3.2.5. Локальное окисление металлов и полупроводников

Сканирующие зонды позволяют производить локальное окисление материала подложки. Окисление осуществляется на воздухе с использованием зонда сканирующего туннельного микроскопа или зонда атомного силового микроскопа, изготовленного из проводящего материала. Процесс во многом идентичен процессу обычного электрохимического анодного окисления.

Рассмотрим примеры для кремния и пленки металла (рис. 3.8). Валентная зонаВ режиме анодного окисления на зонд подается отрицательное смещение относительно подложки. Влага из окружающей среды служит электролитом. Вследствие капиллярного эффекта и сильного электрического поля вода конденсируется на кончике зонда и обволакивает его. Там молекулы воды диссоциируют:

Н2О ↔ Н++ОН-,

находясь в равновесии с продуктами диссоциации H+ и ОН-. Электрическое поле разделяет эти ионы, направляя ОН- группы к подложке. Там они вступают в химическую реакцию с материалом подложки, неизбежно приводя к его окислению. Толщина образующегося окисного слоя зависит от напряженности электрического поля, которое понижает потенциальный барьер для диффузии отрицательных ионов через растущий оксид, и от скорости сканирования зонда. Индуцированная высокой плотностью тока атомная перестройка поверхности и локальный разогрев также могут влиять на окисление.

Рис. 3.8. Локальное зондовое окисление кремния (а) и пленкиметалла(б)

Закономерности окисления имеют общий характер для большинства твердых тел. Поэтому локальное зондовое окисление может быть осуществлено на всех материалах, которые допускают электрохимическое анодное окисление, а их гамма обширна. Бездефектные полоски оксидов толщиной 1…10 нм получают на кремнии, алюминии, ниобии, титане и других материалах при скорости сканирования от 1 до 10мкм/с. Их используют как элементы наноэлектронных приборов, а также в качестве маски при последующем селективном травлении. Это позволяет создавать электронные приборы с размером менее 1 нм.