Разработана защищённая от износа игла атомно-силового микроскопа

Исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе, славная множеством открытий в области микроскопии, создала новое прочное покрытие для иглы сканирующего атомно-силового микроскопа (АСМ), инструмента, который используется для получения изображений наноразмерных элементов поверхности.

Изображения формируются по мере проплывания кремниевой иглы над исследуемой поверхностью. Качество и природа покрытия иглы могут существенно расширить диапазон возможных применений, вплоть до использования АСМ при получении литографических масок в электронной промышленности с толщиной элементов не более 10 нм, то есть за пределами досягаемости для традиционных процессов, таких как электронно-лучевая литография.

afmq_600.jpg Рис. 1. Принципиальная схема работы сканирующего атомно-силового микроскопа. Изменения уровня кронштейна, вызванные движением иглы над наноразмерными неровностями, отклоняют лазерный импульс, что фиксируется детектором. (Илл. University of Wisconsin).

Учёные давно мечтали о подобной возможности использования АСМ-иглы. К сожалению, красивую в теории картинку нельзя было реализовать из-за слишком быстрого износа кремниевой иглы при её движении над поверхностью.

Традиционно дополнительную устойчивость игле и снижение её износа обеспечивает нанесение алмазного покрытия. Но в некоторых случаях такая защита может оказаться удивительно нестабильной: при нагреве до 400 ˚С это покрытие попросту сгорает.

Это как раз и есть тот самый случай, который необходим IBM в её концептуальном проекте нового типа памяти (используя набор разогретых АСМ-игл, в тонком полимерном субстрате прожигают дырки; следовательно, физический размер одного бита может быть менее 10 нм (!), а плотность записи — достигать колоссальных значений). Хотя IBM даже и не пытается привнести эту технологию на массовый рынок, компания надеется адаптировать её для использования в производстве систем архивного хранения материалов или для быстрой биологической визуализации внутриклеточных процессов.

Исследователи решили попробовать в деле кремний-углеродное (SiC) покрытие, лишь немногим уступающее по твёрдости алмазу. И не прогадали. Оно не горит, а при очень высоких температурах просто плавится. Таким образом,

покрытие из карбида кремния остаётся по-прежнему прочным даже при 1 400 ˚С.

nanotip_x616.jpg Рис. 2. Покрытая карбидом кремния игла сканирующего атомно-силового микроскопа нагрета до 800 ˚С, что приводит к её свечению. (Фото IBM Zurich).

Правда, для реализации задумки IBM пришлось начать с разработки оригинальной технологии нанесения SiC-покрытия. Для решения этой задачи были привлечены учёные из Пенсильванского университета и Университета штата Висконсин (оба — США). Детали исследования опубликованы 8 февраля в журнале Advanced Functional Materials.

Процесс нанесения SiC-покрытия включает в себя имплантацию углеродных ионов в материал кремниевой иглы. Вокруг тонкой иглы создаётся плазма, содержащая ионы углерода, затем при приложении высокого напряжения происходит встраивание углеродных ионов в поверхность. Следующий шаг заключается в нагреве полученной иглы, утыканной многочисленными углеродными ионами, до 1 100 ˚С — температуры, которая необходима для того, чтобы заставить ионы углерода реагировать с соседними атомами кремния, образуя тонкую пленку карбида кремния. Причём, по словам учёных, толщина покрытия составляет всего 15–18 нанометров.

Однако некоторым отрезвляющим бризом звучат слова Чада Миркина, директора Института нанотехнологий при Северо-Западном университете . Он замечает, что в таких задачах, как создание технологий цифровой памяти, ключевой проблемой, ограничивающей подход, который предлагается IBM, является «черепашья скорость процесса».

С другой же стороны, использование АСМ для производства литографических масок имеет настоящий смысл, так как в этом случае скорость совершенно не важна.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.9 (7 votes)
Источник(и):

1. Technology Review

2. compulenta.ru