納米加工技術是構建新一代納米電子器件的重要基礎技術。而基于掃描探針顯微鏡(SPM)的納米加工技術是迄今為止最為簡單的一種納米加工技術。其中,利用原子力顯微鏡(AFM)的電場誘導氧化加工具有可控性好,穩定性高,生成氧化物的絕緣性和抗刻蝕性與微電子工藝相容等優點,因此被普遍認為是一種非常有發展前途的納米加工技術。當前許多發達國家已經對這一方向投入了大量的研究工作,國內在這方面也取得了一定的成果,但是還不完善。隨著對AFM氧化加工影響參數認識的逐步深入,非常有必要對加工過程中的電流等因素進行監控,進一步加深對氧化機理的認識。
對接觸模式下AFM動態電場氧化加工過程中產生的微弱電流信號進行詳細的分析和系統的研究,同時對輕敲模式下AFM動態電場氧化加工進行系統的研究,從而加深對陽極氧化機理的認識。主要工作包括以下幾個方面:
1.構建出一套AFM納米加工系統,同時監測加工過程中的電流及溫濕度。進一步改進RCA樣品清洗方法,使清洗效果得到很大的提高。
2.研究了氧化加工過程中微弱電流的來源,主要是探針與樣品之間的隧道效應和場發射效應引起的微弱電流。
3.利用接觸模式下AFM控制施加調制電壓信號的頻率、占空比和波形等進行氧化加工實驗,并檢測分析加工過程中的微弱電流。
4.在輕敲模式下開展氧化加工實驗,重點研究針尖振動幅度、氧化時間、偏壓幅值和加工速度對加工的影響情況,同時也分析了未能檢測到微弱電流的原因。
5.初步對比了接觸模式和輕敲模式下AFM氧化加工的不同。實驗表明輕敲模式下針尖的調制作用減小了加工時橫向力的影響,利于得到更窄的線寬;同時也加快了氧化物的生長速度,提升了加工速度,利于增大線高和提高加工效率。