автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Исследование механизмов температурной нестабильности и разработка специализированных интегральных схем высокоточной термостабилизации для сканирующей зондовой микроскопии

004618696

На правах рукописи

ПЬЯНКОВ ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ / г;

I

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ТЕМПЕРАТУРНОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ И РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ВЫСОКОТОЧНОЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ДЛЯ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Специальность 05.27.01 -твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 ЛЕН 2010

Москва-2010

004618696

Работа выполнена на кафедре Интегральной электроники и микросистем

Московского государственного института электронной техники (Технического университета).

Научный руководитель:

д.т.н., проф. Крупкина Татьяна Юрьевна

Официальные оппоненты:

д.т.н., проф. Тимошенков С.П. к-т.н. Хартов C.B.

Ведущая организация:

ФГУП "НИИФП им. Ф. В. Лукина"

Защита диссертации состоится "27декабря"2010 г., в 16-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.134.01 при Московском государственном институте электронной техники по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ

Автореферат разослан

2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета: доктор технических наук, профессор

Крупкина Т. Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Для понимания свойств любого объекта необходимо знание его атомной структуры, поэтому исследование поверхностных структур -один из наиболее важных разделов физики поверхности. В настоящее время физика поверхностных явлений является одним из наиболее бурно развивающихся разделов науки. Фундаментальные исследования в этой области заложили основу для успешного развития совремешюй микро-'и наноэлектронпки.

Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) способны как измерять рельеф с атомарным разрешением, так и модифицировать его, что позволяет рассматривать данные приборы как один из базовых инструментов тиотехнолопш. Однако существует ряд проблем физического характера, накладывающих ограничения на функциональные возможности прибора. Например, одним из критических узлов современных СЗМ является система позиционирования зонда, на работу которой оказывают влияние многочисленные негативные факторы: термодрейфы, шумы, внешние акустические и механические вибрации, нелинейность, гистерезис, ползучесть (крип) и перекрестные помехи используемых пьезоманипуляторов. В результате уменьшается достоверность измерений, ухудшается точность и снижается предельное разрешение прибора.

В настоящее время задача получения корректного изображения рельефа поверхности решается посредством компьютерной обработки' полученных данных с использованием компенсирующих или исправляющих моделей, а также посредством использования аппаратных средств пассивной или активной коррекции.

Аппаратные и программные' методы подавления этих погрешностей обеспечивают уникальные возможности, связанные с созданием и отработкой процессов изготовления, исследования свойств наноэлектронных элементов, микро- и наиоэлсктромехапических систем и т.д. Уменьшение влияния погрешностей позволяет расширить спектр исследуемых'характеристик микро- и наноструктур.

Цель работы

Целью работы является исследование механизмов температурной нестабильности и разработка специализированных интегральных схем,

реализующих методы уменьшения температурного дрейфа зонда относительно образца в СЗМ.

Для достижения цели работы необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследование современных методов уменьшения воздействия негативных факторов, влияющих на точность системы позиционирования.

2. Анализ возможных способов высокоточного поддержания температуры на образце, разработка, моделирование и реализация комплекса специализированных интегральных схем, работающих совместно с микроконтроллером общего назначения, выполняющих метод высокоточного поддержания температуры.

3. Исследование механизмов температурной нестабильности внутри электронных систем управления и считывания данных, влияющих на точность системы позиционирования.

4. Исследование и разработка метода уменьшения температурного дрейфа, связанного с влиянием градиента температуры внутри измерительного блока.

5. Разработка и апробация методики калибровки измерительной части термоконтроллера повышенной точности.

6. Экспериментальная апробация разработанных методов при создании термоконтроллера повышенной точности, работающего в составе со сканирующими зопдовыми микроскопами «Иптегра» и «Солвер некст».

Научная новизна работы.

1. Разработана с использованием языка высокого уровня модель, описывающая способ высокоточного поддержания температуры на поверхности образца, реализуемый на основе системы специализированных микросхем,

2. Установлена и исследована зависимость температурного дрейфа кантилевера относительно образца в сканирующем зондовом микроскопе от температурной нестабильности блока обработки информации.

3. Предложен метод повышения точности измерения температуры исследуемого образца, базирующийся на термостабилизации измерительной части термоконтроллера сканирующего зондового микроскопа.

4. Предложена методика калибровки измерительной части термоконтроллера, обеспечивающая повышенную точность измерения температуры в расширенном диапазоне (от -200 до + 300 °С).

Практическая значимость работы.

1. Разработанные в диссертации методы явились научно-технической основой для создания и серийного производства ЗАО «Нанотсхнология МДТ» изделий ВТС01ШТ, ВТС015№Т и ВТСОбИТР, работающих совместно со сканирующими зовдовыми микроскопами «Солвер некст» и «Интегра».

2. Разработана программа для ЭВМ, позволяющая проводить расчет калибровочных коэффициентов и обеспечивающая повышение надежности и ускорение процесса калибровки термоконтроллера повышенной точности. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010616230 от 20 сентября 2010г.

3. Разработанные в диссертации вычислительные модели управления микросхемами АЦП и ЦАП использованы при модернизации лабораторного практикума но учебной дисциплине «Проектирование полузаказных БИС», входящей в учебный плац факультета электроники и компьютерных технологий МИЭТ.

На защиту выносятся положения.

1) Предложенный метод реализации высокоточного поддержания температуры на поверхности исследуемого образца с использованием разработанной системы специализированных интегральных микросхем и микроконтроллера общего назначения, обеспечивающего выполнение операций с плавающей точкой в пропорционально - интегрально - дифференциальном алгоритме поддержания температур.

2) Разработанный метод стабилизации градиентов температуры внутри электронных систем управления и считывания данных, обеспечивающий уменьшение температурного дрейфа зонда относительно образца примерно в 8 раз.

3) Методика калибровки измерительной части термоконтроллера, обеспечивающая повышенную точность измерения температуры в расширенном диапазоне (от -200 до + 300 °С).

