《使用负刚度振动隔离的改进的AFM数据用于纳米电子学研究》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-10-10
  • 尽管David K Ferry博士已经积极参与开发世界上最小的晶体管,但1977年以后纳米电子才投入使用。当时被称为“超小型设备”的领域尚处于起步阶段,费里博士的研究团队是研究小型电子设备极限的仅有的四个精选小组之一。

    如今,费里博士领导着位于坦佩的亚利桑那州立大学(ASU)的纳米结构研究小组,该小组汇集了致力于纳米光刻技术,纳米结构物理学和超小型半导体器件研究的全体教职员工。

    该小组隶属于大学工程学院的固态电子研究中心,该校的校友在整个工业界和学术界的纳米电子领域构成了重要的支持者。他们目前的兴趣在于各种材料的量子点,量子线和超小型半导体器件领域。

    该小组在这些非常小的装置中进行了许多有关量子传输的理论研究。例如,它们参与了低温下称为扫描门显微镜的过程。

    该系统安装在大型低温冷却器中,该低温冷却器是一个带有氦3冷却系统,氦分子同位素的密闭容器,该氦分子的温度降至300毫开尔文或比室温低1000倍,大约为一比绝对零高半度。

    冷却器内装有真空夹套,因此热量无法传递,并且可以防止周围室温降低冷气。通常,使用原子力显微镜时,人们会沿着表面移动悬臂,然后记录悬臂越过表面地形的位置变化。

    Ferry博士的团队正在使用一种称为压电传感器的过程,该过程中,AFM悬臂式吸头用非常薄的金属层金属化,因此可以对其施加电压。当尖端移动时,它会在整个平面上产生一个电压,该电压经过测量以确定某些机械性能值。这种技术是四,五年前在哈佛大学开发的。

    需要高水平的隔振

    在测量很少的埃或纳米位移的过程中,至关重要的是,将仪器固定在其上的绝对稳定的表面。如果表面不稳定,则任何与仪器机械结构耦合的振动都会引起垂直噪声,并且基本上无法测量这些高分辨率的特征。

    Ferry博士补充说,系统中的任何形式的振动噪声都会导致AFM悬臂尖端的运动,并且会获得错误的数据和不良信号。与大多数大学应用程序相比,Ferry博士走得更远,因为它们将大型磁铁集成到系统中,例如哈佛大学正在投入运行。

    磁铁有助于观察不同类型的运输。可以打开磁体,可以看到半导体的磁传输。完全是一种完全不同的运输方式。图1显示了位于负刚度隔振桌上的ASU杜瓦瓶,图2显示了杜瓦瓶的顶部。

    整个系统不仅需要隔离,还必须隔离。给定研究参数,需要极高的隔振等级。该团队正在从实验中获得现代电子设备。

    费里博士的研究范围:

    量子点和量子器件的电子束光刻技术的应用包括在非常低的温度和高磁场下进行量子弹道传输,以及在室温下真实器件中的量子经典跃迁和量子效应的作用。

    磁传输研究用于探测半导体量子点中电子动力学的性质,半导体量子点是准零维结构,其大小与电子本身的费米波长相当。图4显示了一个量子点触点的AFM图像,显示了隔离台。

    使用扫描俄歇微探针进行表面化学分析。在良好条件下,可以获得约25 nm的横向分辨率。

    该小组的Michael Kozicki教授研究了化学增强气相蚀刻(CEVE)图案化技术。他使用了实验室空气或真空室环境中的碳氢化合物污染层,并成功演示了二氧化硅中纳米级图案的形成。

    已经开发了直接耦合到UHV STM / AFM设备的氮气室,用于CEVE处理二氧化硅抗蚀剂,并将其用于半导体器件制造中。在氮气室中,有一个用于实际CEVE开发的处理系统。

    负刚度隔离器

    负刚度隔离器的主要优点是它没有通电,也没有电。 因此,在可能会产生热量的地方(例如封闭的低温室),负刚度成为一种高效的选择。

    负刚度隔离器在低频隔振中使用机械原理。 垂直运动隔离由支撑负重的刚性弹簧与负刚度机构(NSM)结合提供。 与垂直运动隔离器串联的梁柱可提供水平运动隔离。 梁柱的水平刚度通过“梁柱”效应而降低。

    负刚度隔离器提供的功能在纳米技术领域中是非常独特的,特别是负刚度隔离器的可传递性,即根据地板振动测量的通过隔离器的振动,这基本上是 改进了主动隔离系统。 即使有源隔离系统从根本上没有谐振,但其传输能力却不会像负刚度隔离器那样快速下降。 图5通过透射率显示了负刚度隔离性能

    与其他实验室研究仪器相比,在过去10年中,AFM使用量的增长非常广泛。自1988年成立以来,它一直被证明是推动纳米技术研究前进的关键工具。

    如今,晶体管的临界尺寸降低到约25纳米。最关键的尺寸是氧化物厚度,为1纳米。当您考虑必须在300毫米的横向尺寸上控制1纳米的垂直厚度时,即与8幂的差为10。有效隔振的需求从未如此迫切,并且随着纳米工业的发展,将继续变得越来越苛刻。

    关于Minus K Technology

    MinusK®Technology,Inc.成立于1993年,以专利负刚度技术为基础,开发,制造和销售最先进的隔振产品。 MinusK®位于洛杉矶地区。

    以前以商品名Nano-K®出售的MinusK®产品是一项重要的使能技术。通过将建筑物和地板的振动降低到前所未有的水平,这些系统使振动敏感的仪器和设备能够以前所未有的水平运行。

    它们被广泛应用,包括纳米技术,生物科学,半导体,材料研究,航天器的零重力仿真以及高端音频。 MinusK®是扫描探针显微镜,显微硬度测试仪和其他对振动敏感的仪器和设备的领先制造商的OEM供应商。 MinusK®的客户包括私营公司以及43个国家/地区的200多家领先的大学和政府实验室。

    David L. Platus博士是该技术的总裁兼创始人,并且是该技术的主要发明者。他获得了理学学士学位和博士学位拥有加州大学洛杉矶分校的工程学博士学位,以及(核)反应堆技术的橡树岭学院的文凭。在创立MinusK®Technology之前,他曾在核能,航空航天和国防工业中从事并指导结构机械系统中的分析和设计项目。他于1988年成为独立顾问。Platus博士拥有20多项与冲击和振动隔离相关的专利。

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