Sample surface examination in atomic force microscopy is carried out using cantilevers having the form of elastic consoles with sharp needle (tip) at the free end. Quality of images obtained from atomic force microscope (AFM) heavily depends on tip sharpness degree. Silicon cantilevers made based on wet anisotropic etching are widely used in atomic force microscopy. This paper studies the dependence of the shape and size of the resulting tip on the concentration of KOH in the solution, as well as the effect of pyrogenic oxidation and oxidation in a dry oxygen atmosphere on the sharpness of the tip during the sharpening process. It was shown that when 70 % concentration is used, tips with the highest aspect ratio and maximum height are obtained. In this case, the shape of the needle is an octagonal pyramid, the lateral faces of which are formed by eight crystallographic planes from {311} and {131}. It was found that in a two-stage sharpening process, consisting of pyrogenic oxidation and oxidation in a dry oxygen atmosphere, it is possible to form sufficiently sharp probes with a tip radius of 2-5 nm and an apex angle of 14-24°. It has been established that a one-stage sharpening process based on pyrogenic oxidation provides only the production of probes with a radius of about 14 nm. Comparative tests of the manufactured probes in obtaining AFM images of a test sample of a polycrystalline silicon film with hemispherical grains (HSG-Si) were presented. Research study has revealed that such a statistical parameter as the relative increment of the surface area S is the most sensitive to probe sharpness for surfaces of the HSG-Si film type.
Исследование поверхности образцов в атомно-силовой микроскопии проводится с применением кантилеверов, представляющих собой упругую консоль с острой иглой на свободном конце. Качество изображений, получаемых с помощью атомно-силового микроскопа, существенным образом зависит от степени остроты иглы. Широко используемыми являются кантилеверы из монокристаллического кремния, изготавливаемые на основе жидкостного анизотропного травления. В работе изучена зависимость формы и размеров формируемой иглы от концентрации KOH в растворе. Исследовано влияние пирогенного окисления и окисления в атмосфере сухого кислорода на остроту иглы при проведении процесса заострения. Определено, что при 70 %-ной концентрации KOH формируются иглы, имеющие наибольшее аспектное отношение и максимальную высоту. При этом форма иглы представляет собой восьмиугольную пирамиду, боковые грани которой образованы восемью кристаллографическими плоскостями из {311} и {131}. Показано, что при двухэтапном процессе заострения, состоящем из пирогенного окисления и окисления в атмосфере сухого кислорода, удается формировать достаточно острые зонды с радиусом острия 2-5 нм и углом при вершине 14-24°, в то время как одноэтапный процесс заострения игл на основе пирогенного окисления обеспечивает получение зондов с радиусом около 14 нм. Проведены сравнительные испытания изготовленных зондов. С помощью атомно-силового микроскопа получены изображения тестового образца пленки поликристаллического кремния с полусферическими зернами (HSG-Si). Определено, что такой статистический параметр, как относительное приращение площади поверхности S , является наиболее чувствительным к «степени остроты» зонда для поверхностей пленки типа HSG-Si.