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», ШТЕ11МАТ1С - 2008 (Россия, Москва, 2008); Ш-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Россия, Казань, 2008); Всероссийской научно-практической конференции молодых учепых и специалистов «Приоритетные направления современной российской науки глазами молодых ученых» (Россия, Рязань, 2009); 52 -й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Россия, Москва, 2009); Всероссийской молодежпой выставке-конкурсе прикладных исследований, изобретет»! и инноваций (Россия, Саратов,

2009); 17-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2010" (Россия, Москва, Зеленоград, 2010); Международной молодежной паучной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Россия, Республики Марий Эл, Йошкар-Ола,

2010)

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, включая 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 9 - в специализированном сборнике научных трудов, в материалах, сборниках научных трудов и тезисах докладов научно-технических конференций.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Объем работы составляет 131 страницу, работа содержит 92 рисунка, 14 таблиц, список цитируемых источников из 109 наименований, приложения занимают 41 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формируется цель и задачи работы, научная давши а, практическая значимость полученных результатов, а таюке положения, выносимые на защиту. Излагается краткое содержание работы.

В первой главе работы рассмотрены структура и принцип действия сканирующего зондового микроскопа, различные методики исследования поверхности, а таюке проведен обзор известных видов искажений СЗМ-изображений, природы их появления и методов их коррекции.

Рассмотрен состав основных блоков сканирующего зондового микроскопа и описан их принцип действия. Показан алгоритм определения СЗМ неровностей поверхности. Проведен обзор различных методик взаимодействия кантилевера с поверхностью и рассмотрены их основные отличия.

Описан ряд проблем, приводящих к затруднению позиционирования зонда относительно образца, в частности, описала проблема температурного дрейфа зонда относительно образца с течением времени (рис.1).

Рисунок 1 Смещение СЗМ-изображешм как следствие температурного дрейфа: а) изображение подложки ТССХ) I, в начальный момент времени; б) изображение подложки ТССЮ1 через 3 часа.

Проведен анализ известных способов коррекции искажений. На основе ироведениого анализа было принято решение о разработке

методов, уменьшающих влияние температурного дрейфа и работающих совместно с уже известными методами коррекции СЗМ-изображений.

Приведенные соображения обосновывают постановку задач диссертационного исследования, которой завершается первая глава работы.

Вторая глава работы посвящена разработке с использованием языка высокого уровпя модели, описывающей способ высокоточного поддержания температуры на поверхности образца, реализованной на основе системы специализированных микросхем.

Проанализировав несколько возможных вариантов реализации модели нами был выбран вариант, блок-схема которого представлена па рисунке 2. Блок-схема включает систему специализированных микросхем, работающую совместно с микроконтроллером общего назначения и реализующую высокоточное поддержание температуры. Для поддержания температуры выбран пропорциопально - интегрально — дифференциальный алгоритм, как обеспечивающий наибольшую точность из рассмотренных нами вариантов._

Контроллер мины

зс

к

о

Ш О 1_ О с; О часть

I

<£

Центральная

логика

ч/

Контроллер ввода вывода

Вычислитель

Рисунок 2 Блок-схема системы специализированных микросхем, реализующей способ высокоточного поддержания температуры па поверхности образца.

Для работы этого алгоритма необходимо проводить вычисления с плавающей точкой. Реализация этой функции в ПЛИС требует задействовать около 40 % имеющихся в пей ресурсов и является не достаточно быстродействующей. Необходимо введение специальных алгоритмов квантования для перевода чисел с плавающей точкой в

числа с фиксированной точкой. Поэтому для реализации этого алгоритма в модели нами был введен микроконтроллер общего назначения (вычислитель).

В процессе разработки модели была выработана структура, представленная на рисунке 3.

Е

истема

Ж

Контроллер АЦП

Л-

Блок оьравотки и преобразования

данных 5

Центральная логика

Контроллер ЦАП

_5

Контроллер цифровой

Ж

Б/iok "преобразования команд 2

Ж

<онтро/1лер >троцессорноР1: шины з

<0нтр0ллер шины USB

Ж

о

ПК

Контроллер > ввода вывода

Ж

Измерительный комплекс

;Вычислитель

Рисунок 3 термокошроллера.

Схема соединения основ!шх модулей

Центральная логика осуществляет управление внешней периферией в зависимости от команд, а также осуществляет фильтрацию даш1ых от датчиков.

Вычислитель — микроконтроллер общего назначения, осуществляет обработку данных, принятых от измерительных датчиков в зависимости от команд, полученных из ЭВМ.

Контроллер ввода — вывода организует обмен между центральной логикой и ЭВМ, хранит идентификационный номер устройства для использования его в составе измерительного комплекса, а также осуществляет загрузку функционально - логической схемы в центральную логику. В зависимости от способа включения термоконтроллера контроллер ввода-вывода работает либо с внутренней шиной измерительного комплекса, либо с контроллером USB.

Контроллер шины USB служит для обмена данными через внешнюю микросхему USB FIFO между универсальной последовательной ппшой USB и контроллером ввода — вывода. Контроллер тины USB был введен для возможности использования термоконтроллера в качестве самостоятельного модуля.

В процессе реализации модели, описывающей способ высокоточпого поддержания температуры, нами были разработаны функцнопальпо-логические схемы, обеспечивающие работу системы специализированных микросхем (рис. 4,5), а также программа управления микроконтроллером, проводящим вычисления с плавающей точкой (рис.6).

ннгео

Рисунок 4 Верхний уровень функционально — логической схемы контроллера шины USB.

Таким образом, во второй главе, на оспове разработанных блок-схем и функциопальпо - логических моделей, нами была построена модель, описывающая способ высокоточного поддержания температуры на поверхности образца, на языке высокого уровня Verilog. Модель приведена в приложении к диссертации.

Модель включает в себя разработанные функционально-логические модели, реализованные в комплексе специализированных интегральных микросхем, а также разработанную программу управления микроконтроллером общего назначения, реализующую пропорционально - интегрально — дифференциальный алгоритм поддержания температуры.

передачи контроллера шины ШВ.

Рисунок 6 Блок - схема алгоритма работы вычислителя.

Третья глава работы посвящена температурного дрейфа кантилевера

исследовашио относительно

зависимости образца в

сканирующем зоидовом микроскопе от температурной нестабильности блока обработки информации, а также разработке метода повышения точности измерения температуры исследуемого образца, базирующегося на термостабилизации измерительной части термоконтроллера сканирующего зондового микроскопа.

