基于多层膜光栅的AFM探针结构表征研究

发布时间：2025-02-15 09:44

　　 原子力显微镜是微纳米测量领域主要测量工具之一。由于原子力显微镜探针不可能无限尖锐,使得测量图像包含了一部分探针信息,这是其图像失真的一大影响因素。通过获取探针形状和尺寸,可以有效去除测量图像的"探针效应"从而提升准确度。文中以研制良好样品内一致性的探针校准器为目标,应用Si/SiO2多层膜光栅技术,初步研制了20 nm标称值的线宽结构用于原子力显微镜探针校准。表征结果显示,RFESP型(Rectangular Front Etched Silicon Probe)探针稳定扫描时探针前角由15°增加至36°左右,探针后角由25°增加至45°左右,呈现钝化趋势。由此表明,基于Si/SiO2多层膜光栅技术研制的线宽型探针表征器可以快速表征出探针侧壁角度信息,是原子力显微镜探针扫描过程中探针形貌快速监测和估计的有效手段,对于促进探针表征与图像准确度提升均具有重要意义。

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【部分图文】：

图1 线宽型探针校准器原理图：(a)探针结构与线宽结构相互作用；(b)不同深宽比的线宽结构获取探针高宽比；(c)由扫描线提取探针轮廓；(d)获取探针针尖轮廓；(e)重建探针结构

图1为线宽型探针校准器的原理示意图[8-9]。探针校准器可以有突起型和凹槽型共两种。线宽结构可以用于提取探针结构的轮廓线，不同宽度和深度的凹槽结构可以用来提取探针结构在不同臂长时的宽度。随着线宽尺度的减小，可以逐步地接近探针针尖部分的有效信息，从而获取探针的几何结构。2多层膜沉....

图2 Si/SiO2多层膜光栅制备流程

多层膜光栅是将周期性沉积膜层的厚度值转化为光栅的名义线宽值或节距值，运用多层膜光栅技术，制备出不同节距、线宽、占空比、深宽比、线边缘粗糙度等关键参数的一维光栅结构。在多层膜光栅材料对的选择上以半导体工业常用的Si/SiO2为基础，采用磁控溅射方法，根据沉积速率制备不同节距与沉积周....

图3 研磨抛光后光学显微镜下的多层膜光栅样品表面

切割后样品的端面虽然平整，但远不能达到刻蚀需求，研磨抛光这一步骤可有效减小样品的表面粗糙度，得到更为理想的端面。实验采用精密精磨抛光系统代替手工研磨以提高生产效率，在研磨过程中，需要通过光学显微镜观察表面的划痕损伤，保证在光学显微镜下看不到上一级砂纸的划痕。为了进一步降低粗糙度，....

图4 标称值为20 nm的Si/SiO2线宽结构设计

多层膜薄膜的参数设计如图4所示，首先在硅基底上镀制一层厚度为20nm的SiO2薄膜，随后为20nm厚的Si，接着为300nm厚的SiO2，之后是交替沉积40个周期的Si/SiO2(厚度均为20nm)，最后镀制一层500nm的Si对整个结构起到保护作用。基于图4中的多层膜....

本文编号：4034112