Электрическая зондовая литография

С помощью метода Электрической Зондовой Литографии (ЭЗЛ) могут быть изменены не только геометрические характеристики поверхности, но и ее электрофизические свойства. Приложение разности потенциалов между образцом и проводящим зондом приводит к протеканию электрохимических процессов под острием зонда, в результате чего материал подложки локально окисляется и меняет проводимость, а так же, вызывает изменение формы поверхности, т.к. образующиеся оксиды либо имеют больший объем, либо наоборот – газообразны и испаряются. Используя программное обеспечение можно организовать перемещение зонда по сложной траектории и формировать сложные объекты. ЭЗЛ заключалась в подаче периодических импульсов высокого напряжения между зондом и образцом в режиме сканирования и снятия электрических сигналов. Благодаря подаче тока между зондом и пленкой происходит локализованный нагрев поверхности под острием зонда и происходит электрохимическая реакция анодирования материала. Благодаря наличию слоя жидкости на поверхности пленки, реакция смещается в сторону окисления за счет инжекции электронов с зонда и оттока положительных ионов водорода на зонд. ЭЗЛ проведена на пленках железа и никеля, полученных методом магнетронного напыления на поверхность стеклянной пластины. Для железа химическое уравнение реакции имеет вид:

Эксперимент проводился с помощью генератора импульсов высокого напряжения (напряжение импульсов – 60 В, длительность 1 мс) Подача импульсов происходила в случайных местах поверхности. Затем проведено повторное сканирование образца и выявление модифицированных областей. На Рисунке 1 представлен рельеф поверхности пленки железа после проведения ЭЗЛ. Рисунок 2 иллюстрирует профиль поперечного сечения поверхности, явно выражен рельеф окисла, образованного в следствие ЭЗЛ, высота окисной пленки от 25 до 70 нм.

Аналогичным образом проведено модифицирование поверхности пленки никеля. В данном случае использован более острый зонд из легированного бором алмаза, напряжение импульсов 20 В, длительность 1мс. Рисунок 3а иллюстрирует наноструктуры оксида никеля, выращенные на поверхности пленки никеля.

Рисунок 1. Рельеф поверхности. Наноструктуры Fe₂O₃,
выращенные путем подачи импульсов высокого напряжения
на поверхности пленки железа на стекле.
Размер изображения: 6.5 µm x 6.5 µm x 120 nm

Рисунок 2. Профиль поперечного сечения рельефа поверхности по линии АВ.

Рисунок 3. а) Исходный рельеф поверхности.
б) Рельеф поверхности после модифицирования,
маркерами отмечены образованные импульсами островки оксида никеля.
Размер изображения: 6.5 µm x 6.5 µm x 120 nm