Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия

Описано устройство для исследования наношероховатостей подложек путём анализа проводимости левитирующих электронов над плёнкой жидкого гелия в зависимости от её толщины. Устройство представляет собой камеру для сверхтекучего гелия и измерительную ячейку с подложкой, горизонтально расположенной над и...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Дата:	2011
Автори:	Смородин, А.В., Николаенко, В.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75186
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия / А.В. Смородин, В.А. Николаенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 849-854. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75186
record_format	dspace
spelling	Смородин, А.В. Николаенко, В.А. 2015-01-27T12:30:28Z 2015-01-27T12:30:28Z 2011 Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия / А.В. Смородин, В.А. Николаенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 849-854. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 67.25.-k, 67.30.-n, 67.80.-s, 68.35.Ct, 73.25.+i, 73.90.+f, 85.30.De https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75186 Описано устройство для исследования наношероховатостей подложек путём анализа проводимости левитирующих электронов над плёнкой жидкого гелия в зависимости от её толщины. Устройство представляет собой камеру для сверхтекучего гелия и измерительную ячейку с подложкой, горизонтально расположенной над измерительными электродами, которые в вертикальном направлении перемещаются с помощью электромеханической тяги. По характеристикам переноса электронов имеется возможность идентифицировать наношероховатости размером от единиц ангстремов при ненасыщенной гелиевой плёнке до 10² нм при насыщенной плёнке гелия. Описано пристрій для дослідження наношерсткостей підкладок шляхом аналізи провідности електронів, що левітують над плівкою рідкого гелію, залежно від її товщини. Пристрій є камерою для надплинного гелію і вимірювальною коміркою з підкладкою, горизонтально розташованою над вимірювальними електродами, які у вертикальному напрямку переміщуються за допомогою електромеханічного тягу. За характеристиками переносу електронів є можливість ідентифікувати наношерсткості розміром від одиниць Онґштремів (при ненасиченій гелійовій плівці) до 10² нм (при насиченій плівці гелію). The device for study of nanoroughness of substrates by the analysis of conductivity of electrons levitating above a helium film as a function of film thickness is described. The device contains the chamber for superfluid helium and a measuring cell with substrate horizontally positioned above measuring electrodes, which are moved in a vertical direction by electromechanical draught. Using measured electron-transport characteristics, one can identify nanoroughness from angstrom range (for an unsaturated helium film) to 10² nanometers (for a saturated helium film). ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия
spellingShingle	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия Смородин, А.В. Николаенко, В.А.
title_short	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия
title_full	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия
title_fullStr	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия
title_full_unstemmed	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия
title_sort	анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия
author	Смородин, А.В. Николаенко, В.А.
author_facet	Смородин, А.В. Николаенко, В.А.
publishDate	2011
language	Russian
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format	Article
description	Описано устройство для исследования наношероховатостей подложек путём анализа проводимости левитирующих электронов над плёнкой жидкого гелия в зависимости от её толщины. Устройство представляет собой камеру для сверхтекучего гелия и измерительную ячейку с подложкой, горизонтально расположенной над измерительными электродами, которые в вертикальном направлении перемещаются с помощью электромеханической тяги. По характеристикам переноса электронов имеется возможность идентифицировать наношероховатости размером от единиц ангстремов при ненасыщенной гелиевой плёнке до 10² нм при насыщенной плёнке гелия. Описано пристрій для дослідження наношерсткостей підкладок шляхом аналізи провідности електронів, що левітують над плівкою рідкого гелію, залежно від її товщини. Пристрій є камерою для надплинного гелію і вимірювальною коміркою з підкладкою, горизонтально розташованою над вимірювальними електродами, які у вертикальному напрямку переміщуються за допомогою електромеханічного тягу. За характеристиками переносу електронів є можливість ідентифікувати наношерсткості розміром від одиниць Онґштремів (при ненасиченій гелійовій плівці) до 10² нм (при насиченій плівці гелію). The device for study of nanoroughness of substrates by the analysis of conductivity of electrons levitating above a helium film as a function of film thickness is described. The device contains the chamber for superfluid helium and a measuring cell with substrate horizontally positioned above measuring electrodes, which are moved in a vertical direction by electromechanical draught. Using measured electron-transport characteristics, one can identify nanoroughness from angstrom range (for an unsaturated helium film) to 10² nanometers (for a saturated helium film).