В процессе исследования прототипа термоконтроллера, BTC04NTF производства «Нанотехнология МДТ» нами был выявлеп фактор, влияющий па величину температурного дрейфа. Этот фактор связан с градиентами температуры внутри измерительного блока (рис.7). Так как в конструкции термоконтроллера помимо нагревательной части присутствует высокоточная апалоговая часть, регистрирующая показапия датчиков (рис.8), изменяющийся 1радиент температуры негативно влияет на интерпретацию получаемых данных, а, следовательно, и на точность поддержания температуры.

Для оцепки величины нестабильности, вызванной внутренними градиентами температуры, было проведено моделирование работы высокоточной аналоговой части в условиях изменяющейся температуры. Моделирование проводилось в среде Cadence 5.4.1 с помощью программы Spectre.

измерительном блоке.

Г—В

Рисунок 8 Принципиальная схема преобразования сигнала от датчика в дифференциальный сигнал для АЦП.

В качество измеряемого напряжения примем напряжение соответствующее 0°С. В нашем случае, это 4610мВ. В таблице 1 приведен листинг из среды Cadence 5.4.1, моделирующий изменения значения напряжения выходов "+АЦП" и "-АЦП" при изменении температуры окружающей среды на 25°С, с 27°С до 52°С.

Таблица 1 Результаты моделирования схемы преобразования сигнала от датчика (рис. 5), в диапазоне 27-52°С. _

"-АЦП" Темп.,"С "+АЦП" Темп.,°С

0.3214551 27.0 1.7265391 27,0

0.3215105 27.774 1.7264356 28.446

0.3216107 29.175 1.7263592 29.514

0.3217361 30.928 1.7262614 30.88

0.3218581 32.632 1.7261515 32.415

0.3219919 34.501 1.7260761 33.469

0.3221412 36.586 1.7259901 34.67

0.3222379 37.935 1.7258864 36.119

0.3223812 39.937 1.7257931 37.421

0.322.5139 41.789 1.72569D2 38.774

0.3226157 43.209 1.7255888 40.274

0.3227-759 45.445 ■ 1.7254811 41.776

0.322905 47.245 1.7253842 43.129

0.3230462 49.216 1.7252767 44.629

0.3231742 51.0 1.7251822 45.947

0.3232389 51.902 1.7250481 47.818

0.3232527 52.0 1.7249502 49.184

1.7248617 50.418

1.7247482 52.0

Из таблицы 1 можно рассчитать изменение дифференциального сигнала для АЦП. Для этого вычтем из значения "+АЦП", значение "АЦП" для 27°С и для 52°С.

Л[/27оС = 1.7265395 - 0.3214555 = 1,4050845

ЛХ]ЪТС =1.72474825 - 0.3232527В = 1,40149555 Аи21оС - Аи52<>с =3588,5мкВ

В нашем случае, для изменения показаний АЦП на 1 единицу, необходимо, чтобы дифференциальный сигнал изменился на 8мкВ. Значит, при изменении дифференциального сигнала на 3588,5мкВ выходные данные АЦП изменятся на 449 единиц АЦП, это соответствует изменению температуры примерно на 0,582°С. Следовательно, при поддержании обратной связи вычислитель термоконтроллера будет пытаться компенсировать несуществующее отклонение температуры на поверхности образца равное примерно 0,6°С.

На следующем этапе мы проиллюстрировали влияние градиента температуры внутри измерительного блока экспериментально (рис. 9, таблица 2). Измерения проводились с помощью прототипа термоконтроллера ВТС04ШТ. В качестве образца выбрали искусственную кристаллическую решетку производства компании «Нанотехнология МДТ» ТС()1. 1.2

1

0.8 0.6 0.4 02 0

а) 0.2 0.4 0.« 0.8 1 *™!.2б) 02 0.4 0.6 0.8 1 -Ц

Рисунок 9 Дрейф зонда относительно образца при поддержании постоянной температуры на образце с помощью прототипа термоконтроллера: а) начальный момент времени; б) через десять часов.

Таблица 2 Относительное смещение зонда за 10 часов.

с!Х(нм) 0 7 14 21 32 41

Время 0:00:00 1:00:00 2:00:00 3:00:00 4:00:00 5:00:00

с1Х(нм) 45 49 51 55 62

Время 6:00:00 7:00:00 8:00:00 9:00:00 10:00:00

В качестве измерительного комплекса был использован комплекс «Ш1ТЕГРА Терма», производства компании «Нанотехнология МДТ», позволяющий проводить прецизионные измерения ца сверхмалых нолях (<100нм) и осуществлял» долговременные измерения единичных нанообъектов.

Для исключения влияния акустических и механических вибраций, а также уменьшения влияния температуры окружающей среды использовалась система, включающая в себя методы активного и пассивного подавлещм: 1) активная виброзащита; 2) термо- и шумо-изолирующйй шкаф; 3) защитный колпак.

Как видно из таблицы 2, за 10 часов образец сместился на 62 им, средняя скорость перемещения составляла 6,2 нм/ч.

Проанализировав проблему и возможные способы её решения, мы выбрали вариант, который заключается в разработке метода повышения точности измерения температуры исследуемого образца, базирующемся на термостабилизации измерительной части

температуры исследуемого образца.

В процессе реализации нами были проведены доработки конструкции измерительной части термоконтроллера, а так же модификации фупкциопально-логических схем обеспечивающих работу системы специализированных микросхем (рис. 11).

¡Система АЦГ| ¡Система ЦА1"|

Ж

Контроллер АЦП

п"

Контроллер ЦАП

Контроллер цифровой уины

Блок оброботки и

преоБРазовпни*

данных

й

нтз его

ЙИ

Контроллер / /У/ А внутреннего / / / / л /датчика/7

Центральная логика

Контроллер УИНЫ

Ж

м—V

ПК

Контроллер ввода С вывода

Измерительный комплекс

Рисунок 11 Модифицированная схема соединений основных модулей термоконтроллера

Таким образом, в третьей главе было проведено исследование влияние градиента температуры внутри измерительного блока на величину температурного дрейфа в сканирующей зондовой микроскопии; проанализированы способы уменьшения влияния прогрева элементов термоконтроллера на измеряемую температуру; предложен метод высокоточного измерения температуры на образце, на основе принципа внутренней термостабилизации измерительного блока.

