического микроскопа для измерений на отражение. "Преодоление дифракционного предела и оптические измерения с нанометровым разрешением – идея, которой уже много десятков лет, но пока на рынке представлены только приборы, работающие на просвет", – рассказывает ведущий инженер компании "НАНО-АТТО Метрия" Александр Диков. В прототипе прибора использованы привод и система управления от сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан", выпускаемого московским НПП "Центр перспективных технологий". В настоящее время достигнуто разрешение 60 нм и ведутся работы по его улучшению. В частности, актуальной задачей является усовершенствование зонда.
Также на базе прототипа сканирующего ближнепольного оптического микроскопа разрабатывается так называемый "нанопинцет", который позволит манипулировать наноразмерными объектами. Идея состоит в нанесении на острие зонда электродов, чтобы захватывать объект электрическим полем. Эта бесконтактная технология хорошо подойдет для работы с наночастицами разной природы, включая биологические объекты.
Нанолитография
В 1990-х годах в НИИ "Дельта" велись исследования модификации поверхностей и формирования наноразмерных структур на пленках с применением нанолитографии. После закрытия НИИ проект продолжился в компании "НАНО-АТТО Метрия".
Технологическая установка – литограф на базе сканирующего туннельного микроскопа, который доработан для использования высокого напряжения (десятки вольт) и агрессивных сред. Машина генерирует электрические импульсы, и в технологической атмосфере происходит осаждение из газовой фазы с формированием на подложке заданной структуры. Одноразовые зонды из вольфрамовой проволоки с протравленным острием изготавливаются в лаборатории компании. Разрешение зависит от остроты иглы зонда и может достигать 3 нм. Объекты наименьших размеров удается получить на углеродных пленках. За годы исследований подобраны оптимальные материалы подложек, газовые смеси, технологические режимы.
Разработанная компактная установка снабжена вакуумной системой, но процесс не требует высокого вакуума и может быть реализован при нормальном давлении в газовой атмосфере. Технология безопасна для людей и не требует использования опасных химических веществ. По словам главного технолога Андрея Шавыкина, для повышения скорости можно создать систему с независимым управлением несколькими десятками параллельно работающих зондов.
Получаемые структуры могут использоваться в производстве устройств хранения данных, наноэлектронике, фотонике. Так, разрешение до 3 нм обеспечивает высокую плотность записи, а при применении углеродных носителей информация может храниться столетия. В сфере наноэлектроники интересна возможность создания новых классов устройств, например, на базе квантовых эффектов. Изготовление оптических элементов также является весьма перспективной областью.
В настоящее время ведутся опыты по переносу материала на поверхность с острия зонда. Такая технология может найти применение в изготовлении наноэлектронных устройств, а также в 3D-печати.
Пока далеко не все проекты компании "НАНО-АТТО Метрия", о которых мы кратко рассказали в настоящей публикации, близки к стадии выпуска коммерческих продуктов, но они реализуются заинтересованными в конечном результате людьми, что является важнейшим условием успеха.
Наноэталоны и интерферометры
Меры перемещения на основе монокристаллического материала с обратным пьезоэффектом изменяют свои размеры прямо пропорционально величине управляющего напряжения. В зависимости от направления электрического поля и ориентации кристаллографических осей монокристалла, поверхности могут перемещаться в разных плоскостях, благодаря чему специалисты "НАНО-АТТО Метрия" смогли создать горизонтальные и вертикальные меры для калибровки зондовых и электронных микроскопов, а также другого измерительного и технологического оборудования.
Для производства мер перемещения компания использует монокристаллы российского производства. На монокристалл напыляются электроды, после чего выполняется калибровка, корпусирование и проверка на стабильность характеристик во времени. Последняя не должна превышать 1–2%, то есть статистической погрешности измерений. Срок службы мер не определен, так как первые эталоны, собранные более пяти лет назад, до сих пор стабильны. Тем не менее, рекомендуется раз в несколько лет выполнять поверку эталонов.