issn	1816-5230
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75186
citation_txt	Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия / А.В. Смородин, В.А. Николаенко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 849-854. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT smorodinav analiznanošerohovatosteipodložeksispolʹzovaniemlevitiruûŝihélektronovnadsverhtekučeiplenkoigeliâ AT nikolaenkova analiznanošerohovatosteipodložeksispolʹzovaniemlevitiruûŝihélektronovnadsverhtekučeiplenkoigeliâ
first_indexed	2025-11-25T20:23:34Z
last_indexed	2025-11-25T20:23:34Z
_version_	1850523100039348224
fulltext	849 PACS numbers: 67.25.-k, 67.30.-n,67.80.-s,68.35.Ct,73.25.+i,73.90.+f, 85.30.De Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия А. В. Смородин, В. А. Николаенко Физико-технический институт низких температур НАН Украины, просп. Ленина, 47, 61103 Харьков, Украина Описано устройство для исследования наношероховатостей подложек пу- тём анализа проводимости левитирующих электронов над плёнкой жидко- го гелия в зависимости от её толщины. Устройство представляет собой ка- меру для сверхтекучего гелия и измерительную ячейку с подложкой, гори- зонтально расположенной над измерительными электродами, которые в вертикальном направлении перемещаются с помощью электромеханиче- ской тяги. По характеристикам переноса электронов имеется возможность идентифицировать наношероховатости размером от единиц ангстремов при ненасыщенной гелиевой плёнке до 102 нм при насыщенной плёнке гелия. Описано пристрій для дослідження наношерсткостей підкладок шляхом аналізи провідности електронів, що левітують над плівкою рідкого гелію, залежно від її товщини. Пристрій є камерою для надплинного гелію і вимі- рювальною коміркою з підкладкою, горизонтально розташованою над ви- мірювальними електродами, які у вертикальному напрямку переміщують- ся за допомогою електромеханічного тягу. За характеристиками переносу електронів є можливість ідентифікувати наношерсткості розміром від оди- ниць Онґштремів (при ненасиченій гелійовій плівці) до 102 нм (при насиче- ній плівці гелію). The device for study of nanoroughness of substrates by the analysis of conduc- tivity of electrons levitating above a helium film as a function of film thickness is described. The device contains the chamber for superfluid helium and a measuring cell with substrate horizontally positioned above measuring elec- trodes, which are moved in a vertical direction by electromechanical draught. Using measured electron-transport characteristics, one can identify nano- roughness from angstrom range (for an unsaturated helium film) to 102 na- nometers (for a saturated helium film). Ключевые слова: жидкий гелий, поверхностный электрон, проводимость низкоразмерных систем. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 4, сс. 849—854 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 850 А. В. СМОРОДИН, В. А. НИКОЛАЕНКО (Получено 17 ноября 2010 г.) Анализ качества поверхности подложек имеет большое значение в нанотехнологии, в частности, для применения ее продуктов в нано- электронике [1]. Существует ряд нанометрических и спектроско- пических методов такого анализа. Среди них наиболее известны как туннельная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, фазо- во-интерференционный метод. Качество интерфейсных границ мо- жет быть определено, в частности, по транспортным характеристи- кам носителей в образце на границе слоев или границе различных веществ. Это относится, прежде всего, к инверсионным и аккуму- ляционным слоям и гетероструктурам. Интересным дополнением к такого рода системам являются левитирующие электроны над ге- лием при низких температурах [2, 3]. Слой левитирующих элек- тронов в отличие от электронных слоев в твердотельных образцах формируется в неглубокой потенциальной яме над диэлектриком с низкой