Разработка новых методов зондовой микроскопии

Локальный полевой сенсор на основе полупроводникового нанопровода

Последнее десятилетие внимание исследователей в микроэлектронике, физике, химии, биологии и медицине приковано к наноразмерым или наноструктурированным объектам. В ряде случаев создание и изучение наноразмерных систем требуют проведения высокочувствительного, бездеструктивного анализа профилей потенциалов поверхностей и отдельных объектов с нанометровым пространственным разрешением. Но чувствительности существующих устройств зачастую недостаточно для детального исследования наноструктур.

Одним из самых перспективных чувствительных к электрическому полю устройств является полевой транзистор с каналом-нанопроводом, так как он обладает высокой чувствительностью при комнатной температуре, что важно для исследований биологических объектов. Но для исследования таким сенсором профиля потенциала, необходимо расположить такой транзистор на оконечности зонда. Однако создание любой наноразмерной структуры на краю кристалла сопряжено с рядом технологических сложностей, так как стандартные литографические методики изготовления наноструктур не приспособлены для решения этой задачи, поскольку вблизи края все процессы проходят не так, как в центе пластины. Уже на этапе нанесения резистной маски её толщина на краю образца будет существенно отличаться от толщины, получаемой в центре, что затруднит, если не сделает невозможной, литографию высокого разрешения.

В научной группе был разработан и запатентован оригинальный метод, позволяющий расположить такой чувствительный элемент в непосредственной близости от края пластины (от 0 до 50 нм от края), основанный на стандартных для полупроводникового производства технологических процессах. В настоящее время идет активная работа по улучшению чувствительности такого сенсора и исследованию различных объектов с его помощью.

Нанопровод на оконечности чипа-зонда (слева). Чип, закрепленный на камертоне СЗМ (справа).

Фотография зонда в держателе СЗМ (слева) и схема сканирования поверхности (справа).

Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований. Результаты исследований запатентованы и опубликованы:

• Presnov, D. E., Bozhev, I. V., Miakonkikh, A. V., Simakin, S. G., Trifonov, A. S., and Krupenin, V. A. "Local sensor based on nanowire field effect transistor from inhomogeneously doped silicon on insulator", Journal of Applied Physics 123, 5, 054503 (2018).
• A.S. Trifonov, D.E. Presnov, I.V. Bozhev, D.A. Evplov, V. Desmaris, V.A. Krupenin, “Non-contact scanning probe technique for electric field measurements based on nanowire field-effect transistor”, Ultramicroscopy, 179, 33-40 (2017).
• Д.Е. Преснов, И.В. Божьев, В.А. Крупенин, О.В. Снигирев. "Способ изготовления элементов с наноструктурами для локальных зондовых систем." Патент РФ № 2619811 (2017).

На кафедре читается спецкурс, в котором студентам 5 и 6 годов обучения рассказывается о принципах работы и методиках сканирующей зондовой микроскопии.

Сотрудники направления