CC BY
114
УДК 621.38-022.532
О.А. Агеев, В.А. Смирнов, Н.И. Сербу, Д.Г. Самканашвили,
. . , . .
ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ МИКРОКАНАЛЬНЫХ ПЛАСТИН МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ
МИКРОСКОПИИ
Представлены результаты исследования наноструктуры внутренней поверхности микроканала (ВПМ) микроканальных пластин (МКП) методом атомно-силовой микроскопии (ACM). Установлено, что внутренняя поверхность микроканала МКП имеет зернистую наноразмерную структуру с диаметром зерен 59±10 нм и высотой 2,8±0,7 нм. Выявлены области с повышенной проводимостью, ток растекания которых составлял около 10,6 нА. Исследован профиль распределения и глубина напыления хромовых контактов внутри поверхности микроканалов МКП.
Микроканальная пластина; атомно-силовая микроскопия; морфология поверхности; отображение сопротивления растекания; наноструктура.
O.A. Ageev, V.A. Smirnov, N.I. Serbu, D.G. Samkanashvili,
A.K. Urtaev, Z.H. Ephiev
RESEARCH OF MICROCHANNEL PLETES PARAMETERS BY ATOMIC
FORCE MICROSCOPY
Results of microchannel internal surface of the microchannel plates (MCP) nanostructure by atomic force microscopy research are presented. It is established that the MCP microchannel internal surface has granular nanostructure with diameter of grains 59±10 nm and height 2,8±0,7 nm. Areas with the raised conductivity are revealed, the current of regions 10,6 nA. The profile of distribution and sputtering depth of chromic contacts in the MCP microchannels surface is investigated.
Microchannel plate; atomic force microscopy; surface morphology; spreading resistance; nanostructure.
Разработка современных способов исследования параметров микро- и нано-размерных структур связана с развитием атомно-силовой микроскопии, основным достоинством которой является возможность исследования геометрических, физических и электрических свойств структур с высоким пространственным разрешением [1, 2]. Кроме того, при приложении к системе “зонд-подаожка” различных
,
структур элементов наноэлектроники [3].
Метод отображения сопротивления растекания (ОСР) основан на детектировании тока при приложении напряжения смещения к системе “проводящий зонд”
, -
ления концентрации легирующих примесей в полупроводниковых структурах [4, 5].
Микроканальная пластина представляет собой стеклянную пластину толщиной 300 мкм, состоящую из большого количества тонких свинцово-силикатных стеклянных трубок - микроканалов, которая выполняет роль многоканального усилителя, с большим коэффициентом усиления фотоэлектронов, высокими пространственным разрешением и быстродействием [6]. Применяются МКП в приборах ночного видения, аппаратуре электронной спектроскопии и микроскопии,
- , , -дований и т.д. [6].
Целью работы являются исследование морфологии и электрических параметров внутренней поверхности микроканальных пластин, определение глубины и анализ распределения материала контактов внутри микроканала, а также исследование проводимости вдоль микроканала МКП на наноуровне.
Исследования параметров микроканальных пластин (производитель - ООО ВТЦ «Баспик», г. Владикавказ) проводились на зондовой нанолаборатории (ЗНЛ) Ntegra Vita (производитель - ЗАО “Нанотехнология-МДТ”, г. Зеленоград). На рис. 1
- , -контактном режиме ACM. Диаметр каналов МКП составил 6 мкм, толщина стенки 2 мкм.
О 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
/лт Plane,fjm
а б
Рис. 1. АСМ-изображение поверхности МКП: а - рельеф поверхности;
б - профшограмма
Для исследования внутренней поверхности микроканала МКП пластина скрайбировалась и помещалась в специальное приспособление поверхностью ско-. , чтобы при сканировании поверхности скола МКП методом АСМ осуществлять подачу напряжения смещения и контроль тока в системе “проводящий зонд-подложка”. На рис. 2 приведена схема методики исследования внутренней поверхности микроканала МКП.
Проводящий
ЗОНД
Нет связи канала проводимости с контактом МКП
Рис. 2. Схематическое изображение методики исследования ВПМ МКП
При исследовании ВПМ МКП острие кантилевера помещалось внутрь микроканала и проводилось сканирование методом ACM. Измерения параметров внутренней поверхности микроканала проводились в нескольких областях, для формирования выборки статистических данных, свидетельствующих о структурных особенностях МКП по длине всего канала.
На рис. 3 приведено АСМ-изображение поверхности ВПМ МКП, полученное по разработанной методике. Обработка полученных АСМ-изображений осуществлялась с использованием программного пакета Image Analysis 3.5 [7].
1 1 1
10 15 20
Plane, ¡jm
б
Рис. 3. АСМ-изображения внутренней поверхности микроканала МКП:
- ; -Исследование структуры ВПМ МКП осуществлялось в полуконтактном режиме АСМ с использованием метода отображения фазового контраста, с помощью которого получена карта распределения фазового контраста поверхности ВПМ, отражающая характеристические особенности материала МКП [2]. В качестве зондового датчика использовался кантилевер марки НА N0, радиус закругления острия которого около 10 нм и аспектное соотношение сторон острия 1:5 [7]. В результате сканирования были получены АСМ-изображения ВПМ, представленные на рис. 4.
