Оборудование для разработок в области наноэлектроники, МЭМС и НЭМС
Следующее из важнейших направлений использования нанотехнологий - наноэлектроника, т.е. разработка и промышленное изготовление наноэлектронных элементов, а также интеграция их с существующими технологиями для миниатюризации электронных устройств. В этом процессе можно выделить три этапа: 1) разработка наноэлектронных элементов, 2) создание наноэлектронных схем и 3) тестирование и определение функциональных характеристик, как отдельных элементов, так и сложных конструкций на их основе. Фактически молекулярный уровень характерных размеров накладывает исключительно жесткие требования по чистоте условий, в частности, большая часть операций должна производиться в условиях сверхвысокого вакуума. Все это естественным образом привело к необходимости создания конвейерных технологических комплексов, в которых все шаги по созданию, модификации наноэлектронных элементов, встраиванию их в более сложные схемы и тестированию свойств осуществляется в рамках единого автоматизированного процесса.
Платформа НАНОФАБ
Разработчикам МЭМС и НЭМС, современной микроэлектроники, приборов наноэлектроники, а также новых технологических процессов в этих направлениях, интересны нанотехнологические комплексы - НАНОФАБЫ, которые могут быть реализованы в кластерных, многомодульных вариантах, легко перестраиваемых под нужды различных технологических процессов. На таких станциях возможно формирование требуемых элементов, аналитические исследования как результатов технологических операций, так и свойства самих элементов.
Система НАНОФАБ 100, функционирующая в ЮФУ (Таганрог)
Сверхвысоковакуумный нанотехнологический комплекс на платформе НАНОФАБ 100 представляет собой совокупность кластеров, каждый из которых включает в себя несколько технологических модулей, объединенных общей транспортно-распределительной системой. Кластеры могут быть ориентированы как на технологии групповой обработки (молекулярно-пучковая эпитаксия, газофазное осаждение, лазерная абляция и т.д.), так и на технологии нанолокальной обработки и исследования. К этим последним и относятся модули сканирующей зондовой микроскопии (вместе с модулями фокусированных ионных пучков, растровой электронной микроскопии, масс-спектрального анализа и некоторыми другими). Методы СЗМ используются для оценки качества поступающих пластин (входной контроль), для исследования пластин, прошедших через ту или иную обработку (межоперационный контроль), а также для тестирования свойств уже готовых наноэлектронных элементов и схем (функциональный контроль).
Модульная аналитико-технологическая платформа НАНОФАБ 25 предназначена для формирования нанотехнологических комплексов, позволяющих не только получать наноструктуры на подложках диаметром до 25 мм, но и проводить их физико-химический анализ. Относительно небольшие габариты и радиальная компоновка позволяют размещать нанотехнологические комплексы на платформе НАНОФАБ 25 практически в любой лаборатории. Наличие сверхвысоковакуумного радиального транспортного модуля обеспечивает проведение многосторонних исследований наноструктур с атомарным разрешением, включая лучевые (электронная и ионная спектроскопия) и зондовые (АСМ и СТМ) методы.
Нанотехнологический комплекс на базе платформы НАНОФАБ 25. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Факультет технологии и исследования материалов.
Особый интерес представляют собой исследовательские нанотехнологические комплексы при уникальных установках, таких как синхротроны, импульсные лазеры на свободных электронах. Разработка специальных аналитических модулей, таких как модули электрофизических измерений, совмещенные с модулями рентгеновской спектроскопии и, в особенности, высокоразрешающей рентгеновской микроскопией, позволят наряду с высоким пространственным (порядка 10 нм), получать и высокое временное разрешение, что позволит изучать, по крайней мере, квазиобратимые динамические процессы в наноструктурах с разрешением до 0, 1 нсек на синхротронах и на несколько порядках выше на лазерах на свободных электронах.
