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硅表面人工微结构模板的构建和扫描探针显微术观察IntroductiontoDICommercialMultimodeSPMTheMultiModeScanningProbeMicroscope(SPM)performsthefullrangeofatomicforcemicroscopy(AFM)andscanningtunnelingmicroscopy(STM)techniquestomeasuresurfacecharacteristicsliketopography,elasticity,friction,adhesion,andmagnetic/electricalfields.Theshortmechanicalpathlengthbetweenprobetipandsampleenablesveryfastscanrateswithutmostprecision.SPMHead—themostimportantpartWorkingconceptsContactModeAFMConceptsTappingModeworkingconceptsContactModeworkingconceptsWorkingconceptsWorkingconcepts探测镜分为四部分：上下两部分的探测信号差值(A-B)作为高度信号.左右两部分的探测信号差值(C-D)作为水平信号有关仪器测量精度等的讨论：测量精度取决于：激光的对准：激光束应该尽量落在探针的尖端。进针时和进针后探针的定位：z轴的原点过低或过高，超过了负反馈的调节范围，探针无法跟踪样品表面的起伏；过高，还容易折断探针。有关仪器测量精度等的讨论：针尖几何形状造成的系统误差：氮化硅和掺杂单晶硅的针尖都无法消除。有关仪器测量精度等的讨论：左为用于contactAFM的氮化硅针尖，右为用于TMAFM的掺杂单晶硅针尖。实验计划：熟悉仪器的原理和操作，熟练使用，练习标定几种标准样品和现有的材料表面。刻蚀硅并且观察刻蚀后的界面。光刻样品并标定。尝试用AFM针尖直接氧化硅表面并标定。化学腐蚀1.用光刻或其他的方法在硅片的表面氧化层上刻出深至氧化层底部的刻槽，使硅暴露出来2.用9％的KOH溶液将经过处理后的硅片在85摄氏度下腐蚀约5分钟。KOH腐蚀硅但不腐蚀氧化硅，于是在硅露出部分得到所要的腐蚀沟。用去离子水清洗硅片表面。3.然后用HF溶液对硅片进行处理，将氧化层除去，而硅不受影响实验结果：经过氢氟酸去除表面自然氧化层的硅（100）表面测量高度等参数：表面由于被氢氟酸腐蚀得高低不平，高度起伏在10nm-20nm.用玻璃刀在硅（100）表面刻穿600nm的氧化层，先用44%KOH腐蚀,再用氢氟酸去掉表面的氧化层.1.扫描后得到的原始数据的生成图2.扫描过程中,由高度信号和它的微分信号得到的图,相当于截面图.3.软件绘制的立体图.123由标尺读取的数据：两侧面夹角：180.000deg-20.095deg-22.210deg=137.695deg接近于两个（114）面的夹角（141.0deg)经过刻蚀后的平整边沿如果以点为中心开始腐蚀，在（100）面上就会得到倒金字塔形状的凹陷。（前提是起始点足够小，否则无法得到平整的拓扑图形。）光刻光刻掩模法光刻掩模法即用光刻的方法在硅表面的感光胶上刻出深达氧化硅的槽，再用硅腐蚀剂对未被感光胶遮盖的地方进行腐蚀，以得到所要的结构。光刻的步骤如下步骤在硅片表面用甩胶仪均匀的甩上一层感光胶，感光胶的厚度通过调整甩胶仪的旋转速度来控制(6300转/秒)利用预先制备的模版进行光刻，曝光和显影的时间直接影响光刻的质量，如时间太长则可能导致刻痕模糊不清，如时间过短则可能会使刻槽过浅，不能进行下一步的化学腐蚀。经验上曝光60秒,显影20-30秒的时间是比较恰当的对刻槽所暴露出的氧化硅层用HF处理，得到需要的氧化硅层上的微结构用通常的化学腐蚀方法处理硅片，以得到硅上的微结构用丙酮洗去尚存的感光胶用AFM观察表面结构显影定影后留下的感光胶刻蚀后形成的二氧化硅掩模在二氧化硅掩膜下腐蚀的硅Spm针尖刻蚀1.一种是直接利用AFM针尖的硬度在氧化硅的表面刻蚀2.另一种方法为针尖加偏压刻蚀，即在硅样品和针尖之间加上10伏量级的偏压，使样品与针尖所对应处加速氧化Spm针尖偏压刻蚀222173221732222244()()24422HOHOeSiOSiCHCHHOSiOHHOSiCHCHSiHOHSiOeHOOHH样品：阳极针尖：阴极＋2e反应条件此反应为电化学反应，需要一定条件才能进行1.阈值电压2.一定温度下3.一定湿度