×
09.06.2019
219.017.7a12

Результат интеллектуальной деятельности: ЗОНДОВОЕ УСТРОЙСТВО

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к технике контроля материалов и изделий и может быть использовано при наноиндентировании, или в сканирующем зондовом микроскопе, для измерения электрических свойств поверхности материала с нанометровым разрешением. Зондовое устройство для измерения электрических параметров материалов содержит основание и электропроводящий зонд с заостренной контактирующей зоной, выполненный из легированного бором алмаза с содержанием примеси бора концентрацией 1×10 см. Кроме того, в качестве легирующей примеси используют дополнительно азот, мышьяк, фосфор, галлий, индий. Алмазный зонд находится в контакте с исследуемой поверхностью с возможностью прикладывания между зондом и образцом напряжения и измерения тока. Использование полупроводникового алмаза позволяет изготовить зонд с намного превосходящими аналоги механической прочностью, химической устойчивостью, износостойкостью. Особенностью устройства является широта спектра исследуемых материалов, включая сверхтвердые. Зонд позволяет работать с токами высокой плотности и обеспечивает хороший теплоотвод из рабочей зоны. 2 ил.

Изобретение относится к технике контроля материалов и изделий и может быть использовано при наноиндентировании, или в сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ), для измерения электрических свойств поверхности сверхтвердых материалов с нанометровым разрешением, а также тонких многослойных покрытий находящихся на электропроводящих и диэлектрических подложках.

На сегодняшний день известны зонды для определения электрических и механических свойств материала, изготовленные из различных твердых металлов и сплавов. Выбор материала зонда обуславливается тем, что его твердость должна превышать твердость исследуемого материала и в процессе измерения зонд должен пластически модифицировать исследуемый материал. Существующие на сегодняшний день зонды не удовлетворяют этим требованиям при измерении электрических и механических характеристик алмаза и других сверхтвердых проводящих и полупроводниковых материалов.

Широко известны варианты изготовления проводящих зондов для СЗМ на основе кремниевых технологий. В большинстве способов выращивают кремниевое острие и покрывают его различными пленками (покрытиями) из износостойких, например алмаз, или проводящих материалов, например золота. Однако кремниевые зонды не удовлетворяют требованиям износостойкости и относительно быстро изнашиваются при измерении электрических характеристик кристаллических веществ в следствие относительно низкой твердости проводящего покрытия и адгезии покрытия к кремниевому основанию острия. В результате для контроля качества полупроводниковых микроэлектронных и наноструктур отсутствует возможность проводить длительные серии измерений одним зондом без дополнительных перекалибровок и т.п.

Методы изготовления электропроводящих зондов описаны в патентах (US №6787769, 5516404, 5178742), но в этих случаях зонд выращивают методами осаждения проводящего вещества на кремниевое основание и он не может быть использован для наноиндентирования твердых веществ.

Известна зондовая головка для измерения параметров кристаллов (пат. РФ №2076392, МПК H01L 21/66, приоритет 22.05.81), содержащая основание, на одной стороне которого размещены контакты, механизм прижима, и упоры, расположенные над контактами с возможностью взаимодействия с механизмом прижима. Обратная сторона основания полностью металлизирована и заземлена, а к ней присоединены заземляющие контакты головки. В основании выполнено отверстие, размеры которого больше размеров измеряемого кристалла. Упоры выполнены из сапфира. Устройство позволяет измерять СВЧ параметры. Однако такая зондовая головка имеет ограничение по твердости измеряемых образцов.

Известен наконечник для измерения механических свойств материалов (пат. РФ №2126536 с приоритетом от 31.10.96, МПК G01N 3/40), который изготовлен из углеродного материала - ультратвердого фуллерита, полученного на основе молекул углерода С60. Твердость наконечника превышает твердость алмаза, что позволяет измерять механические параметры, например модуль юнга, коэффициент вязкости сверхтвердых материалов, в том числе без разрушения поверхности. Такой наконечник использован в качестве зонда атомно-силового микроскопа, позволяющего индентировать и царапать поверхность с возможностью последующего изображения области индентирования. Преимуществом при использовании зонда с таким наконечником является возможность измерения механических свойств сверхтвердых материалов. Недостатком является невозможность измерять электрические свойства поверхностей.