Четвертая глава работы посвящена разработке и апробации методики калибровки измерительной части термоконтроллера, обеспечивающей повышенную точность измерения температуры в расширенном диапазоне (от -200 до + 300 °С).

Для определения температуры на образце используется температурный датчик - это платиновый резистор, сопротивление которого зависит от температуры известным образом. Температурный датчик представляет собой резистор, выполненный из платинового тонкопленочного, меандра, нанесенного на керамическую подложку.

Выбор датчика объясняется тем, что он имеет практически линейную характеристику и высокую стойкость к окислению.

Датчик способен измерять температуры в диапазоне от -200°С до +600°С.

Для определения соответствия между измеряемым сопротивлением и текущей температурой окружающей среды используется уравнение Каллендара-Ван Дыозена (1) с известными коэффициентами, которые установлены экспериментально и нормированы в международном стандарте 1ЕС 60751 (МЭК 60751):

11т = Я0-(1 + А-Т + В-Т2-Ш-С-Тъ +С-Т"), (1)

где:

Ят— сопротивление температурного датчика при температуре Т(°С); Я0 - сопротивление температурного датчика при 0 °С;

л- а^ п— г - а~ Р г -А 100; в~~Шг; Т<0~~Ш; ™ ~ '

а = 3,75 • 10"3 ± 2,9■ 10~5рС"1);

Р = 0,16(°С)-

<5 = 1,605 ±0,9-10-2 (°С) ;

В исследуемом нами прототипе термоконтроллера уравнение (1) упрощалось до вида (2), что справедливо только для области неотрицательных температур.

кт=Я0-(1 + А-Т + В-Т2) (2)

Для устранешм погрешности в модифицированном термоконтроллере нами был разработан способ вычисления корней уравнения Каллендара-Ван Дыозена с помощью итерационного алгоритма - метода хорд.

Для уменьшения количества итераций, а следовательно, для увеличения скорости расчета температуры, нами было принято решение

о предварительном нахождении примерного решения уравнения, с последующим использованием его в качестве начального значения для метода хорд, а погрешность полученного решения задает границы расчетов. Для этого с помощью квадратичного интерполирования нами было получено уравнение второго порядка:

ТаЫ(11) = 1,876-Ю-5 -II2 + 0,227• II-246,098;

позволяющее вычислять примерное значение температуры с точностью 0,25°С, что позволяет уменьшить количество итераций, используемых в методе хорд, с 8 до 1-2.

Методика калибровки заключается в использовании системы эталонных резисторов, устанавливаемых в цепь измерения температуры вместо измерительного датчика. Использовались эталонные резисторы известного сопротивления точностью 0,01%, ±10ррш/°С. Эталонные резисторы поочередно устанавливались в цепь измерения сопротивления вместо температурного датчика, и с помощью термоконтроллера измерялось значение сопротивления для каждого из резисторов. Тем самым мы заменяем платиновый резистор, находящийся в температурных условиях, соответствующих установленному сопротивлению.

После пересчета температуры, которой они соответствуют, происходит расчёт расхождения измеренного и номинальных значений резисторов (рис. 12).

На основе этих данных, строится разностная функция для каждого термоконтроллера (рис. 13).

М^лосЬ К-^лос-

Е-оО"

КАПС .<-'»

Рисунок 12 Эталошп>ге сопротивления установленных резисторов -Ro и измеренные -Radc-

.ж,-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

2М 400 Ё00 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Рисунок 13 Разностная функция.

Так как разностная функция имеет лилейный вид, то легко высчитываются поправочные коэффициенты для каждого термоконтроллера Scale = a;Offset = b.

Для автоматизации процесса и уменьшения вероятности ошибки, связанной с человеческим фактором, разработана программа для ЭВМ, рассчитывающая эти калибровочные коэффициенты (рис. 14).

JBjsI

:[ IHITW.

Какал №1: R= 2C-IIJ.20-1iB53aS4 Т= ?B5.31 В6267Б5г?Э Копал N*2: R- 20*10.267576822-12 T- 205.9368100-17333 record nesisTERHsl

ОМ

1069.35021387398 1178,88195382297 I272.1513?3&U77 l633.291B227m 7086.67632105671

1072.3Ы06271089 1181,37288372038 U75.3<356S5277l 1637.5812127131 2092^880-403921

Seals 1 ¡¡Ш240663837722018~ OlSEtl [^51.'131Э72Ш8Э171

Scale2 -0.00028981*01816868

Ofsetz ]-5!,361*8320<(J09

|a002106588377220lT ^51.4313728683171

Рисунок 14 термоконтроллера.

Внешний вид программы калибровки

Таким образом, в главе 4 работы предложен эффективный метод пересчета измеренных термокошроллером значений сопротивления в температуру путем совместного использования интерполяционной функции и итерационных методов решения уравнений высших порядков; показано, что введение интерполяционной функции 2-го порядка в итерационный алгоритм расчета температуры позволяет повысить производительность работы итерационного алгоритма, сокращая количество итераций с 8 до 1-2; разработана методика калибровки термоконтроллера, путем введения калибровочной прямой и нахождения калибровочных коэффициентов Scale и Offset; разработана программа для ЭВМ, позволяющая проводить расчет калибровочных коэффициентов и обеспечивающая повышение надежности и ускорение процесса калибровки термоконтроллера повышенной точности. (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010616230 от 20 сентября 2010г.)

Пятая глава работы посвящена апробации результатов работы. В ходе реализации методов уменьшения температурного дрейфа зонда относительно образца разработан модифицированный термоконтроллер, учитывающий исследованное на прототипе влияние градиента температуры внутри измерительного блока на величину температурного

дрейфа зонда относительно поверхности исследуемого образца, использующий способ высокоточного поддержания температуры на образце (рис. 15).

Проведенные исследования показали, как последовательная реализация разработанных методов уменьшает скорость температурного дрейфа зонда относительно образца. Эксперимент проводился в таких же условиях, как и при исследовании работы прототипа термоконтроллера.

