В. А. Быков, Т. Г. Матюшин
Сканирующая зондовая микроскопия возникла в начале 80-х годов 20-го века. Существенное развитие рынка СЗМ началось после изобретения сканирования вибрирующим на резонансной частоте кантилевером – «теппинг» мода. В последние годы были разработаны системы адаптивной логики, позволяющие создавать приборы с элементами искусственного интеллекта, что существенно снижает требования к уровню пользователя приборов. Уже в настоящее время в функциях приборов введена возможность быстрого, автоматического подбора параметров сканирования, что делает атомно-силовые микроскопы доступными для технологов, материаловедов и, даже, школьников, дает возможность получать высококачественное изображение топографии поверхности.
Современные модели АСМ N-Lekta позволяют полностью автоматически настраивать параметры сканирования в АСМ: амплитуда колебаний кантилевера, значение рабочей амплитуды колебаний, коэффициент усиления обратной связи, скорость сканирования. А разработанные алгоритмы на основе искусственного интеллекта и нейросетей проводить базовую интерпретацию полученных результатов. Для исследования фрагментов интегральных схем создана мощная система – полуавтоматический сканирующий зондовый микроскоп N-Lekta LR200, позволяющий работать с объектами площадью 200х200 мм и при этом получать атомарное разрешение, эффективно и многократно производить исследования фрагментов интегральной схемы в различных участках пластины.
Рис.2. Примеры измерений свойств поверхностей на системе N-Lekta
Для работы в производственных и лабораторных условиях были разработаны специальные системы для повышения повторяемости результатов измерения — система термостабилизации с градиентом температуры менее 0,05 град; активная система защиты от вибраций и шума способная эффективно подавлять вибрации в полосе частот 0,1 – 100 Гц при нагрузках до 140 кг со временем выхода на режим менее 3 с и система высокоточных линейных приводов по осям X и Y c повторяемостью положения менее 0,03 мкм.
Для исследования объектов в комбинированных режимах атомно-силовой микроскопии и спектроскопии, в том числе комбинационного рассеяния (Рамановская спектроскопия) разработана новая система – N-Lekta Rainbow, позволяющая работать c пятью лазерами.
Методика информативна для изучения, в том числе, сегнетоэлектриков, предельно тонких углеродных материалов – графены, углеродные нанотрубки, слоистые полупроводники, а также квантовых точек, нанопроволок и других материалов, активных в комбинационном рассеянии.
Можно уверенно констатировать, что к настоящему времени в России выполнены разработки и организовано производство практически полного, за исключением сверхвысоковакуумных СЗМ, комплекса приборов и методов для исследования микро и наноструктур с использованием сканирующих зондовых микроскопов. Для лабораторий – созданы приборы линии N-Lekta SR 40, для системы образования в школах и колледжах — бюджетные, но достаточно мощные N-Lekta SR12. Следует отметить, что развитие наноэлектроники, создание новой элементной базы дают возможность дальнейшего совершенствования приборов и программного обеспечения, внедрять системы искусственного интеллекта, увеличивать вычислительные мощности при использовании современной элементной базы.