Известен сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ) и способ измерения свойств поверхностей этим микроскопом (пат. РФ №2109369 с приоритетом от 18.11.96, МПК H01J 37/28), содержащий зонд с тонкой иглой из проводящего материала, например вольфрама. Микроскоп снабжен схемой возбуждения колебаний зонда и устройством для измерения частоты и амплитуды колебаний зонда, соединенным со схемой управления. Зонд выполнен в виде резонатора. Между иглой зонда и исследуемым образцом прикладывают постоянное напряжение и перемещают образец относительно иглы. При этом возбуждают колебания зонда с иглой, а перемещение исследуемого образца производят при поддержании постоянного значения амплитуды и частоты колебаний зонда, или тока между иглой и образцом путем измерения и фиксации текущих значений указанных параметров и сигналов, поступающих на механизм перемещения зонда, для поддержания постоянным выбранного параметра. Недостатком зонда с вольфрамовой иглой является слишком низкая твердость вольфрама, а следовательно, быстрый износ зонда и невозможность измерения кристаллических полупроводников.

Наиболее близким техническим решением является зондовое устройство для измерения электрических параметров полупроводниковых материалов (патент РФ №1812579, МПК H01L 21/66, публ. 30.04.93), содержащее диэлектрический корпус, электропроводящие зонды с рабочей заостренной контактирующей зоной, причем рабочая заостренная контактирующая зона выполнена по контуру поверхности зонда из композитов основного металла зонда, состоящего из стали с диффузионным переходом стали в слой твердого сплава (например ВК-6), а затем от твердого сплава к слою благородного металла (например, серебра), выходящему на внешнюю поверхность зондового контакта.

Достоинством такого зондового устройства является то, что оно позволяет повысить износостойкость изделия при снижении переходного сопротивления.

Недостатком такого зондового устройства является малая твердость используемых материалов, уступающая твердости алмаза в три раза. Такое устройство не позволяет измерять сверхтвердые и высокотемпературные полупроводниковые материалы (например, карбиды, нитриды и бориды кремния, вольфрама, молибдена).

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание нового электропроводящего зонда с высокой механической прочностью, износостойкостью и химической устойчивостью для измерения электрических свойств поверхности полупроводниковых и сверхтвердых материалов с нанометровым разрешением.

Выбор материала зонда обуславливается тем, что его твердость должна не уступать или превышать твердость исследуемого материала и в процессе измерений зонд не должен разрушаться исследуемым материалом, при этом материал зонда должен обеспечивать высокую электро- и теплопроводность.

Поставленная задача достигается тем, что зондовое устройство содержит основание и электропроводящий зонд с рабочей заостренной контактирующей зоной, причем электропроводящий зонд с рабочей заостренной зоной выполнен из полупроводникового алмаза, легированного, например, бором, азотом, мышьяком, фосфором, галлием, индием. Такое зондовое устройство позволяет работать с токами высокой плотности и обеспечивает хороший теплоотвод из рабочей зоны благодаря высокой теплопроводности алмаза.

На фиг.1 приведена схема зондового устройства.

На фиг.2 приведены вольтамперные характеристики (ВАХ) исследуемых материалов, измеренные зондовым устройством.

Предлагаемое зондовое устройство представляет собой заостренный зонд 2, выполненный из полупроводникового алмаза, закрепленный на электропроводящем основании 1. Между зондом и основанием обеспечен электрический контакт, например, пайкой, приклеиванием с использованием электропроводящего клея, механически и т.д., 3 - исследуемый материал, 4 - прибор для измерения тока (амперметр).

На фиг.2 приведены вольтамперные характеристики, измеренные зондовым устройством, использующим зонд, изготовленный из полупроводникового алмаза с концентрацией примеси бора 1×1016 см-3. Кривая (1) измерена на проводящем алмазе с концентрацией примеси бора 5.5×1017 см-3 и имеет диодный характер. Кривая (2) измерена на поверхности кремневой микросхемы. Кривая (3) измерена на золоте и имеет металлический характер проводимости.

Устройство работает следующим образом. Электропроводящий зонд с рабочей заостренной зоной, выполненный из полупроводникового алмаза с концентрацией примеси бора 1×1016 см-3 вводят в контакт с поверхностью исследуемого сверхтвердого материала, например, алмаза с концентрацией примеси бора 5.5×1017 см-3. Путем перемещения основания устанавливают глубину внедрения заостренной зоны в поверхность образца на 10 нм. Между зондом и образцом прикладывают электрическое напряжение U и измеряют ток прибором измерения тока 4. Кривая 1 на фиг.2 показывает измеренную таким образом вольтамперную характеристику.