Рисунок 15 Внешний вид термоконтроллера повышенной точности: 1) блок питания; 2) термостабилизироваиная измерительная часть; 3) нагревательная часть; 4) система специализированных микросхем, цифровая часть.

При апробации результатов исследования проанализирован дрейф зонда относительно образца, возникающий при работе прибора на длительном промежутке времени. Были исследованы три режима работы: I) без поддержания температуры на образце; 2) с поддержанием температуры на образце, но выключенной температурной стабилизацией термоконтроллера; 3) с поддержанием температуры на образце и включенной температурной стабилизацией термокоитроллера (рис. 16).

4

Рисунок 16 Дрейф зонда относительно образца за 10 часов: а) без поддержания температуры на образце в начальный момент времени; б) без поддержания температуры на образце через 10 часов; в) с поддержанием температуры на образце, внутренняя термостабилизация выключена, в начальный момент времени; г) с поддержанием температуры на образце, внутренняя термостабшшзация выключена, через 10 часов; д) с поддержанием температуры на образце, внутренняя термостабилизация включена, в начальный момент времени; е) с поддержанием температуры на образце, внутренняя термостабилизация включена, через 10 часов.1

Исследования показали, что введение в термоконтроллер внутренней термостабилизации измерительной части и поддержание постоянной температуры на образце уменьшило температурные дрейфы на исследуемом образце примерно в 8 раз по сравнению с режимом

сканирования без поддержания постоянной температуры на образце. По сравнению с режимом, в котором на образце температура поддерживается постоянной, а В1гутри измерительного блока - нет, температурные дрейфы примерно в 2 раза меньше.

Средняя скорость температурного дрейфа зонда относительно образца в режиме работы без поддержания температуры на образце составляет 21 им/ч. При поддержании постоянной температуры на образце и отключенной температурной стабилизации измерительной части термоконтроллера - 5,4нм/ч. После включения внутренней термостабилизации • средняя скорость температурного дрейфа при поддержании постоянной температуры на образце падает до 2,5нм/ч.

Данные со всех вариантов сканирования удобно проиллюстрировать на рисунке 17.

г '"200

у ^150

/65 45 б) 50

/ 34 _13_ ,125

ррррррраррр ооооооооооа орорррррррр а м о <а ¿а ш а> о

Время (ч.) ""

Рисунок 17 Дрейф зонда относительно образца за 10 часов: а) без поддержания температуры на образце; б) с поддержанием температуры на образце, внутренняя термостабилизация выключена; в) с поддержанием температуры на образце, внутренняя термостабилизация включена.

По оси У отложены модули отклонения от заданной точки измерения в нанометрах. По оси X - значение времени в часах.

Таким образом, в пятой главе проведена апробация разработанных методов уменьшения температурного дрейфа зонда относительно образца и показано, как последовательная реализация разработанных методов уменьшает скорость температурного дрейфа зонда относительно образца. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

Исследованы современные методы уменьшения воздействия негативных факторов, связанных с температурным дрейфом и влияющих на точность позиционирования зовда относительно образца.

Предложен метод реализации высокоточного поддержания температуры, основанный на разработанной системе специализировашшх микросхем и микроконтроллере общего назначения, обеспечивающего вычисление операций с плавающей точкой в пропорционально - интегрально -дифференциальном алгоритме поддержания температуры. Исследовано влияние градиенга температуры внутри измерительного блока на величину температурного дрейфа в сканирующей зондовой микроскопии, разработан метод измерения температуры на образце, характеризующийся повышенной точностью.

Предложена методика калибровки измерительной части термоконтроллера повышенной точности. Разработана программа для проведения калибровки. Использование программы позволило упростить и ускорить процесс калибровки термоконтроллера, что уменьшило вероятность появления ошибок в данном процессе, связанных с человеческим фактором.

Разработано устройство — термоконтроллер, реализующее предложенные методы уменьшения температурного дрейфа. Полученные в процессе выполнения работы результаты стали научно-технической основой для создания и серийного производства ЗАО «Ианотехнология МДТ» изделий ВТСОШХТ, ВТС015ШТ' и ВТОШТР, работающих совместно со сканирующими зондовыми микроскопами «Солвер некст» и «Интегра», а также использованы при модернизации лабораторного практикума по учебной дисциплине

«Проектирование полузаказных БИС», входящей в учебный план факультета электроники и компьютерных технологий МИЭТ.

В целом, разработаны методы, позволяющие уменьшить температурный дрейф зонда относительно поверхности исследуемого образца, на основе температурной стабилизации измерительной части электронной системы управления СЗМ, а также высокоточного поддержания температуры на образце с использованием пропорционально - интегрально - дифференциального алгоритма; методы работают совместно с уже известными способами уменьшения температурного дрейфа и реализованы с использованием разработанной системы специализировашшх микросхем. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Быков В.Л., Кузнецов Е.В., Пьятсов Е.С. Уменьшение влияния температурного дрейфа в сканирующей зоидовой микроскопии // Известия высших учебных заведений. Электроника - 2010 - 5 (85). - С. 75-80.

2. Крупкина Т.Ю., Пьянков Е.С., Алексеев A.A., Измайлов Д.А. Улучшение системы позиционирования в сканирующей зондовой микроскопии// Известия высших учебных заведений. Электроника - 2010 - 6 (86). - С. 78-80

3. Пьянков Е.С. Разработка методов и средств аппаратной обработки информации и фильтрации шумов в тушгелыюм сканирующем микроскопе // 1NTERMATJC - 2008 Материалы Международной научно-техшгческой конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» - 2008 - стр. 216.

4. Пьянков Е.С. Оптимизация процесса производства и проверки кабельных соединителей в составе сканирующего зондового микроскопа // Издательство саратовского университета, сборник материалов -2009 - стр. 29.

5. Пьянков Е.С. Модернизация аппаратной обработки обратной связи в сканирующем зондовом микроскопе // 52 -я научная конференция МФТИ, «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» — 2009 — стр. 125.

6. Пьянков Е.С. Автоматизация производства кабельных соединителей в составе сканирующего зондового микроскопа //Всероссийская научно- практическая конференция молодых

ученых и специалистов «Приоритетные направления совремешюй российской науки глазами молодых ученых», Рязань - 2009 - стр. 203.