диэлектрической проницаемостью. Двумерная электронная плазма локализуется на значительном расстоянии от поверхности, существенно превышающем межатомные расстояния в веществе. Электроны в слое характеризуются максвелловским распределени- ем по скоростям и больцмановским распределением по уровням энергии в потенциальной яме. Помимо гелия, подобные электронные системы могут существо- вать над диэлектриками с низкой проницаемостью, такими как жидкий и твердый неон, водород и ряд других криогенных веществ. Но идеальной подложкой для левитирующих электронов служит поверхность сверхтекучего гелия. Боровский радиус электрона в этом случае составляет ≅ 10 нм, электронный энергетический спектр имеет вид 2 2 / n E Q R n= с энергией электрона на основном уровне около 8 К. Здесь ( 1) / [4( 1)]Q = ε − ε + – параметр, характе- ризующий силы изображения, 4 2 / (2 )R me=  – постоянная Рид- берга (13,6 эВ) и {n} – ряд натуральных чисел. Реализация элек- тронной плазмы над гелием и измерение транспорта носителей в ней относительно просты: в поле между пластинами плоского кон- денсатора, частично заполненного диэлектриком (подложкой), сво- бодные электроны эмитируются от источника на поверхность плен- ки, покрывающей диэлектрик. Одна из пластин конденсатора яв- ляется составной, между частями которой по емкостно-связанной методике измеряется кондактанс электронного слоя [4]. Шероховатость поверхности со сверхтекучей пленкой гелия на подложке существенно влияет на проводимость левитирующих электронов. Первые систематические СВЧ-измерения проводимо- сти электронов над пленками различной толщины на ситалловой подложке выполнены в работе [5]. Теоретически вопрос влияния АНАЛИЗ НАНОШЕРОХОВАТОСТЕЙ ПОДЛОЖЕК НАД СВЕРХТЕКУЧЕЙ ПЛЁНКОЙ He 851 шероховатостей подложки на перенос носителей над пленками ге- лия рассматривался в работе [6]. При соизмеримости толщины сверхтекучей гелиевой пленки на подложке и эффективного разме- ра шероховатости, могут развиваться термоактивационные и пер- коляционные эффекты в процессах переноса заряда. Результаты, полученные в экспериментах, интерпретируются на основе теории [6], в которой в больцмановском приближении учтено рассеивание электронов на неоднородностях подложки. Величина эффективной проводимости при термоактивационном механизме переноса заряда может быть определена как −Δσ = σ / 0 * Te , где σ0 – проводимость электронов над сверхтекучим гелием, ограниченная их взаимодействием с атомами гелия в паре и рипплонами (кванто- ванными колебаниями поверхности сверхтекучего гелия), и Δ – энергия термоактивации. Из определяемых в эксперименте значе- ний проводимости и теоретических значений σ0 можно найти Δ, а из квантового соотношения неопределенностей Гейзенберга оценивает- ся характерное время релаксации носителей. При условии превыше- ния де бройлевской длиной волны электрона расстояния между не- однородностями подложки можно определить размер шероховатости −≈ Δ 1/2 ( )a m . Туннелирование электронов через потенциальные ба- рьеры в неоднородной квазиодномерной электронной системе над гелием экспериментально изучались в [7]. Толщины пленок сверхтекучего гелия определяются: для тонких пленок (d меньше 600 Å) как 1 3 0 /d d H= (d0 = 2,88⋅10 −6 см 4/3 – кон- станта, определяемая Ван дер Ваальсовским потенциалом [12]), а для массивных пленок – = 1 4 0 /d d H (где d0 = 2,9⋅10 −6 см 5/4 [13]). Расстояние Н между уровнем массивного гелия в ячейке и подлож- кой, на которой находится пленка, задается напуском расчетного количества газообразного гелия в герметичную камеру с ячейкой. В работе [8] уровень гелия под ячейкой изменяли посредством вытес- нения определенного количества гелия из свободного объема, ис- пользуя сильфонную газо-жидкостную систему. Следует отметить инерционность исследований и нарушение теплового баланса в вы- шеприведенных процедурах установки уровня, которые не