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1、 第 6 期 王加科 ，等：AF M制备纳米氧化点的研究 1 0 5 级跃迁到水膜中， 使得针尖一 样品表面的水分子减 少， 生成了H 和O H一 ， 在电场作用下， 流动到S i 表 面并发生反应 ： Si +2 H2 o + S i O2 +2 H2 T 得到的S iO z 的尺寸为宽度 1 0 - - 1 0 0 n m、 高度为 1 1 0 n m， 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 CS P M5 5 0 0多 功 能 S P M 系 统 ， 探 针 为 俄 罗 斯 NT MD T公 司的 NS G1 1 W
2、u C导 电探针 。采用 n 型S i ( 1 0 0 ) 作为实验基底 ， 电阻率为5 7 f c m， 表面 R a 0 5 n m。将 S i 片浸泡在 2 的HF溶 液 中5 rai n ， 使其钝化， 降低其亲水性， 减少表面吸附水分子的数 量， 降低由于水分子的毛细作用所带来的干扰 。 A F M 腔体 内的环境湿度 由外接湿度控制器实 现 ， 控制范围为4 O 7 O ， 最小变化湿度为 1 。环 境湿度的检测 由AF M 自带湿度传感器完成 ， 测量范 围为0 -1 0 0 ， 精度为0 5 。实验选取的环境湿度 分为 4 0 、 4 5 、 5 0 、 5 5 、 6 0 、
3、 6 5 和7 0 ； 外接偏 置 电 压 分 别 为 6 5 V、 7 V、 7 5 V、 8 V、 8 5 V、 9 V 和 9 5 V。实验始终保 持接触模式 ， 温度保持在 2 2 ， 扫描 速度 为 5 g m s 。为 了保证实验的精度 ， 氧化加 工在 S i 片的不同位置进行 ， 而并未更换基底 ， 以对 比各点的氧化效果。 3 结果与分析 3 1 偏置 电压的影响 根据 C a b r e r a 与 Mo r t 的薄膜氧化理论隋 ， 可知氧 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
4、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 ； 为空隙离子克服扩散所需的能量； 甜为随温度 的改变量 ； V 为偏置电压。 从式( 1 ) 中可知， 氧化点高度 h随偏置电压 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 ， 保持环境温度 2 2 ， 环境湿度 5 0 ， 氧化 时间 8 s 不 变时， 不同偏置电压 ( 每次变化 0 5 V) 下得到氧化点 尺寸大小如表 1 所示。 表1 不同偏置电压得到的氧化点尺寸 如表1 所示， 氧化点的半径和高度正比于
5、偏置 电压。图2 为氧化点尺寸随偏置电压的变化曲线 ， 同样可以看出这一趋势。 量 专 参 l 釜 星 壹 焉 l 垂 2 5 0 雷 耄 0 6 5 7 75 8 8 5 9 9 5 B i a s v o l t a g e ) ( a ) 为氧化点半径与偏置电压的关系 一 _ 呈 6 善 4 童 2 誉 0 6 5 7 7 5 8 8 5 9 9 5 B i a s v o R a g e ( V) ( b 1 ( b ) 为氧化点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 不同偏置电压条件下得到的氧化点表面形貌如 图 3 所示 。 图 3 不同偏置电压 条件 下形成 的氧化
6、点表面形貌 实验结果与预期吻合 ， 即氧化点尺寸随偏置电 压的增加而增加。 3 2 环境湿度的影响 为了得到环境湿度对氧化点尺寸的影响， 保持 环境温度 2 2 ， 偏置 电压 8 V， 氧化时间 8 s 不变时 ， 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：A F M制备纳米氧化点的研究 1 0 7 压、 环境湿度( 及其他环境条件) 、 样品的材料、 探针 形状和加工速度都将对氧化点的尺寸产生影响。实 验表明 ， 氧化点 的尺寸随偏置电压和环境湿度的增 大而增大， 但过高的偏置电压和环境温度将会造成 氧化点表面产生 台阶现象 。环境温度 2 2 ， 偏
7、置 电 压 8 V， 环境湿度 5 O ， 氧化时间8 s 对于 n 型 s i ( 1 o o ) 的氧化加工而言是相对合适的加工参数。 1 2 3 4 参考文献 Bi n n i n g G， Ro h r e r H， Ge r b e r C， e t a 1 Su r f a c e s t u d - i e s b y s c a n n i n g t u n n e l i n g mi c r o s c o p y J P h y s R e v L e t t ， 1 9 8 2 ， 4 0 ( 1 ) ： l 7 8 _ 1 8 1 金贞玉 浅谈自组装膜引导二氧化钛沉
8、积的研究 J 长 春理工大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ， 3 4 ( 2 ) ： 1 9 8 -1 9 9 S u n Z h ， Qi n S h An o d i c o x i d a t i o n n a n o - f a b r i c a t i o a t d i f f e r e n t p a r a me t e r s b y A FM l J 1 S e mi c o n d u c t o r Te c h n o l o g y ， 2 0 0 6 ， 3 1 ( 1 0 ) ： 7 5 1 - 7 5 3 Ku r a mo c h i H， P
