STM在Ti表面上的超额微加工.PDF

第24 卷 第5 期 零陵学院学报 Vol. 24 No.5 2003 年9 月 Journal of Lingling University Sep. 2003 STM在Ti表面上的超额微加工 黄笃之 付学政 陈卫兵 唐京武* （湘潭师范学院 物理和信息工程系，湖南 湘潭 411201 ） 摘 要：论述了在大气状态下扫描隧道显微STM在Ti表面上的电场加工实验，并对作用机理进行了分析，确定表面结 构的生成为准接触和电场诱导氧化的综合作用。 关键词：STM；超微加工；准接触；电场诱导氧化 中图分类号：TG146文献标识码：A文章编号：1671-9697（2003）05-0030-02 1 引言 [1] 1982 年G.Binnig 和H.Rohrer 做出了第一台扫描隧道显微镜 （Scanning Tunneling Microscope），它可 以在极高的分辨率下直接给出固体表面原子的排列图像，使人们可以亲眼看见它们的存在，从而对微观世 界的认识一下子从幻想和抽象的分析飞跃到对原子的直接观察和操纵。 扫描隧道显微技术的工作原理是基于量子力学的隧道效应。STM 是利用具有原子线度的极细探针和被 研究物质的表面作为两个电极，在我加电场作用下，当两者非常接近时（通常小于 1nm），探索针与样品 之间会出现隧道效应，即电子能够以一定的几率穿过一个比其本身动能高的能量势垒。探针与样品之间隧 道电流的大小与两者功函数开方及间距的乘积成指数关系。如果在探针或样品上接入压电陶瓷微位移器件 和反馈电路控制两者间距，同时使探针在样品表面作光栅式逐行扫描，压电陶瓷的驱支电压（恒流模式） [2] 或采集得到隧道电流（恒高模式）的大小都可反映样品表面的起伏 。在利用STM 进行表面分析的同时， 人们也发现了探针与样品之间高度局域化电场对表面的改性作用，基于 STM 的纳米加工技术因此迅速发 [3] 展起来 。目前，人们正广泛地利用STM 在Si 单晶表面上进行超微加工研究，期望获得超过0.1 μm 线宽 的必威体育精装版微电子集成电路的加工生产技术，以期大大提高计算机信息处理能力。 [4] 在超高真空下，研究者已利用STM 装置成功进行了单原子操纵，并得出了相应的作用机理 。本文将 主要讨论大气状态下SIM 在Ti 表面上的电场加工、并对加工实验结果进行了分析。 2 STM 超微加工实验装置 STM 超微加工装置是在上海爱建纳米科技发展有限公司AJ—1 型STM 基础上开发的，图 1 为超微加 工装置简图，其STM 超微加工装置由防震减振系统、STM 探头、数字化电子学控制系统和计算机等组成。 实现方式为探针与样品之间偏置电压的调整，使用计算机编制程序通过控制调整探针与样品之间的偏置电 压进行控制加工。 3 STM 电场加工实验 [5] 表面Ti 膜是在单晶硅片上采用侧向磁控溅射时得到的 ，探针同样选用STM 装置采用的机械剪切制 [2] 备的Pt-Ir 探针 。实验表明，大气状态下STM 在Ti 表面的电场加工存在准接触和电化学反应两种过程。 首先采用负偏置电压（探针电压低于样品电压）在Ti 表面上产生修饰加工点阵列，加工偏置电压脉冲 1m 1m 的区域内同样等间距地施加工6 个 幅度为5V，宽度为0.1mS ，环境相对湿度控制在30% ，在 m m 加工电脉（4 ×4 ）从而得到了一些点结构，其大小线度约为 50nm 。对加