В электросиловой микроскопии при получении электрофизических данных поверхности образцов используются кантилеверы с проводящими покрытиями. Благодаря достаточно низкому удельному сопротивлению и высокой износостойкости в качестве проводящих покрытий для кантилеверов могут применяться пленки вольфрама. В работе изучена зависимость удельного сопротивления и структурных свойств пленок вольфрама толщиной ~ 40 нм, получаемых методом магнетронного напыления, от температуры отжига в атмосфере азота в диапазоне 400–900 °C. Установлено, что с повышением температуры отжига от 400 до 900 °C происходит уменьшение удельного сопротивления пленок вольфрама от 75,32 до 21,43 мкОм·см. При этом исходное значение удельного сопротивления пленок вольфрама до отжига составляло 166 мкОм·см. Показано, что более высокая температура отжига приводит к увеличению степени кристаллизации пленок вольфрама. На дифрактограмме образца, отожженного при температуре 900 °C, пик от фазы W(110) имеет наибольшую амплитуду и наименьшую ширину на полувысоте. Пленки вольфрама, отожженные при температуре 700 °C, использовали в качестве проводящих покрытий кремниевых кантилеверов для электросиловой микроскопии. Радиус острия игл кантилеверов, покрытых пленками вольфрама, составил приблизительно 20–30 нм. Тестирование проводящих кантилеверов показало, что проводимость пленок вольфрама сохраняется в интервале прикладываемого напряжения от –100 до 100 мВ, а ток между иглой и образцом графита возникает при значении напряжения от нескольких милливольт. Продемонстрировано применение кантилеверов с пленками вольфрама в сканирующей емкостной микроскопии (СЕМ). Получены СЕМ-изображения тестовой кремниевой решетки с областями p- и n-типа.
Соколов Андрей Максимович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1; АО «Ангстрем», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 2, стр. 3
Новак Андрей Викторович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1; АО «Ангстрем», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 2, стр. 3
1. Celano U. Electrical atomic force microscopy for nanoelectronics. Cham: Springer Nature; 2019. xx, 408 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-15612-1
2. Yamada H. Present status and future prospects of electric force microscopy. Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE. 2017;8(2):80–84. https://doi.org/10.1587/nolta.8.80
3. Багров Д., Яминский И., Шабурова О., Феофанов А., Шайтан К. Электросиловая микроскопия наноразмерных объектов. Наноиндустрия. 2011;(1):38–41. EDN: OIJTLD.
Bagrov D., Yaminsky I., Shaburova O., Feofanov A., Shaytan K. Electrostatic force microscopy study of nano-sized objects. Nanoindustriya = Nanoindustry. 2011;(1):38-41. (In Russ.).
4. Eyben P., Xu M., Duhayon N., Clarysse T., Callewaert S., Vandervorst W. Scanning spreading resistance microscopy and spectroscopy for routine and quantitative two-dimensional carrier profiling. J. Vac. Sci. Technol. B. 2002;20(1):471–478. https://doi.org/10.1116/1.1424280
5. Tolman N. L., Bai R., Liu H. Hydrocarbons in the meniscus: Effects on conductive atomic force microscopy. Langmuir. 2023;39(12):4274–4281. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c03222
6. Liu M., Zhu Y., Zhao J., Wang L., Yang J., Yang F. Batch fabrication of wear-resistant and conductive probe with PtSi tip. Micromachines. 2021;12(11):1326. https://doi.org/10.3390/mi12111326
7. Рощин В. М. Сверхтонкие проводящие пленки состава WxC для кремниевых кантилеверов сканирующей зондовой микроскопии. Изв. вузов. Электроника. 2003;(3):44–49. EDN: RPXKXB.
Roschin V. M. Ultrathin conductive films having WxC composition for silicon cantilevers of scanning probe microscopy. Izv. vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics. 2003;(3):44–49. (In Russ.).
8. Warren A., Nylund A., Olefjord I. Oxidation of tungsten and tungsten carbide in dry and humid atmospheres. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 1996;14(5–6):345–353. https://doi.org/10.1016/S0263-4368(96)00027-3
9. Huang S., Tian Y., Wang T. Experimental investigation of tip wear of AFM monocrystalline silicon probes. Sensors. 2023;23(8):s23084084. https://doi.org/10.3390/s23084084
10. Steen J. A. J., Hayakawa J., Harada T., Lee K., Calame F., Boero G. et al. Electrically conducting probes with full tungsten cantilever and tip for scanning probe applications. Nanotechnology. 2006;17(5):1464–1469. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/5/050
11. Kinoshita Y., Naitoh Y., Li Y. J., Sugawara Y. Fabrication of sharp tungsten-coated tip for atomic force microscopy by ion-beam sputter deposition. Rev. Sci. Instrum. 2011;82(11):113707. https://doi.org/10.1063/1.3663069
12. Genter K. L., Brubaker M. D., Berweger S., Gertsch J. C., Bertness K. A., Kabos P., Bright V. M. Direct growth and fabrication of tungsten coated GaN nanowire probes on cantilevers for scanning probe microscopy. J. Microelectromech. Syst. 2022;31(4):483–485. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2022.3172645
13. Shevyakov V., Lemeshko S., Roschin V. Conductive SPM probes of base Ti or W refractory compounds. Nanotechnology. 1998;9(4):352–355. https://doi.org/10.1088/0957-4484/9/4/009
14. Новак А. В., Новак В. Р., Румянцев А. В. Особенности процесса изготовления кремниевых игл для кантилеверов. Изв. вузов. Электроника. 2021;26(3 4):234–247. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-3-4-234-245. EDN: WACSFM.
Novak A. V., Novak V. R., Rumyantsev A. V. Features of the manufacturing process of silicon needles for cantilevers. Russ. Microelectron. 2022;51:521–527. https://doi.org/10.1134/S1063739722070071
15. Новак А. В., Новак В. Р. Исследование процесса электрохимического стоп-травления кремния при изготовлении кантилеверов. Изв. вузов. Электроника. 2020;25(1):31–39. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-1-31-39. EDN: DBTHCW.
Novak A. V., Novak V. R. Investigation of the electrochemical stop etching of silicon upon the fabrication of cantilevers. Semiconductors. 2020;54:1791–1795. https://doi.org/10.1134/S1063782620130102
16. Kaidatzis A., Psycharis V., Mergia K., Niarchos D. Annealing effects on the structural and electrical properties of sputtered tungsten thin films. Thin Solid Films. 2016;619:61–67. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.10.027
17. Новак А. В., Новак В. Р., Дедкова А. А., Гусев Е. Э. Зависимость механических напряжений в пленках нитрида кремния от режимов плазмохимического осаждения. Изв. вузов. Электроника. 2017;22(2):138–146. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2017-22-2-138-146. EDN: YLIHGN.
Novak A. V., Novak V. R., Dedkova A. A., Gusev E. E. Dependence of mechanical stresses in silicon nitride films on the mode of plasma-enhanced chemical vapor deposition. Semiconductors. 2018;52:1953–1957. https://doi.org/10.1134/S1063782618150095
18. Marchiando J. F., Kopanski J. J. Regression procedure for determining the dopant profile in semiconductors from scanning capacitance microscopy data. J. Appl. Phys. 2002;92(10):5798–5809. https://doi.org/10.1063/1.1512686
19. Kimura K., Kobayashi K., Matsushige K., Usuda K., Yamada H. Noncontact-mode scanning capacitance force microscopy towards quantitative two-dimensional carrier profiling on semiconductor devices. Appl. Phys. Lett. 2007;90(8):083101 https://doi.org/10.1063/1.2454728