Потребность в оснащении разрабатываемого оборудования технологиями, в особенности в такой интересной области, как наноэлектроника, МЭМС и НЭМС потребовало организации плотной кооперации как с Национальной лабораторией нанотехнологии «Курчатовский институт», так и с головным предприятием по наноэлектронике, которым определен Зеленоградский НИИФП им.Ф.В.Лукина, являющийся в настоящее время стратегическим партнером группы НТ-МДТ, в котором силами ИЯФ СО РАН и группы НТ-МДТ развернуты работы по запуску центра высоких технологий с использованием аналитических и технологических возможностей модифицированного синхротрона серии «Сибирь-2» и уже ведется разработка технологических решений для мощных нанотехнологических комплексах линии НАНОФАБ -100, -25.
СЗМ аксессуары
Наряду со всеми вышеперечисленными платформами оборудования компания НТ-МДТ также осуществляет производство различных СЗМ аксессуаров: зондов, калибровочных решёток, тестовых образцов и др. Правильный подбор зонда зачастую определяет качество и научную ценность СЗМ изображения: в ассортименте НТ-МДТ имеются зонды, подходящие для любых экспериментов.
Зонды для СЗМ
Для широкого круга исследования предназначены уникальные зонды серии ETALON. Они имеют поликремневую балку с кремниевым зондом высокого разрешения. Благодаря технологии, используемой для производства балки, такие зонды имеют высокие воспроизводимые параметры:
- типичный разброс резонансной частоты зонда: ±10%;
- типичный разброс силовой константы зонда: ±20%.
Поликремниевый зонд серии ETALON
Благодаря тому, что поликремневый материал балки мягче, чем кремний, который обычно используется для производства зондов, обеспечивается низкий уровень шума во время работы в контактной или неконтактной АСМ модах.
Вертикальные боковые стороны чипа делают зонд удобным в работе, т.к. пинцет удерживает чип за его за вертикальные боковые стороны. Это предотвращает переворачивание и выскальзывание зонда.
Пять молекул ДНК, присоединенных к наночастицам золота. Изображение получено с помощью зондов серии ETALON. Изображение предоставлено: проф. А.Котляром, Университет Тель-Авива
Размер изображения 1 х 1 мкм
Кремниевые зонды серии GOLDEN также предназначены для большинства АСМ методик. Острие этих зондов 6 нм. Однако их поставки возможны в различной конфигурации: с проводящим (PtIr, TiN, Au, алмазным) и/ или магнитным (CoCr) покрытием.
Наряду с чипами для широкого круга применений, НТ-МДТ предлагает зонды для специализированных исследований:
- Для исследований объектов со слабовыраженным рельефом подойдут зонды серии DLC (diamond like carbon) - алмазоподобная (DLC) нитевидная игла, выращенная на вершине иглы кремниевого зонда (радиус кривизны 1-3 нм).
- Для исследований узких и глубоких объектов серия Whisker Type - выращенные на кончике кремниевого зонда иглы длиной в 1 мкм со сверхвысоким аспектным отношением (радиус кривизны зонда около 10 нм).
- Для токовой нанолитографии предназначены сверхпрочные зонды серии DIAMOND
- Для сканирующего ближнепольного оптического микроскопа - зонды серии «СБОМ»
Калибровочные решётки и тестовые образцы
Такое сложное оборудование как СЗМ требует тщательной настройки как минимум один раз в полгода. Процедура настройки осуществляется с помощью калибровочных решёток и природных тестовых образцов. Благодаря ним существует возможность выверить точность показаний приборов и обнаружить ошибки в расчётах СЗМ до проведения эксперимента. Калибровочные решётки сделаны из кремния, который от природы обладает абсолютно предсказуемой структурой, благодаря чему и достигается точность показаний приборов.
НТ-МДТ выпускает более 6 видов калибровочных решёток, различающихся по предназначению:
- для вертикальной и латеральной калибровки (в т.ч. для одновременной калибровки по X, Y, Z),
- для 3D визуализации иглы зонда,
- для оценки формы иглы (TGT1),
- для определения латеральной нелинейности сканера.
Решётка TGQ1 предназначена для одновременной калибровки по X, Y, Z направлениям, латеральной калибровки и определения нелинейности, гистеризиса, крипа.
Уникальная решётка TGT1 предназначена для оценки и 3d визуализации иглы зонда
Следует также упомянуть, что все калибровочные меры НТ-МДТ внесены в Государственный реестр как средства измерения, обладают европейским сертификатом PTB, и кроме того, могут поставляться с сертификатом о калибровке международного образца.