Описанное зондовое устройство успешно использовано для измерения электрических свойств и вольтамперных характеристик сверхтвердых и полупроводниковых материалов (легированный алмаз, борид магния, кремний, оксид олова). Отсутствие наблюдаемых повреждений при многократном приложении нагрузки на зонд при снятии ВАХ показало высокую износостойкость и механическую прочность алмазного зонда. При позиционировании зондового устройства на поверхности образца достигнуто разрешение порядка десятков нанометров при измерении электрических свойств образца.

Зондовоеустройстводляизмеренияэлектрическихпараметровматериалов,содержащееоснованиеиэлектропроводящийзондсзаостреннойконтактирующейзоной,отличающеесятем,чтозондвыполненизлегированногоборомалмазассодержаниемпримесибораконцентрацией1×10см,крометого,вкачествелегирующейпримесииспользуютдополнительноазот,мышьяк,фосфор,галлий,индий,приэтомалмазныйзонднаходитсявконтактесисследуемойповерхностьюсвозможностьюприкладываниямеждузондомиобразцомнапряженияиизмерениятока.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 33 items.
10.01.2015
№216.013.17ab

Способ получения материала на основе углеродных нанотрубок

Изобретение может быть использовано при изготовлении изделий, работающих в агрессивных средах и повышенной температуре, таких как мембраны, фильтры, покрытия. Материал на основе углеродных нанотрубок получают газофазным осаждением в вертикальном CVD-реакторе 1, который предварительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537487
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.17af

Способ получения легированного алмаза

Изобретение относится к технологическим процессам получения легированных алмазов, которые могут быть использованы в электронике и приборостроении, а также в качестве ювелирного камня. Легированный алмаз получают методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) на подложку в реакционной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537491
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.02.2015
№216.013.28e6

Многочастотный резонатор на объемных акустических волнах

Изобретение относится к СВЧ электроакустике и является основой для создания стабилизированных генераторов сетки частот, узкополосных фильтров, высокочувствительных сенсоров и других СВЧ частотозадающих элементов для средств связи, автоматики и радиолокации. Технический результат - обеспечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541927
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.03.2015
№216.013.3087

Высокотвердый углеродный материал и способ его получения

Изобретение предназначено для аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности и обработки твёрдых и сверхтвёрдых материалов. На молекулярный фуллерен С или фуллеренсодержащую сажу с добавкой серосодержащего соединения воздействуют давлением от 0,2 до 12 ГПа и температурой от 0 до 2000 С. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543891
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.04.2015
№216.013.3e7d

Способ получения сверхтвердого композиционного материала

Изобретение может быть использовано для изготовления элементов аппаратов высокого давления, материалов с высокой износостойкостью, режущих инструментов, инструментов для бурения. Готовят исходную смесь, содержащую, масс. %: фуллерит C и/или C - 30-70; бор с размерами частиц до 2 мкм - 70-30. На...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547485
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.07.2015
№216.013.622b

Способ получения композитного материала на основе углерода и композитный материал

Изобретении может быть использовано в ракетно-космической и авиационной отраслях, при металлообработке, обработке природных и искусственных камней, твердых и сверхтвердых материалов. Способ получения композитного материала включает воздействие на смесь углеродсодержащего материала, наполнителя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556673
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.09.2015
№216.013.7f07

Способ двухступенчатого преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию

Изобретение относится к способу преобразования энергии ионизирующего излучения в ультрафиолетовое излучение. В заявленном способе предусмотрено использование диссоциирующего газа и преобразование ультрафиолетового излучения в электрическую энергию с помощью полупроводникового алмаза. Источник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564116
Дата охранного документа: 27.09.2015
20.11.2015
№216.013.91de

Способ преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию

Изобретение может быть использовано в электронике, приборостроении и машиностроении при создании автономных устройств с большим сроком службы. Способ преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию включает изготовление полупроводникового материала, состоящего из областей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568958
Дата охранного документа: 20.11.2015
13.01.2017
№217.015.6f44

Датчик координат очага возгорания

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам пожарной сигнализации, и предназначено для обнаружения очага возгорания в газодисперсных системах (сплошная фаза-газ) и определения его двумерных координат по тепловому излучению источника. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597466
Дата охранного документа: 10.09.2016
26.08.2017
№217.015.e8b7

Керамический материал на основе корунда и способ его получения

Изобретение относится к способу синтеза керамического материала на основе корунда, модифицированного углеродом. Материал может быть использован для изготовления пластин для бронежилетов, а также различных компонент изделий, требующих повышенной твердости. Техническим результатом изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627522
Дата охранного документа: 08.08.2017
+ добавить свой РИД