7. Пьянков Е.С. Разработка специализированных интегральных микросхем для управлешм передачей и преобразования информации в сканирующей зондовой микроскопии // Международная молодежная научная конференция по естественнонаучным и техническим дисциплинам «НАУЧНОМУ ПРОГРЕССУ - ТВОРЧЕСТВО МОЛОДЫХ» -2010-стр. 223.

8. Пьянков Е.С. Усовершенствование методов сканирующей зондовой микроскопии для исследования и развития кремниевых интегральных технологий с наноразмерными элементами // Международная молодежная научная конференция по естественнонаучным и техническим дисциплинам «НАУЧНОМУ ПРОГРЕССУ - ТВОРЧЕСТВО МОЛОДЫХ» - 2010 - стр. 224.

9. Пьянков Е.С. Подавление температурного дрейфа при работе сканирующего зондового микроскопа // 17-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2010", стр. 213.

10. Пьянков Е.С. Разработка методов и средств аппаратной обработки информации и фильтрации шумов в туннельном сканирующем микроскопе // Материалы докладов Ш-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» посвященной 40-летию 1СГЭУ, Казань -2008-стр. 69.

11. Артамонова Е.А., Красюков А.Ю., Пьянков Е.С., Анализ температурной области безопасной работы ИСИС II Материалы докладов международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Физические проблемы наноэлектроники, нанотехнологий и микросистем» - 2009, стр 4.

12. Измайлов Д.А., Пьянков Е.С., Программа расчета калибровочных коэффициентов для термоконтроллера повышенной точности // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, №2010616230 от 20 сентября 2010г.

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ №

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, Д.5, МИЭТ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 Современные методы уменьшения воздействия искажающих факторов, влияющих на точность позиционирования зонда в СЗМ.

1.1Структура сканирующего зондового микроскопа и основные методики измерений.

1.2 Искажения СЗМ - изображений.

1.3 Методики снижения величины искажений, вносимых пьезоэлектрическим сканером.

1.4 Уменьшение влияния температурного дрейфа.

1.5 Уменьшение влияния акустических и механических вибраций.

1.6 Уменьшение влияния шумов.

1.7 Выводы:.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МИКРОСХЕМ

ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫСОКОТОЧНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.

2.1 Анализ возможных решений и разработка блок-схемы высокоточного поддержания температуры на поверхности образца.

2.2 Моделирование и разработка функционально-логической схемы центральной логики.

2.3 Моделирование и разработка функционально-логических схем контроллера шины USB и контроллера ввода-вывода.

2.4 Разработка программы управления вычислителем.

2.5 Выводы.

ГЛАВА 3. УМЕНЬШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ДРЕЙФА, СВЯЗАННОГО С ВЛИЯНИЕМ ГРАДИЕНТА ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО

БЛОКА.

3.1 Исследование влияния градиента температуры внутри измерительного блока на величину температурного дрейфа.

3.2 Структурные схемы модифицированного термоконтроллера с повышенной точностью измерения температуры.

3.3 Выводы.

ГЛАВА 4. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПОЛУЧАЕМЫХ ДАННЫХ И РАЗРАБОТКА

МЕТОДИКИ КАЛИБРОВКИ ТЕРМОКОНТРОЛЛЕРА.

4.1 Методика определения температуры в BTC04NTF.

4.2 Методика определения температуры в модифицированном термоконтроллере.

4.3 Разработка методики калибровки модифицированного термоконтроллера.

4.4 Выводы.

ГЛАВА 5. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

5.1 Конструктивные особенности модифицированного термоконтроллера.

5.2 Исследование работы модифицированного термоконтроллера в составе прибора «ИНТЕГРА Терма».

5.3 Выводы.

Для понимания свойств любого объекта необходимо знание его атомной структуры, поэтому исследование поверхностных структур - один из наиболее важных разделов физики поверхности. В настоящее время физика поверхностных явлений является одним из наиболее бурно развивающихся разделов науки. Фундаментальные исследования в этой области заложили основу для успешного развития современной микро- и наноэлектроники [1].

Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) способны как измерять рельеф с атомарным разрешением [2, 8, 9], так и модифицировать его [3-12], что позволяет рассматривать данные приборы как один из базовых инструментов нанотехнологии. Однако существует ряд проблем физического характера, накладывающих ограничения на функциональные возможности прибора. Например, одним из критических узлов современных СЗМ является система позиционирования зонда, на работу которой оказывают влияние многочисленные негативные факторы: термодрейфы, шумы, внешние акустические и механические вибрации, нелинейность, гистерезис, ползучесть (крип) и перекрестные помехи используемых пьезоманипуляторов. В результате уменьшается достоверность измерений, ухудшается точность и снижается предельное разрешение прибора.

В настоящее время задача получения корректного изображения рельефа поверхности решается посредством компьютерной обработки полученных данных с использованием компенсирующих или исправляющих моделей, а также посредством использования аппаратных средств пассивной или активной коррекции[ 13-15].

Аппаратные и программные методы подавления этих погрешностей обеспечивают уникальные возможности, связанные с созданием и отработкой процессов изготовления, исследования свойств наноэлектронных элементов, микро- и наноэлектромеханических систем и т.д. Уменьшение влияния погрешностей позволяет расширить спектр исследуемых характеристик микро- и наноструктур.

Цель работы - исследование механизмов температурной нестабильности и разработка специализированных интегральных схем, реализующих методы уменьшения температурного дрейфа зонда относительно образца в СЗМ.

Для достижения цели работы необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследование современных методов уменьшения воздействия негативных факторов, влияющих на точность системы позиционирования.

2. Анализ возможных способов высокоточного поддержания температуры на образце, разработка, моделирование и реализация комплекса специализированных интегральных схем, работающих совместно с микроконтроллером общего назначения, выполняющих метод высокоточного поддержания температуры.

3. Исследование механизмов температурной нестабильности внутри электронных систем управления и считывания данных, влияющих на точность системы позиционирования.

4. Исследование и разработка метода уменьшения температурного дрейфа, связанного с влиянием градиента температуры внутри измерительного блока.

5. Разработка и апробация методики калибровки измерительной части термоконтроллера повышенной точности.

