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在這篇文章中，演示了在鈦薄膜上形成納米尺度陽極氧化物的設(shè)備，以及在接觸或半接觸模式下使用NTMDT公司的求解器PROTM AFM對其進(jìn)行表征。眾所周知，在電場的影響下，當(dāng)不同材料的表面相對于帶負(fù)電的電極帶正電時，氧化膜在表面上生長，這種電化學(xué)反應(yīng)被稱為陽極氧化，在圖1中，顯示了老撾的原理方案，在空氣或任何潮濕的大氣中，探針和樣品表面通常被一層吸水薄膜覆蓋。當(dāng)尖端足夠接近表面時，這些被吸收的層接觸并通過毛細(xì)作用形成電解質(zhì)橋。在尖端施加負(fù)電壓時，尖端下方的鈦表面將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。
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圖1
表面和尖端之間產(chǎn)生的電場刺激通過陽極氧化物的轉(zhuǎn)移，陽極氧化島高度的生長速度主要取決于離子的速度和電場強(qiáng)度，在陽極電位不變的情況下，氧化物中的場強(qiáng)將隨著陽極氧化物的生長而下降，因此，電場與生長中的氧化物島的厚度成反比。氧化丘的生長速度在陽極氧化的早期階段較高，因?yàn)楫?dāng)它穿透超薄電介質(zhì)膜時，大電場沒有時間減少。可以看出，電流密度隨著陽極膜的生長呈指數(shù)下降，因此，生長速度下降，最后，氧化物島生長停止在由陽極電勢定義的某個值，圖2展示了改性鈦表面的典型原子力顯微鏡圖像。
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圖2
為了減小尖端和表面之間的水橋直徑，我們建議根據(jù)W和Ti的耐火化合物選擇特殊的硬涂層，為了達(dá)到所需的特性，開發(fā)了用于老撾的硅懸臂梁的TiOx和W2C涂層，使用了陰極電弧沉積技術(shù)，這種方法允許沉積表面粗糙度約為0.1nm的超薄連續(xù)非晶薄膜，低粗糙度是非常重要的，因?yàn)樵谘趸^程中表面形貌在幾納米內(nèi)發(fā)生變化，其他低粗糙度薄膜沉積技術(shù)，如分子束外延也可以使用。
為了獲得老撾表面的尖端，我們使用了我們的標(biāo)準(zhǔn)，能夠執(zhí)行定位軟件及其光刻選項(xiàng)。光刻窗口的一般視圖如圖所示3，使用我們的光刻軟件，可以使用網(wǎng)格板，用電腦鼠標(biāo)點(diǎn)擊選擇不同的幾何圖形，并繪制點(diǎn)、線、正方形、矩形、圓形和弧形，偏置電壓及其脈沖持續(xù)時間也可以在很寬的范圍內(nèi)變化，高達(dá)4096x4096點(diǎn)的高級分辨率模式允許用戶在大面積上書寫復(fù)雜的圖案，也可以加載位圖文件或商用文件。
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圖3
圖4顯示了使用NANOLITHTM軟件的光柵模式老撾的典型示例，在加載位圖掩模之后，在掃描期間，在最小和最大掩模色調(diào)之間成比例地施加電壓，并且陽極氧化物生長到不同的高度，以給出幾納米尺度的浮雕。
傳統(tǒng)的壓電管掃描儀具有較大的殘余非線性和蠕變效應(yīng)，這些干擾極大地影響了光刻操作的性能，在求解器PRO?AFM中，我們解決了這一關(guān)鍵問題，為了提高掃描性能，擴(kuò)大儀器功能，增加了使用等效掃描儀技術(shù)的閉環(huán)控制，閉環(huán)等效器(CLE)掃描儀是工作掃描儀的外部雙胞胎，它有電容傳感器，可以記錄掃描儀在X、Y和Z尺寸上的實(shí)際運(yùn)動。工作和等效掃描儀平行連接到輔助控制單元，然后再連接到SPM控制器，以提供運(yùn)動同步和閉環(huán)控制的掃描。實(shí)驗(yàn)表明，在閉環(huán)操作下，AFM顯著提高了表面圖案化的性能。