afm制备纳米氧化点的研究

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1、第6期王加科，等：AFM制备纳米氧化点的研究105级跃迁到水膜中，使得针尖一样品表面的水分子减尺寸大小如表1所示。少，生成了H和OH一，在电场作用下，流动到Si表表1不同偏置电压得到的氧化点尺寸面并发生反应：Si+2H2o—+SiO2+2H2T得到的SiOz的尺寸为宽度10---100nm、高度为1～10nm，进而在针尖的移动下即可形成相应的微结构图形。2实验过程实验采用的是中国本原纳米仪器有限公司的如表1所示，氧化点的半径和高度正比于偏置CSPM5500多功能SPM系统，探针为俄罗斯电压。图2为氧化点尺

2、寸随偏置电压的变化曲线，NT—MDT公司的NSG11／WuC导电探针。采用n同样可以看出这一趋势。型Si(100)作为实验基底，电阻率为5~7f]·cm，表面Ra<0．5nm。将Si片浸泡在2％的HF溶液中5rain，量使其钝化，降低其亲水性，减少表面吸附水分子的数专250参量，降低由于水分子的毛细作用所带来的干扰。雷AFM腔体内的环境湿度由外接湿度控制器实l耄’釜0现，控制范围为4O％～7O％，最小变化湿度为1％。环星6．577．588．599．5境湿度的检测由AFM自带湿度传感器完成，测量范《Bias

3、voltage)围为0-100％，精度为0．5％。实验选取的环境湿度(a)为氧化点半径与偏置电压的关系分为40％、45％、50％、55％、60％、65％和70％；外接偏置电压分别为6．5V、7V、7．5V、8V、8．5V、9V和壹一_焉呈69．5V。实验始终保持接触模式，温度保持在22℃，善4l扫描速度为5gm／s。为了保证实验的精度，氧化加‘童2誉0工在Si片的不同位置进行，而并未更换基底，以对垂《6．577．588．599．5比各点的氧化效果。BiasvoRage(V)(b13结果与分析(b)为氧化点

4、高度与偏置电压的关系图2偏置电压和氧化点尺寸的关系3．1偏置电压的影响不同偏置电压条件下得到的氧化点表面形貌如根据Cabrera与Mort的薄膜氧化理论隋，可知氧图3所示。化点高度h与偏置电压的关系为：h：__(1))_1g其中，h为实际测得氧化点高度；h，，为电场作用下氧化最大高度；V为扫描速度；K为波兹曼常熟；a为势垒宽度的一半；T为温度；q为电子电荷量；图3不同偏置电压条件下形成的氧化点表面形貌为空隙离子克服扩散所需的能量；甜为随温度实验结果与预期吻合，即氧化点尺寸随偏置电的改变量；V为偏置电压。压

5、的增加而增加。从式(1)中可知，氧化点高度h随偏置电压3．2环境湿度的影响线性增加，即氧化点的生长速度取决于偏置电压。在验证偏置电压与氧化点尺寸关系的实验中，为了得到环境湿度对氧化点尺寸的影响，保持保持环境温度22℃，环境湿度50％，氧化时间8s不环境温度22℃，偏置电压8V，氧化时间8s不变时，变时，不同偏置电压(每次变化0．5V)下得到氧化点不同环境湿度(每次变化5％)下得到的氧化点尺寸第6期王加科，等：AFM制备纳米氧化点的研究107压、环境湿度(及其他环境条件)、样品的材料、探针Faradaicc

6、urrentdetectionduringanodicoxidation形状和加工速度都将对氧化点的尺寸产生影响。实oftheH-passivatedp-Si(001)surfacewithcon-验表明，氧化点的尺寸随偏置电压和环境湿度的增trolledrelativehumidity[J]．Nanotechnology，2004，15(3)：297—3O2．大而增大，但过高的偏置电压和环境温度将会造成[5]LiX，HanL．NanO—fabricationofmulti-layerpa卜氧化点表面产生

7、台阶现象。环境温度22℃，偏置电ternwithAFMoxidation[J]．MicrofabricationTech～压8V，环境湿度5O％，氧化时间8s对于n型si(1oo)nology，2007(5)：26—30．的氧化加工而言是相对合适的加工参数。[6]WangY，ZhengL，HuX，eta1．Nano—fabricationindifferentfabricationparametersbyAFM[J]．Joumal参考文献ofTianjinUniversity。2004，37(1)：33-

8、36．[1]BinningG，RohrerH，GerberC，eta1．Surfacestud-[7]MatsumotoK．STM：／AFMnano-oxidationprocessiesbyscanningtunnelingmicroscopy[J]．PhysRevtoroomtemperatureoperatedsingleelectrontran—Lett，1982，40(1)：l78_181．sistorandothe