6. Экспериментальная апробация разработанных методов при создании термоконтроллера повышенной точности, работающего в составе со сканирующими зондовыми микроскопами «Интегра» и «Солвер некст».

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана с использованием языка высокого уровня модель, описывающая способ высокоточного поддержания температуры на поверхности образца, реализуемый на основе системы специализированных микросхем.

2. Установлена и исследована зависимость температурного дрейфа кантилевера относительно образца в сканирующем зондовом микроскопе от температурной нестабильности блока обработки информации.

3. Предложен метод повышения точности измерения температуры исследуемого образца, базирующийся на термостабилизации измерительной части термоконтроллера сканирующего зондового микроскопа.

4. Предложена методика калибровки измерительной части термоконтроллера, обеспечивающая повышенную точность измерения температуры в расширенном диапазоне (от -200 до + 300 °С).

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработанные в диссертации методы явились научно-технической основой для создания и серийного производства ЗАО «Нанотехнология МДТ» изделий ВТС01№СТ, ВТС015ШТ и ВТС05ШТ, работающих совместно со сканирующими зондовыми микроскопами «Солвер некст» и «Интегра».

2. Разработана программа для ЭВМ, позволяющая проводить расчет калибровочных коэффициентов и обеспечивающая повышение надежности и ускорение процесса калибровки термоконтроллера повышенной точности. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010616230 от 20 сентября 2010г.

3. Разработанные в диссертации вычислительные модели управления микросхемами АЦП и ЦАП использованы при модернизации лабораторного практикума по учебной дисциплине «Проектирование полузаказных БИС», входящей в учебный план факультета электроники и компьютерных технологий МИЭТ.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1. Предложенный метод реализации высокоточного поддержания температуры на поверхности исследуемого образца с использованием разработанной системы специализированных интегральных микросхем и микроконтроллера общего назначения, обеспечивающего выполнение операций с плавающей точкой в пропорционально - интегрально - дифференциальном алгоритме поддержания температур.

2. Разработанный метод стабилизации градиентов температуры внутри электронных систем управления и считывания данных, обеспечивающий уменьшение температурного дрейфа зонда относительно образца примерно в 8 раз.

3. Методика калибровки измерительной части термоконтроллера, обеспечивающая повышенную точность измерения температуры в расширенном диапазоне (от -200 до + 300 °С).

Апробация результатов работы.

Результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», ШТЕКМАТЮ - 2008 (Россия, Москва, 2008); Ш-й молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Россия, Казань, 2008); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Приоритетные направления современной российской науки глазами молодых ученых» (Россия, Рязань, 2009); 52 -й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Россия, Москва, 2009); Всероссийской молодежной выставке - конкурсе прикладных исследований, изобретений и инноваций (Россия, Саратов, 2009); 17-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2010" (Россия, Москва, Зеленоград, 2010); Международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Россия, Республики Марий Эл, Йошкар-Ола, 2010)

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, включая 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 9 - в специализированном сборнике научных трудов, в материалах, сборниках научных трудов и тезисах докладов научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Объем работы составляет 131 страницу, работа содержит 92 рисунка, 14 таблиц, список цитируемых источников из 109 наименований, приложения занимают 41 стр.

5.3 Выводы.

Таким образом, в Главе 5 работы:

1. Рассмотрены конструктивные особенности разработанного термоконтроллера.

2. Экспериментально доказано, что использование разработанного термоконтроллера уменьшает скорость температурного дрейфа, по сравнению с исследованным прототипом при равных условиях измерений с 6,2нм/ч до 5,4нм/ч.

3. Экспериментально доказано, что введение внутренней термостабилизации измерительной части термоконтроллера позволяет уменьшить влияние температурного дрейфа на полученные результаты примерно в 8 раз.

4. Подтверждено улучшение воспроизводимости измерений температуры с помощью модифицированного термоконтроллера примерно в 2,5 раза.

Заключение.

Представленные в данной диссертационной работе результаты можно сформулировать следующим образом:

• Исследованы современные методы уменьшения воздействия негативных факторов, связанных с температурным дрейфом и влияющих на точность позиционирования зонда относительно образца.

• Предложен метод реализации высокоточного поддержания температуры, основанный на разработанной системе специализированных микросхем и микроконтроллере общего назначения, обеспечивающего вычисление операций с плавающей точкой в пропорционально - интегрально -дифференциальном алгоритме поддержания температуры.

• Исследовано влияние градиента температуры внутри измерительного блока на величину температурного дрейфа в сканирующей зондовой микроскопии, разработан метод измерения температуры на образце, характеризующийся повышенной точностью.

• Предложена методика калибровки измерительной части термоконтроллера повышенной точности.

• Разработана программа для проведения калибровки. Использование программы позволило упростить и ускорить процесс калибровки термоконтроллера, что уменьшило вероятность появления ошибок в данном процессе, связанных с человеческим фактором.

• Разработано устройство - термоконтроллер, реализующее предложенные методы уменьшения температурного дрейфа.

• Полученные в процессе выполнения работы результаты стали научно-технической основой для создания и серийного производства ЗАО «Нанотехнология МДТ» изделий ВТС01МХТ, ВТС015ШТ и ВТС05ЖР, работающих совместно со сканирующими зондовыми микроскопами «Солвер некст» и «Интегра», а также использованы при модернизации лабораторного практикума по учебной дисциплине «Проектирование полузаказных БИС», входящей в учебный план факультета электроники и компьютерных технологий МИЭТ.

В целом, разработаны методы, позволяющие уменьшить температурный дрейф зонда относительно поверхности исследуемого образца, на основе температурной стабилизации измерительной части электронной системы управления СЗМ, а также высокоточного поддержания температуры на образце с использованием пропорционально - интегрально - дифференциального алгоритма; методы работают совместно с уже известными способами уменьшения температурного дрейфа и реализованы с использованием разработанной системы специализированных микросхем.

1. Бахтизин Р. 3. Сканирующая туннельная микроскопия новый метод изучения поверхности твердых тел Электронный ресурс. : электронный журнал. Режим доступа : http://www.pereplet.rU/obrazovame/stsoros/l 118.html. — 2010.