позво- ляли оперативно выполнять исследования зависимости транспорта электронов от толщины пленки. Целью настоящей работы является предложение схемы устрой- ства и методики для определения размеров наношероховатостей, характерных для подложки. Процедура заключается в измерении проводимости левитирующих электронов над сверхтекучей плен- кой гелия при изменении ее толщины и в идентификации неодно- родностей по полученной зависимости. Предлагаемое устройство основано на возможности вертикально перемещать измеряемую ячейку относительно гелиевой ванны. Ячейка содержит горизонтально расположенные измерительные 852 электрод пластин крыты, с ет на по толщины кости ос Схема ство нахо мых чер 3. В верх ри котор следоват точника хом 6. П единена сигнал н трически ная в вер зывает р а Рис. 1. Ус – вакуум подвижна – сверхп тельная скользящ подвижно ненную с умная ка ная катуш коаксиал скользящ А. ды, над ко ы. Так как сверхтекуч одложку, ы пленки п уществляе атический п одится в ва ез индиево хней части рой находит тельно и за тока. Обе Посредством с центром на катушку ий разъем рхней части азъем и яч стройства д мная камера ая катушка проводящий ячейка, 9 щая контакт ой катушки с системой п амера, 2 – д шка, 5 – п льный уров щая контакт . В. СМОРОД оторыми н к боковые п чий гелий образуя п при переме ется посред пример уст акуумируем ое уплотнен камеры зак тся подвиж питаны от катушки м тонкой кв измерител у и ячейку 9. Скользя и внутри не чейку, соеди для исследов а, 2 – дно к а, внутри ко й кожух, 7 – вакууми тная систем и, электриче посредством дно камеры, подвижная к немер-толк тная система ДИН, В. А. Н находится поверхнос под действ пленку на ещении яч дством эле тройства из мой камере ние посред креплена н жная катуш одного про экраниров варцевой н льной ячей подаются ящая конта еподвижно иненную п б вания нано камеры, 3 – оторой нахо – тонкая ированный ма, размещен ески связыв м жгута тон , 3 – фланц катушка, 6 катель, 8 – а с демпфер НИКОЛАЕНК исследуем ти измерит вие капилл ее поверх чейки над п ктромехан зображен н е 1 с дном к ством флан неподвижн шка 5. Кату ограммиру ваны сверх нити 7 подв йки 8 (рис. через ваку актная сис ой катушки посредством шероховато – фланцевое дится подви нить (из ке электриче нная в верх вающая раз нких провод цевое соедин 6 – измерит – электрич ром, 10 – ка О мый образе тельной яч лярных сил хности. Из поверхност нической тя на рис. 1, а камеры 2, с нцевого сое ая катушк ушки соеди уемого внеш проводящи вижная кат . 2). Напря умированн тема 10, ра и, электрич м жгута тон остей подлож е соединени ижная кату евлара), 8 – ский разъе хней части в зъем и ячейк дников; (б) 1 нение, 4 – н тельная яче ческий разъ апилляр зап ец в виде чейки от- ил затека- зменение тью жид- яги. а. Устрой- соединяе- единения ка 4, внут- инены по- шнего ис- им кожу- тушка со- яжения и ный элек- азмещен- чески свя- нких про- ожек: (а) 1 ие, 4 – не- ушка (5), 6 – измери- ем, 10 – внутри не- ку, соеди- 1 – ваку- неподвиж- ейка, 7 – ъем, 9 – полнения. АНАЛИЗ Н водников жит одно подвижн движная гивая вве В каче линейно эффекте действуе мерител порта ан ствитель ная сист подложк ную стру ских све Приме от толщ [10, 11] п В закл модель и основе с тость пов витирую разце. П тронов о деляется низма п ной в раб сти. При Рис. 2. Я электрод ностный – охранн НАНОШЕРОХО в через кон овременно ной катушк я катушка в ерх над гел естве тягов ого двигате е Мейснера ет с полем ьная систе налогичны ьности уст тема пове ка в виде т уктуру, на етоводов. еры зависи щины гелие показаны н лючение с и устройств сканирова верхности ющих элек По крутизн от толщины я энергия роводимос боте [6], и и этом мож Ячейка для ы, 2 – зазе электроны, ный электро ОВАТОСТЕЙ П нтактную с и демпфир ки. При по втягивает в лием ячейк вого механ еля, из раб а, где внеш , наведенн ема и расч применен ройства мо рхностных