Приборостроение для нанотехнологии - перспективы развития
Подводя итоги можно сказать, что процесс развития СЗМ оборудования миновал эпоху универсальных приборов и вошел в эпоху специализации. Вектор специализации СЗМ для научных исследований - это а) максимальная гибкость в изменении «научной специальности» (в рамках НаноЛаборатории ИНТЕГРА эта задача решена за счет большого числа специализированных модулей, совместимых с единой общей платформой) и б) возможность интеграции с другими («не СЗМ-ными») исследовательскими подходами. Специализация оборудования для образовательного процесса идет по пути снижения стартового порога - упрощение СЗМ приборов с одной стороны и обеспечение методической базы - с другой. Наконец, специализация СЗМ в составе автоматизированных промышленных комплексов полностью определяется требованиями технологического процесса. Автоматизированные конвейерные комплексы для разработки и изготовления наноэлектронных устройств сейчас находятся в самом начале своего пути, и лишь спустя несколько лет можно будет с определенной долей уверенности предсказывать траекторию их развития.
Отличительной особенностью нового этапа развития группы предприятий НТ-МДТ также является диверсификация производства в сторону комплексного решения проблем оснащения центров нанотехнологии и наноэлектроники современным оборудованием, разработки прототипов которого, в основном, базируются на потенциале как компании, так и российских научных организаций, а опытные конструкторские разработки и производство с последующем сервисным обслуживанием на потенциале группы НТ-МДТ.
Группа компаний НТ-МДТ
сканирующий зондовый микроскоп нанотехнология
Группа компаний «НТ-МДТ» ведет свое начало с 1989 года - именно тогда и была организована компания МДТ с целью реализации накопленного опыта в востребованные на рынке продукты. Одним из проектов МДТ был проект по созданию приборов для визуализации молекул и молекулярных упаковок с возможностями воздействия на единичные молекулярные группировки. Именно это казалось наиболее интересным для обеспечения направления, которое было очегнь интересным основателям компании. Первыми нашими приборами были туннельные микроскопы, а первыми технологическими установками - установки для формирования пленок Ленгмюра-Блоджетт.
Со временем идеология несколько менялась и мы стали разрабатывать приборы для нанодиагностики - сканирующие зогндовые микроскопы, но функция нанолитографии в них оставалась и была весьма развитой.
Всегда хотелось видеть свои приборы лучшими на рынке и не было объяснения, почему этого нельзя достигнуть в стране с сильно развитой наукой. И сегодня свою миссию компания видит в том, чтобы вывести отечественное научное приборостроение на лидирующие позиции мирового рынка. НТ-МДТ движется к достижению этой цели, опираясь на передовые разработки лучших научных коллективов России и мира, а также путем непрерывного самосовершенствования.
Будучи предприятием полного цикла, НТ-МДТ, осуществляет весь комплекс работ: от разработки и производства приборов до маркетинга и продажи их конечным потребителям. Для осуществления такой разноплановой деятельности был создан многопрофильный концерн. В России это компании «Нанотехнология МДТ» (головное предприятие) (г. Зеленоград), «Инструменты нанотехнологий» (г. Москва), «Нанотехнология СПб» (г. Санкт-Петербург). За рубежом - это представительства: NT-MDT Service&Logistics (Ирландия), NT-MDT Europe BV (Голландия), NT-MDT America Inc. (США) и NT-MDT Shanghai (Китай). А также сертифицированные дистрибьюторы, которые работают более чем в 20 странах. Каждый год продукция НТ-МДТ представляется более чем на 120 тематических выставках.
В компании работают более 300 человек, из них 160 имеют высшее образование, 24 - ученую степень (3 доктора наук, 21 кандидат наук). Средний возраст сотрудников 37 лет. Компания тесно взаимодействует с аспирантурами МФТИ и МИЭТ. В настоящее время в них обучаются 7 аспирантов-сотрудников. Политика компании состоит в том, чтобы активно привлекать молодых специалистов - выпускников ведущих вузов (МФТИ, МИЭТ, МГУ им. Ломоносова, МГТУ им. Баумана и др.).