Статья

Название статьи МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК V-ОБРАЗНОГО КАНТИЛЕВЕРА НА ОСНОВЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
Автор А.В. Быков
Рубрика РАЗДЕЛ IV. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Месяц, год 10, 2016
Индекс УДК 629.052.7
DOI 10.18522/2311-3103-2016-10-129138
Аннотация Целью работы является разработка модели поликремниевого кантилевера с балкой треугольной формы и получение с её помощью зависимостей влияния геометрических па-раметров на чувствительность кантилевера. Это позволит провести оптимизацию конструкции кантилеверов, которые используются в атомно-силовой микроскопии с оптической системой регистрацией отклонения, при выборе в качестве материала балки поликристаллического кремния вместо монокристаллического. В статье представлены результаты численного моделирования с использованием метода конечных элементов. Выбрана одна из базовых конструкций кантилевера, включающая треугольную балку и остриё. Принято допущение, что такая балка, выполненная из поликристаллического кремния, закреплена с одной стороны и имеет следующие начальные размеры: толщина 2 мкм, ширина 14 мкм и длина 100 мкм. На свободной острой части балки расположено остриё из того же материала высотой 10 мкм с радиусом основания 3 мкм, и радиусом закругления вершины острия 30 нм. В модели также учтена форма свободного края балки, получаемая в процессе изготовления кантилеверов. Фиксированными оставались параметры материала и размеры острия. Выполнено численное моделирование влияния длины, толщины кантилевера и силы прижима на отклонение и резонансную частоту. При этом их значения изменялись в диапазонах 50–200 мкм, 0,5–3,0 мкм и 0,05–1,1 мкН. Рассчитанные значения от-клонения вершины острия кантилевера с треугольной формой балки при статическом воздействии составили 4–86 нм, а резонансной частоты – от 37 кГц до 3,6 МГц. Результаты, полученные в работе, позволят выработать рекомендации к проектированию конструкции кантилевера с балкой треугольной формы, её оптимизации, а также выявить предварительные конструктивно-технологические особенности до этапа организации технологической линии по производству кантилеверов на основе поликристаллического кремния.