9、e r e z -M u r a n o F， Da g a t a J A ， e t a 1 ( 上接第 1 4 8 页) 5 苏广川 强噪声环境下汉语语音识别的模糊分类算法 J 北京理工大学学报 ， 1 9 9 7 ， 1 7 ( 6 ) ： 6 8 6 - 6 9 0 6 He r ma n s k y H， Mo r g a n NR AS T A p r o c e s s in g o f s p e e c h J I E E E T r ans a c t i o n s o n S p e e c h and Au _ - d i o P r o c e s s i n g
10、 ， 1 9 9 4 ， 2 ( 4 ) ： 5 7 8 5 8 9 7 He r ma n s k y H， Mo r g an N， Hi r s c h H GR e c o g n i t i o n o f s p e e c h i n a d d i t i v e a n d c o n v o l u t i o n a l n o i s e b a s e d o n R AS T A s p e c t r a l p r o c e s s i n g C I E E E I n t e ma t i o n a l Co n f e r e n c e o n Ac
11、 o u s t i c s ，S p e e c h， and Si gn a l P r o c e s s i n g ( I C AS S P ) ， 1 9 9 3 ： 8 3 8 6 8 F u j i o k a K， Mi y a n a g a Y A n e w n o i s e r e d u c t i o n me t h o d o f s p e e c h s i g n a l wi t h r u n n i n g s p e c t r u m fi l t e r i n g C I n t e r n a t i o n a l S y mp o
12、s i u m o n I nte l l i g e nt Si gn a l Pr o c e s s i n g and Co mmu n i c a t i o n S y s t e ms ， 2 0 0 4 ： 1 7 3 -1 7 6 9 Ha y a s a k a N， Mi y a n a g a Y， Wa d a NRu nni n g s p e c - t r u m fi l t e r i n g i n s p e e c h r e c o g n i t i o n C I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c
13、e o n S o f t Co mp u t i n g and I n t e l l i g e n t S y s t e rns( S C I S ) ， 2 0 0 2 ： 1 5 4 -1 5 7 1 0 Ha y a s a k a N， Kh a n k h a v i v o n e K， Mi y a n a g a Y， e t a 1 Ne w r o b u s t s p e e c h r e c o g ni t i o n b y u s i n g n o n l i n e ar 5 6 7 8 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 Fara d a
14、i c c u r r e n t d e t e c t i o n d u r i n g ano d i c o x i d a t i o n o f t h e H- p a s s i v a t e d p - S i ( 0 0 1 ) s u r f a c e wi t h c o n - t r o l l e d r e l a t i v e h u mi d it y J Nano t e c hno l o g y ， 2 0 0 4 ， 1 5 ( 3) ： 2 9 7 3 O 2 Li X， Han LNa n O f a b ric a t i o n o
15、f mu l t i -l a y e r p a 卜 t e rn wi t h AF M o x i d a t i o n J Mi c r o f a b r i c a t i o n Te c h n o l o g y ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 2 6 3 0 W a n g Y， Z h e n g L， Hu X， e t a 1 Na n o f a b r i c a t i o n i n d i f f e r e n t f a b ri c a t i o n p aram e t e r s b y AF M J J o u ma l o f Ti a n j
