研究与评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志
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ISSN: 2321 - 6212
中华民国台湾新北市明智科技大学电子工程系及有机电子研究中心
收到的日期: 01/08/2017;接受日期:23/08/2017;发布日期: 30/08/2017
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000187
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接触雷竞技网页版模式原子力显微镜(c-AFM)研究实现了在硅母片上制造的纳米结构复制到铝表面上的高保真纳米成型工艺。由于AFM尖端的尺寸有限，纳米结构的AFM图像显示了系统的伪影，从而限制了对纳米成型过程保真度的估计。在这封信中提出的定量分析能够提取必要的参数，以揭示纳米成型过程的高保真度，而纳米结构的真正宽度和深度仍然未知。该工作为纳米结构原子力显微镜领域的研究提供了一个方向，可以在存在系统伪影的情况下准确地分析数据。
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纳米结构的制备材料是纳米技术研究的关键因素[1，2]。不同的纳米制造工艺[3.-6]具有自身的优点和局限性，已被应用于各种场合。一种高速电化学纳米成型工艺[7]最近被引进来进行复制纳米结构从硅(Si)表面到铝(Al)表面的不同形状和尺寸。通过复制均方根粗糙度小于1纳米的光滑铝表面，证明了这种纳米成型工艺的高保真度[8]。在这里，在这封信中，我研究了通过原子力显微(AFM)表征从Si大师成型的纳米结构的高保真纳米成型过程。尽管AFM [9]用于广泛的样品特征[10-12]精度小于1纳米，特别是深度测量[13，14这种无损方法受到系统性的影响工件［15，16]同时扫描高纵横比纳米结构。由AFM尖端有限尺寸引起的伪影限制了表征过程。一般来说，AFM图像显示了精确的纳米结构的横向和垂直尺寸，垂直灵敏度高于横向灵敏度，前提是尖端到达结构的底部。纳米结构尺寸的定量测量揭示了纳米成型过程的高保真度，而纳米结构的实际尺寸仍然未知。这封信演示了一种从AFM图像中提取必要信息的方法，该方法具有系统的伪影，可以成功地用于常规的纳米技术观察。
电化学纳米成型工艺已在其他地方详细描述[7]，并在图1。简而言之，使用低电阻率(0.0015欧姆-厘米)的n型Si(100)样品作为主模具的衬底。利用FIB或电子束在Si衬底上制备了纳米结构光刻技术。然后在随后的铝(Al)电沉积中使用Si模具作为阴极。在氮气环境下的手套箱中进行了铝的电沉积。铝沉积在纳米结构的硅模具上形成一层厚厚的铝箔，由于硅和铝的粘附可调，可以机械地从硅模具上剥离。7]。剥去的铝箔显示了从硅母材中成型的纳米结构，其形状和大小被保存下来。
图1:说明样品制作过程的示意图。
所有的测量都是通过接触模式AFM(数字仪器纳米镜)进行的。雷竞技网页版为了测试成型技术的保真度，我将铝电沉积在一个由聚焦离子束(FIB)光刻制成的Si模具上。行光栅在30kev Ga-FIB束电流为10 pA的条件下，在Si表面圈定了周期为100 nm的主纳米结构。
图2给出了从硅母片上剥离铝箔的AFM图像。它描绘了铝的光滑表面，均方根粗糙度为1nm。由于硅母材表面的光洁度已经直接转移到模塑表面，因此铝模塑表面的光洁度是高保真纳米成型工艺的证据。这一结果证实了平面纳米成型工艺的高保真度。
图2:Al衬底的AFM俯视图图像。
在Si母材上制作了一个纳米结构，并进行了模压，以验证该工艺的高保真度同样适用于纳米结构表面。在Si master上的线光栅是为了这个目的而描绘的，并按照所示的过程成型图1。图3一所示为硅母片上光栅的AFM图像(3D图)图3 b图示了一个区域的AFM放大图像，由白色方块标记，以及相应的线光栅的高度轮廓。图3 c展示了模压铝表面的AFM图像，显示纳米图案从硅母已转移到铝。图3 d图中为一个区域的AFM放大图像，如图中黑色方块所示，以及相应的线光栅高度剖面。典型的高度轮廓的原始硅模具和模压铝箔也包括在内图3b及3d分别定量地表示两个表面的光滑度，两者相互一致。这表明原始硅模的均方根表面粗糙度已真实地复制到模压铝箔上。所示的一般特征图3定性地证明了纳米成型工艺的高质量。
图3:a)采用FIB光刻技术制作的模版硅模具AFM图像(三维曲面图)。b) (a)中白色正方形的放大图像和穿过线光栅的高度轮廓。(包括原始Si模具的相应高度轮廓进行比较)c)电化学成型的纳米图案铝箔的AFM图像(3-D表面图)。d) (c)中黑色方块的放大图像和模制线光栅的高度轮廓。(加入了相应的超光滑铝表面高度剖面进行对比)。
定量地说，在硅母片上的光栅的100纳米周期性被真实地模压在铝箔上，如图中的高度剖面所示图3 d。但复制线光栅的宽度和深度似乎与模具略有不同。对高度剖面的仔细观察表明，波峰是u型的图3 b而它是v字形的图3 d。这一观察结果表明，AFM尖端未能到达塑造样品的顶点底部，在高度剖面中描绘v型顶点。与纳米结构的宽度和深度相关的明显差异因此是由AFM尖端的有限尺寸引起的系统伪影，并且可以在示意图的帮助下很好地解释图4。
图4:说明由AFM尖端有限尺寸引起的图3高度轮廓中的系统伪影的示意图。
当AFM尖端在主光栅和模制光栅上扫描时，其顶端的形状与光栅的突出部分弯曲，从而创建高度轮廓的凸部分。当它到达光栅的槽时，有限大小的柄阻止它到达底部。结果，高度剖面显示的尖端，如示意图所示(图4)。模具的保真度可以通过比较W类风湿性关节炎/ W妈和H国会议员/小时rp在图4，其中W类风湿性关节炎和W妈是否分别在模制光栅和主光栅中从其顶部表面的相同深度(d)处测量到波峰的表观宽度?Hrp和H国会议员是对应高度剖面中尖的深度。W的等式类风湿性关节炎/ W妈和H国会议员/小时rp衡量复制的真实性。值得注意的是，原始宽度W罗依和W莫模制光栅和主光栅上的波峰不需要直接测量，以测试模制的保真度。根据所示的测量高度剖面图3， both H国会议员/ H (15 nm/10 nm)和W类风湿性关节炎/ W妈(84 nm/ 56 nm)的计算值为1.5，定量地支持了成型技术的高保真度。因此，受系统伪影影响的AFM图像甚至可以提供足够的信息来分析样品表面纹理而不产生任何歧义。
在AFM测量的帮助下，已经报道了高保真的纳米成型过程，但由于AFM尖端尺寸有限，AFM图像本身受到系统伪影的影响。虽然尖端尺寸大于扫描下的纳米结构;它仍然能够提供精确的信息，以揭示纳米成型过程的高保真度。因此，正确的AFM图像分析是利用纳米结构信息而无需不必要的表面表征技术(如SEM)的关键问题。随着纳米技术的出现及其在从生物研究到空间研究等各个领域的应用，AFM正被越来越多的研究人员定期使用。[17，18]。因此，对AFM图像的解释有必要有一个基本的了解，否则可能导致研究工作的错误结论。这封信中介绍的工作对于使用AFM进行纳米结构表征以准确分析数据的研究人员来说是至关重要的。
实验工作在台湾中央研究院原子与分子科学研究所完成。