Скачать в PDF

Ключевые слова Наносистемная техника; кантилевер; отклонение кантилевера; поликристаллический кремний; атомно-силовая микроскопия.
Библиографический список 1. Bhushan B. Springer Handbook of Nanotechnology. – Heidelberg: Dordrecht: London: New York: Springer, 2010. – 1964 p.
2. Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope // Jpn. Phys. Rev. Lett. – 1986.
– Vol. 56, No. 9. – P. 930-933.
3. Агеев О.А., Беляев А.Е., Болтовец Н.С., Конакова Р.В., Миленин В.В., Пилипенко В.А. Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС. – Харьков: НТК “Институт монокристаллов”, 2008. – 392 с.
4. Агеев О.А., Сюрик Ю.В., Климин В.С., Федотов А.А. Получение нанокомпозитных поли-мерных материалов, модифицированных углеродными наноструктурами, на основе НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2009. – № 1 (90). – С. 135-142.
5. Коноплев Б.Г., Агеев О.А., Смирнов В.А., Коломийцев А.С., Ильин О.И. Модификация зондовых датчиков-кантилеверов для атомно-силовой микроскопии методом фокусиро-ванных ионных пучков // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 4. – С. 4-8.
6. Ageev O.A., Kolomiytsev A.S., Bykov A.V., Smirnov V.A., Kots I.N. Fabrication of advanced probes for atomic force microscopy using focused ion beam // Microelectronics Reliability.
– 2015. – Vol. 55, Issue 9-10. – P. 2131-2134.
7. Ageev O.A., Kolomiitsev A.S., Konoplev B.G. Formation of Nanosize Structures on a Silicon Substrate by Method of Focused Ion Beams // Semiconductors. – 2011. – Vol. 45, No. 13.
– P. 89-92.
8. Агеев О.А., Быков А.В., Коломийцев А.С., Коноплев Б.Г., Рубашкина М.В., Смирнов В.А., Цуканова О.Г. Исследование методов модификации зондов для атомно-силовой микро-скопии критических размеров осаждением углеродных нанотрубок // Известия высших учебных заведений. Электроника. – 2015. – Т. 20, № 2. – С. 127-136.
9. Ageev O.A., Balakirev S.V., Bykov Al.V. [et al]. Development of new meta-materials for ad-vanced element base of micro- and nanoelectronics, and microsystem devices // In: Advanced Materials – Manufacturing, Physics, Mechanics and Applications. Parinov, Chang, Topolov (Eds.). Springer International Publishing Switzerland, 2016. – P. 563-580.
10. Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Коломийцев А.С., Гамалеев В.А., Коц И.Н., Быков А.В. Ис-следование режимов жидкостного травления жертвенного слоя SiO2 для формирования микромеханических структур на основе Si*/SiO2/Si // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 2 (163). – С. 236-245.
11. Гусев Е.Ю., Житяева Ю.Ю., Быков А.В., Бесполудин В.В. Исследование электрофизиче-ских свойств пленок поликристаллического кремния для создания микроэлектромехани-ческих систем // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 9 (170). – С. 126-134.
12. Быков А.В. Конструктивно-технологические особенности кантилеверов для атомно-силовой микроскопии // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 9 (158).
– С. 141-151.
13. Ansari M.Z., Cho C., Kim J. [et al.] Comparison between Deflection and Vibration Character-istics of Rectangular and Trapezoidal profile Microcantilevers // Sensors. – 2009. – Vol. 9.
– P. 2706-2718.
14. Senturia S.D. Microsystem design. Kluwer academic publishers: New York: Boston: Dordrecht: London: Moscow, 2002. – 689 p.
15. Гусев Е.Ю., Гамалеев В.А., Михно А.С., Быков А.В., Житяева Ю.Ю. Оптимизация конст-рукции контактно-металлизационной системы пьезокантилевера для атомно-силовой микроскопии // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 9 (158). – С. 158-165.
16. Алексеев А.Н., Соколов И.А., Агеев О.А., Коноплёв Б.Г. Комплексный подход к технологи-ческому оснащению центра прикладных разработок. Опыт реализации в НОЦ «Нанотех-нологии» ЮФУ // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – С. 207-210.
17. Агеев О.А., Быков В.А. Технологическое оборудование для создания наносистемной техники // Нанотехнологии Экология Производство. – 2010. – № 5. – С. 68-70.
18. Достанко А.П., Аваков С.М., Агеев О.А. [и др.]. Технологические комплексы интегри-рованных процессов производства изделий электроники. – Мн.: Белорусская наука, 2016. – 251 с.
19. Сеченов Д.А., Касимов Ф.Д., Агаев Ф.Г., Светличный А.М., Агеев О.А. Активируемые процессы микроэлектронной технологии. – Баку: Изд-во ЭЛМ, 2000. – 258 с.
20. Агеев О.А., Достанко А.П., Толочко Н.К., Бордусов С.В. Интенсификация процессов формирования твердотельных структур концентрированными потоками энергии. – Мн.: Бестпринт, 2005. – 682 с.
21. Anshu M.G., Dinesh S.R. Modelling and Eigen frequency analysis of piezoelectric cantilever beam // International Journal of Engineering Science. – 2014. – Vol. 3, No. 7. – P. 52-59.
22. Zhang Y., Murphy K.D. Static and Dynamic Structural Modeling Analysis of Atomic Force Microscope // Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology.
– 2009. – P. 225-257.
23. Shaik R.S., Sai V., Logesh S. Modelling and simulation of cantilever sensor using COMSOL Multiphysics // International Journal of engineering, technology, management and research.
– 2014. – No. 1. – P. 6-8.
24. Sader J.E. Parallel beam approximation for V-shaped atomic force microscope cantilever // Review of Scientific Instruments. – 1995. – Vol. 66. – P. 4583-4587.
25. Быков А.В. Моделирование отклонения кантилевера на основе поликристаллического кремния // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 9 (170). – С. 144-153.

Comments are closed.