Для измерения перемещения отсчетных поверхностей мер разработаны оптические интерферометры на базе полупроводниковых лазеров российского производства. Стабилизация лазерного излучения брэгговской и цезиевой ячейками обеспечила уменьшение относительной нестабильности частоты до 10–8. По словам сотрудников лаборатории, минимальное перемещение, которое в настоящее время удалось измерить на интерферометрах, составляет 3 пм. "НАНО-АТТО Метрия" выпускает несколько типов интерферометров, которые могут применяться для различных задач.
Меры перемещения компактны и комплектуются разработанным компанией электронным блоком управления, который позволяет генерировать импульсы заданной формы.
Сканирующий ближнепольный
оптический микроскоп и нанопинцет
Одним из перспективных проектов с применением интерферометров стало создание сканирующего ближнепольного оптического микроскопа для измерений на отражение. "Преодоление дифракционного предела и оптические измерения с нанометровым разрешением – идея, которой уже много десятков лет, но пока на рынке представлены только приборы, работающие на просвет", – рассказывает ведущий инженер компании "НАНО-АТТО Метрия" Александр Диков. В прототипе прибора использованы привод и система управления от сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан", выпускаемого московским НПП "Центр перспективных технологий". В настоящее время достигнуто разрешение 60 нм и ведутся работы по его улучшению. В частности, актуальной задачей является усовершенствование зонда.
Также на базе прототипа сканирующего ближнепольного оптического микроскопа разрабатывается так называемый "нанопинцет", который позволит манипулировать наноразмерными объектами. Идея состоит в нанесении на острие зонда электродов, чтобы захватывать объект электрическим полем. Эта бесконтактная технология хорошо подойдет для работы с наночастицами разной природы, включая биологические объекты.
Нанолитография
В 1990-х годах в НИИ "Дельта" велись исследования модификации поверхностей и формирования наноразмерных структур на пленках с применением нанолитографии. После закрытия НИИ проект продолжился в компании "НАНО-АТТО Метрия".
Технологическая установка – литограф на базе сканирующего туннельного микроскопа, который доработан для использования высокого напряжения (десятки вольт) и агрессивных сред. Машина генерирует электрические импульсы, и в технологической атмосфере происходит осаждение из газовой фазы с формированием на подложке заданной структуры. Одноразовые зонды из вольфрамовой проволоки с протравленным острием изготавливаются в лаборатории компании. Разрешение зависит от остроты иглы зонда и может достигать 3 нм. Объекты наименьших размеров удается получить на углеродных пленках. За годы исследований подобраны оптимальные материалы подложек, газовые смеси, технологические режимы.
Разработанная компактная установка снабжена вакуумной системой, но процесс не требует высокого вакуума и может быть реализован при нормальном давлении в газовой атмосфере. Технология безопасна для людей и не требует использования опасных химических веществ. По словам главного технолога Андрея Шавыкина, для повышения скорости можно создать систему с независимым управлением несколькими десятками параллельно работающих зондов.
Получаемые структуры могут использоваться в производстве устройств хранения данных, наноэлектронике, фотонике. Так, разрешение до 3 нм обеспечивает высокую плотность записи, а при применении углеродных носителей информация может храниться столетия. В сфере наноэлектроники интересна возможность создания новых классов устройств, например, на базе квантовых эффектов. Изготовление оптических элементов также является весьма перспективной областью.
В настоящее время ведутся опыты по переносу материала на поверхность с острия зонда. Такая технология может найти применение в изготовлении наноэлектронных устройств, а также в 3D-печати.
Пока далеко не все проекты компании "НАНО-АТТО Метрия", о которых мы кратко рассказали в настоящей публикации, близки к стадии выпуска коммерческих продуктов, но они реализуются заинтересованными в конечном результате людьми, что является важнейшим условием успеха.
Отзывы читателей
