Локальное анодное окисление

Локальное анодное окисление представляет собой технологический процесс трансформации проводящих подложек путем их окисления в диэлектрические структуры с одновременной визуализацией и контролем формирующихся структур. В обычных атмосферных условиях поверхности, как правило, покрыты пленкой из нескольких монослоев адсорбата, основу которой составляет вода. В процессе стимулирования током зонда атомного силового микроскопа под зондом образуется мениск (рис. 4.33). Под острием формируется наноячейка, и в ней происходит окисление поверхности подложки.

Процесс анодного окисления происходит в результате протекания следующих цепных реакций:

• на аноде.

Рис. 4.33. Схема процесса локального анодного окисления титана:

• 1 — проводящее покрытие кантилевера; 2 — слой адсорбата; 3 — анодный оксид; 4 — собственный оксид титана; 5 — титановая окисляемая пленка
• • на катоде

• в зазоре устанавливается равновесие.

На процесс зондового окисления существенное влияние оказывает адсорбционно-десорбционный баланс в наноячейке.

Реакции (а) —(г) свидетельствуют о значительном потреблении воды в ходе анодного окисления.

Толщина образующегося оксида зависит от приложенного потенциала и длительности процесса и может быть определена из следующего уравнения:

где AU — прикладываемая к наноячейке разность потенциалов; Аср — скачки потенциала в электрохимической цепи; Е — напряженность электрического поля; х — электрохимический эквивалент окисления пленки; R_c — сопротивление цепи; S — площадь окисленной поверхности; t — время.

Пример формирования окисленных участков на поверхности пленки титана приведен на рис. 4.34, а. Окисление проводилось зондом атомно-силового микроскопа при потенциале 10 В и длительностью процесса от 10 до 1000 мс.

Окисленные участки титановой пленки удалось визуализировать вследствие их разбухания. Оно связано с окислительным процессом и переходом кристаллической структуры титановой пленки в аморфное состояние. В зависимости от времени процесса окисления высота окисленной пленки меняется (рис. 4.34, в).

С помощью программного обеспечения можно создавать векторные рисунки с одновременным формированием наноструктур. На рис. 4.34 приведен пример векторной литографии. Ширина оксидной пленки составляет 8—10 нм. С помощью такой технологии можно создавать тонкие туннельно-прозрачные барьеры, одноэлектронные приборы и другие типы наноприборов.

Рис. 4.34. Трехмерное АСМ-изображение оксидных линий на поверхности титановой пленки (а) и распределение высоты рельефа поверхности в перпендикулярном линиям направлении (б).