Способ изготовления острийного эмиттера для сканирующего туннельного микроскопа

(51)5 Н 01,3 9/02 Е ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗО ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский технологический институт и Рязанский радиотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1088083, кл. Н 01,) 9/02, 1983.Вестник Московского университета,1988, сер,3, т,29, В 2, с,87-89,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСТРИЙНОГО ЭМИТТЕРА ДЛЯ СКАНИРУЮЩЕГОТУННЕЛЬНОГО МИКРОСКОПА(57) Использование: изобретение относитсяк электронной технике, в частности к способам формирования острий, и может быть Изобретение относится к электронной технике, в частности и способам формирования острий и может быть использовано при изготовлении острий для сканирующего туннельного микроскопа,Цель изобретения - повышение воспроизводимости радиуса закругления вершины острий в процессе травления.На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг.2, 3, полученных с помощью растрового электронного микроскопа, показано сформированное согласно предлагаемому способу острие (фиг,2 иллюстрирует общую трехступенчатую форму острия, а фиг,3 - его вершину).Устройство для изготовления острийньх эмиттеров состоит из ванны 1, заполненной раствором электролита, в которой Ц 1798833 А 1 использовано для изготовления острии для сканирующего туннельного микроскопа, Сущность изобретения; заготовка рабочей и нерабочей частями закрепляется на кварцевом держателе, в котором напротив области формирования острия выполнен паз. Потенциал подается на нерабочую часть заготовки, изолированную от электролита. Регулирование уровня электролита в области формирования острия осуществляется посредством перемещения штока 9. Это позволит в процессе электрохимического травления заготовки 3 избежать подтравливания острия и неконтролируемого увеличения его радиуса, что, в конечном итоге, обеспечивает повышение воспроизводимости изготовления острийных эмиттеров с заданным радиусом, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. размещены жестко закрепленная на кварцевом держателе 2 заготовка 3 и вспомогательный электрод 4, подключенные к источнику питания 5, В держателе 2 напротив области травления заготовки 3 выполнен паз 6, Нижняя нерабочая часть заготовки 3, к которой подводится напряжение, изолирована от электролита посредством, например, полихлорвиниловой трубки 7, Крепление верхней и нижней частей заготовки 3 к держателю 2 осуществляется клеем, не реагирующим с электролитом и материалом держателя 2.Необходимое положение держателя 2 в ванне 1 устанавливается механизмом перемещения 8, например, микрометрическим винтом, Для более точного установления уровня электролита в процессе формирова ния острия устройство снабжено штоком 9объем которого меньше объема электролита и механизмом его перемещения 10.Контроль за уровнем электролита и процессом травления может производиться при помощи микроскопа (на чертеже не показано).Предлагаемый способ реализуется следующим образом.Держатель 2 с закрепленной на нем заготовкой 3 опускается в раствор электролита - 10 МаОН, причем держатель 2 устанавливается таким образом, чтобы уровень электролита приходился на середину паза 6 держателя 2,В качестве материала заготовки 3 используется стержень из тугоплавкого металла, например, вольфрама диаметром 1,5 мм. Большой диаметр заготовки 3 необходим для обеспечения требуемой жесткости острия,К заготовке 3 к электроду 4 от источника 5 подается рабочее напряжение. Процесс формирования острия проходит в 3 стадии,Первая ступень острия формируется при токе 100 мА и напряжении 10 В. Линия смачивания электролитом заготовки (мениск) поддерживается на постоянном уровне путем опускания штока 9 в электролит, что исключает самопроизвольный сброс мениска.Постоянный контроль за процессом травления ведется с помощью микроскопа, При достижении диаметра заготовки порядка 800 мкм с помощью штока 9 смещают линию смачивания вниз на меньший диаметр заготовки и устанавливают на минимально возможном расстоянии, исключающем самопроизвольный возврат мениска в прежнее положение,Затем формируют вторую ступень при токе порядка 60 мА, Стравливание прекращается в момент достижения диаметра заготовки пдрядка 300 мкм.Аналогичным способом формируется третья ступень, При этом диаметр заготовки составляет 10 мкм, ток травления - 15 мА.На этом диаметре в 3 - 5 растворе МаОН окончательно формируется кончик острия. Минимальное расстояние от кончика острия до края ступени определяется согласно описанным выше условиям.Так как объем штока 9 значительно меньше объема электролита, это позволяет очень точно регулировать положение мениска относительно неподвижной заготовки. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В результате этого повышается воспроизводимость длины и диаметра ступеней и, в свою очередь, воспроизводимость радиуса кривизны вершины острия.После перетравливания заготовки травление ее верхней части прекращается, что обеспечивает формирование острия размером порядка 500 А с гарантированной воспроизводимостью. Разброс размеров острия не превышает 20 фб. Общая длина при данном способе составляет 60-70 от диаметра,Благодаря низкому коэффициенту теплового расширения кварца, нагрев нижней части держателя, находящейся в электролите, температура которого повышается с течением времени в процессе травления, не приводит к механической деформации заготовки, что повышает воспроизводимость острий.Следует отметить, что в качестве материала держателя могут быть использованы материалы типа кварца или керамики, обладающие низким (порядка 10 К ) коэффициентом теплового расширения (КТР),Технический эффект от внедрения способа состоит в увеличении процента выхода одинаковых острий, а экономический эффект от внедрения заключается в снижении себестоимости острий, и повышении достоверности информации, получаемой методом РТМ при использовании острий с малым диаметром.Формула изобретения 1, Способ изготовления острийного эмиттера для сканирующего туннельного микроскопа путем помещения заготовки в ванну с раствором электролита и электрохимического перетравливания заготовки посредством ступенчатой вытяжки, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения воспроизводимости радиуса закругления вершины острия, перед травлением заготовку рабочей и нерабочей частями закрепляют на термоизоляционном диэлектрическом держателе, при травлении напряжения прикладывают к изолированной от электролита нерабочей части заготовки, а регулирование уровня электролита в области формировании острия производят относительно неподвижного держателя,2. Способпо п 1,отл ичающийся тем, что в качестве материала термоизоляционного диэлектрического держателя используют кварц, 17988331798833 Составитель И.СурковТехред М,Моргентал Корректор Н.Бучок Редактор С,Егорова Заказ 775 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская.наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101