Анализ полученных АСМ-изображений показал, что морфология внутренней поверхности микроканала МКП имеет зернистую наноструктуру, диаметр и высота зерен которой составили около 59±10 нм и 2,8±0,7 нм соответственно. Также на поверхности микроканала были выявлены субмикронные артефакты длиной около 420±100 нм, шириной 192±50 нм и высотой 32±10 нм (рис. 4,а). Из анализа АСМ-изображения фазового контраста ВПМ МКП следует, что контрасты артефактов и зерен ВПМ существенно не отличаются, поэтому можно сделать вывод об однородности материала структуры поверхности микроканала.
Исследование проводимости ВПМ МКП проводилось в контактном режиме АСМ методом определения сопротивления растекания с использованием низкотоковой головки ЗНЛ №^а, позволяющей детектировать токи порядка нескольких пикоампер [7]. В качестве зондового датчика применялся кантилевер марки N80 11 с проводящим "2С покрытием [7]. В результате были получены
-
а
Рис. 4. АСМ-изображения внутренней поверхности канала МКП: - ; -
Рис. 5. АСМ-изображения поверхности внутри канала МКП:
- ; -
- ( . 5) , -
держит области с повышенной электропроводностью. При подаче напряжения сме-10 “ - ” ( проводимости) составлял около 10,6 нА, а средний ток растекания по всей области
0,5±0,08 . , -
. 2,
каналов на ВПМ МКП, имеющих электрический контакт с боковыми электродами МКП. Возникновение этих каналов проводимости на ВПМ вероятно связано с процессом термоводородного восстановления микроканальной пластины.
,
. - ( . 6)
,
составляет около 12 мкм, а средний ток растекания, при напряжении смещения
- 2 , 23 .
И"1 и in
а б
Рис. 6. АСМ-изображения скола выхода МКП: а - рельеф поверхности; б - распределение тока растекания
В результате проведенных исследований установлено, что внутренняя поверхность микроканала МКП имеет зернистую наноразмерную структуру. Выявлено наличие на ВПМ субмикронных артефактов, АСМ-фазовый контраст которых соответствует контрасту основного материала МКП. Вдоль внутренней поверхности микроканала МКП обнаружены зоны с повышенной электропровод, -верхность микроканала в результате операции термоводородного восстановле-.
.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке и оптимизации технологических процессов изготовления микроканальных пластин.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. С мир нов В А., Сербу Н.И. Исследование наноструктуры и электрических параметров внутренней поверхности каналов микроканальных пластин методами ACM // Труды международной научно-технической конференции и молодежной школы-семинара «Нанотехнологии - 2010». - Ч. 2. - 2010. - С. 97-99.
2. Paul E. West, Ph.D. Introduction to Atomic Force Microscopy // Pacific Nanotechnology.
- 2007. - P. 68-96.
3. Агеев O.A., Алябьева Н.И., Коноплев Б.Г., Поляков В.В., Смирнов В.А. Фотоактивация
процессов формирования наноструктур методом локального анодного окисления пленки титана // Известия вузов. «Электроника». - Ч. 2. - 2010. - № 2 (82). - С. 23-31.
4. Kalinin S., Gruverman A. Electrical and electromechanical phenomena at the nanoscale // Springer Handbook of Nanotechnology. - 2007. - P. 31-49.
5. Clarysse T., Vanhaeren D., Hoflijk I., Vandervorst W. Characterization of electrically active dopant profiles with the spreading resistance probe // Materials Science and Engineering R 47.
- 2004. - P. 123-206.
6. Официальный сайт ООО ВТЦ «Баспик» http://www.baspik.com.
7. Официальный сайт ЗАО «Нанотехнология-МДТ» http://www.ntmdt.ru.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. Е.А. Рындин.
Агеев Олег Алексеевич
Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, ул. Шевченко, 2.
Тел.: 88634371611.
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; заведующий кафедрой; д.т.н.; профессор.
Смирнов Владимир Александрович
E-mail: [email protected].
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; к.т.н.; доцент.
Сербу Наталья Ивановна E-mail: [email protected].
Кафедра технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры; магистрант.
Самканашвили Давид Геннадьевич
Владикавказский технологический центр «Баспик».
E-mail: [email protected].
- , . , . , 44, . 6.
Тел.: +78672241961.
Начальник лаборатории нанотехнологий.
Уртаев Асламбек Казбекович E-mail: [email protected].
Старший научный сотрудник.
Епхиев Заурбек Хетагович
E-mail: [email protected].
Исполняющий обязанности начальника ОТК.
Ageev Oleg Alexeevich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: [email protected].
2, Shevchenko Street, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: +78634371611.
The Department of Micro- and Nanoelecronics; Head the Department; Dr. of Eng. Sc., Professor.
Smirnov Vladimir Alexandrovich
E-mail: [email protected].
The Department of Micro- and Nanoelecronics; Cand. of Eng. Sc.; Associate Professor.
Serbu Natalie Ivanovna
E-mail: [email protected].
The Department of Micro- and Nanoelecronics Undergraduate.
Samkanashvili David Gennad’evich
Vladikavkaz Technological Center «Baspik».
E-mail: [email protected].
44, Nikolaev Street, Building 6, Vladikavkaz, Alania, Russia.
Phone: +78672241961.
Head of Laboratory.
Urtaev Aslambek Kazbekovich
E-mail: [email protected].
Superior Researcher.
Ephiev Zaurbek Hetagovich
E-mail: [email protected].
Head of Control Department.