тонкой пла апример, в имости по евой пленк на рис. 3. ледует отм во для оцен ния повер образца су ктронов на не и харак ы пленки термоакти сти путем характерн жно идент исследован емленный э , 5 – нейлон од. ПОДЛОЖЕК Н систему 10 рующим у одаче на ка внутрь себя у с образцо низма могу боты [9]. Ра шнее магни ным в свер чет характе нным в раб огут быть х электрон астинки по выполненн одвижности ки для ра метить, чт нки качест рхностным ущественн ад пленкой ктеру зави при фикси ивации в с сопоставл ный размер тифициров ния нанош электрод, 3 новая нить, НАД СВЕРХТЕК 0. Контактн устройством атушки пит я подвижну ом. См. такж ут быть пр абота меха итное поле рхпроводящ еристик эл боте [7]. Дл использов нов. При омещается ую в виде и поверхно зличных п о в данной тва поверх ми электро но влияет н й сверхтек симости п ированной случае акти ления с тео р шерохова вать размер шероховатос – жидкий , 6 – прижи КУЧЕЙ ПЛЁН ная систем м при пере тающего то ую катушк же рис. 1, б именены э анизма осн соленоида щем цилин лектронног ля повыше вана квазио этом иссл на профил ряда диэл остных эле подложек й работе пр ности подл онами. Ш на проводим учего гели проводимос температу ивационно орией, рас атости на п р наношер тей подлож й гелий, 4 – имающий эл НКОЙ He 853 ма 10 слу- емещении ока непо- ку, подтя- б. элементы нована на а взаимо- ндре. Из- го транс- ения чув- одномер- ледуемая лирован- лектриче- ектронов из работ риведена ложек на Шерохова- мость ле- ия на об- сти элек- уре опре- ого меха- ссмотрен- поверхно- роховато- жек: 1 – – поверх- лектрод, 7 854 стей от д Предл тостей п электрон представ ную яче электрод ремещаю устройст ировать ЦИТИРО 1. Ж. И 2. В. Б (Мо 3. В. С 4. W. T 5. Ф. Ф Р. Л 6. D. C 7. А. В 8. E. A 9. Sh.- 10. K. K 11. J. K (200 12. I. E. 13. E. S Рис. 3. За пленки н ложки, (б (включая А. долей наном ложена схе путем ана нов над п вляет собой йку с гори дами подло ются с пом тво позвол толщину н ОВАННАЯ И. Алферов, Ф Б. Шикин, Ю. осква: Наука: С. Эдельман, У T. Sommer an Ф. Менде, Ю. Лейдерер, С. Н Coimbra, S. S. В. Смородин, В Andrei, Phys. R -C. Liu, G. Lab Kono, U. Albre Klier, I. Doices 08). . Dzyaloshinsk S. Sabiski and C ависимости на подложка б) зависимо я данные из . В. СМОРОД метра до 10 ема устрой ализа изме ленкой с й камеру д изонтально ожкой, кот ощью элек яет операт насыщенно Я ЛИТЕРА Физика и тех . П. Монарха, 1989). УФН, 130: 675 d D. J. Tanner З. Ковдря, В. Назин, В. Ши Sokolov, J-P. В. А. Никола Rev. Lett., 52: bbe, and G. G. echt, and P. Le scu, P. Leidere kii, E. M. Lifsh C. H.Anderson и транспорт ах: (а) зави сти подвиж [5, 10, 11]). ДИН, В. А. Н 02 нм. йства для и енений пр изменение для сверхт о располож торые в ве ктромехан тивно прог ой пленки. АТУРА хника полупр , Двумерные з 5 (1980). r, Phys. Rev. L . А. Николаен кин, ФНТ, 34 Rino, and N. аенко, С. С. Со 1449 (1984). Ihas, J. Low T eiderer, J. Low er, and V. Shik hitz, and L. P n, Phys. Rev., а та левитиру исимость под жности элек . НИКОЛАЕНК исследован роводимос ем ее толщ текучего ге женной на ртикально ической тя граммируе . роводников, 3 заряженные с Lett., 27: 1346 нко, ФНТ, 11 4: 489 (2008) ( Studart, Phys околов, ФНТ, Temp. Phys., 14 w Temp. Phys. kin, J. Low Tem . Pitaevskii, A A7: 790 (1973 ующих элек движности тронов от d − О ния нанош ти левити щины. Ус елия и изм д измерите ом направл яги. Предл мым образ 2, № 1: 3 (199 системы в гел 6 (1971). : 646 (1985) (а (б). s. Rev. B, 73: 1 , 34: 751 (2008 45: 165 (2006 , 83: 423 (199 mp. Phys., 150 Adv.Phys., 10: 3). ктронов от для ситалл −2 для ряда п шерохова- ирующих стройство меритель- ельными лении пе- ложенное зом варь- 98). лии а); 1 (2006). 8). 6). 91). 0: 212 165 (1961). б толщины ловой под- подложек

Анализ наношероховатостей подложек с использованием левитирующих электронов над сверхтекучей плёнкой гелия

Репозитарії

Схожі ресурси