2. Быков В.А. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхностей: дисс. . докт. тех. наук // М., 2000. -С.393.

3. Barrett R. С., Quate С. F. Charge storage in a nitride-oxide-silicon medium by scanning capacitance microscopy // J. Appl. Phys. 1991. Vol. 70. - P. 2725.

4. Mamin H. J., Rugar D. Thermomechanical writing with an atomic force microscope tip //Appl. Phys. Lett. 1992. Vol*. 61. - P. 1003.

5. Takimoto K., Kawade H., Kishi E., Yano K., Sakai K., Hatanaka K., Eguchi K., Nakagiri T. Switching and memory phenomena in Langmuir-Blodgett films with scanning tunneling microscope // Appl. Phys. Lett. -1992. Vol. 61'. P. 3032.

6. Kado II., Tohda T. Nanometer-scale recording on chalcogcnide films with an atomic force microscope // Appl. Phys. Lett: -1995. Vol. 66. P. 2961.

7. Yano K., Ikeda T. Stable bit formation in polyimide Langmuir-Blodgett film using an atomic-force microscope // Appl. Phys. Lett. -2002. Vol. 80. P. 1067-1069.

8. Неволин B.K., Коньков A.C. Растровый туннельный микроскоп //А.С. № 1471232 с приоритетом от 14 июля 1987.

9. Неволин В.К. СТМ для работы на воздухе // ПТЭ №5. -1988. -С. 240

10. Тимошенков С.П., Бойко А.Н., Симонов Б.М., Заводян А.В. Технологии вакуумной герметизации МЭМС // Известия высших учебных заведений. Электроника-2010- 1 (81).-С. 11-19:

11. Белов А.Н., Гаврилов С.А., Сагунова И.В., Тихомиров А.А. Чаплыгин Ю.А., Шевяков В.И. Тестовая структура для определения радиуса кривизны микромеханических зондов сканирующей силовой микроскопии // Российские нанотехнологии. 2010, № 5-6 , с. 95-98.

12. Belov A.N. , Gavrilov S.A., Sagunova I.V., Tikhomirov A.A., Chaplygin Yu.A., Shevyakov V.I.Test stucture to determine tip sharpness of micromechanical probes* of scaning force microscopy // Nanotechnologies in Russia. 2010, vol. 5, № 5-6, p. 377-381.

13. Лапшин Р. В. Способ измерения рельефа поверхности сканирующим зондовым микроскопом // Патент России № 217561. 1999

14. Лапшин Р. В. Способ коррекции искаженных дрейфом изображений поверхности, полученных на сканирующем зондовом микроскопе // Патент России № 2326367. 2008

15. Elings V. В., Gurley J. A., Rodgers М. R. Drift compensation for scanning probe microscope positioning system // U. S. Patent № 5077473. 1991.

16. Albrecht T. R., Akamine S:, Carver Т. E., Quate C. F. Microfabrication of cantilever styli for the atomic force microscope // J. Vac. Sci. Technol. A. 1990.Vol. 8: - P. 3386 - 3396;

17. Wolter O., Bayer Th., Greschner J. Micromachined silicon sensors for scanning force microscopy // J. Vac. Sci. Technol. B. -1991. Vol. 9. P. 1353-1357.

18. Пьянков Е. С. Оптимизация процесса производства и проверки кабельных соединителей в составе, сканирующего зондового микроскопа // Издательство саратовского университета,- сборник материалов. 2009. - С. 29.

19. Яминский И.В., Еленский В.Г. Сканирующая зондовая микроскопия: библиография (1982-1997) // М., «Научный мир». -1997. С. 318.

20. Magonov S.N., WhangboM-H. Surface analysis with STM and AFM: experimental and theoretical aspects of image analysis // WeinHeim; New York; Basel; Cambridge; Tokyo: VHC. 1996. -P: 318.

21. Гайнутдинов P.B. Атомно-силовая микроскопия' сегнетоэлектрических кристаллов ТГС: дисс. . канд. физ.-мат. наук. // . Ml,-2005. С 122.

22. Бухараев А.А., Овчинников Д.В., Бухараева А.А. Диагностика поверхности с помощью сканирующей силовой микроскопии (обзор) // Заводская лаборатория. -1997.-№5.-С. 10-27.

23. Meyer G., Amer N.M. Novel optical approach to atomic force microscopy // Appl. Phys. Lett. 1988. Vol. 53. -P. 1045 - 1047.

24. Martin Y., Williams С. C., Wickramasinghe H. K. Atomic force microscope-force mapping and profiling on a sub 100-A scale // J. Appl. Phys- 1987. Vol. 61. -P: 47234729.

25. Meyer G., Amer N.M., Erratum. Novel optical approach to atomic force microscopy // Appl. Phys. Lett. -1988. Vol. 53. -P. 2400 2402.

26. Mate С. M., McClelland G. M., Erlandsson R., Chiang S. Atomic-scale friction of a tungsten tip on a graphite surface // Phys. Rev. Lett. 1987. Vol. 59. -P. 1942-1945.

27. Dtirig U., Gimzewski J. K., W. Pohl D. Experimental Observation of Forces Acting during Scanning Tunneling Microscopy // Phys. Rev. Lett. -1986. Vol. 57. -P. 2403.

28. Binnig G., Smith D. P. E. Single-tube three-dimensional scanner for scanning tunneling microscopy // Rev. Sci. Instrum. -1986. Vol. 57. -P. 1688 -1689.

29. Hicks T.R., Atherton P.D. The nanopositioning book: moving and measuring to better than a nanometer // Berkshire, England: Queensgate Instruments/Penton Press. -1997.

30. Edwards H., McGlothlin R., U Elisa. Vertical metrology using scanning-probe microscopes: Imaging distortions.and measurement repeatability // J. Appl. Phys. 1998: Vol. 83.-P. 3952-3971.t

31. Бухараев A.A. Диагностика поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии (обзор) // Заводская лаборатория. -1994. № 10. - С. 15 - 26.

32. Okayama S., Kajimura К., Watanabe S., Honma A. High resolution piezoelectric actuator for STM // J. Japan. Soc. Precis. Eng. -1988. Vol. 54. -P. 817 821.

33. Griffin J.E., Grig D.A. Dimensional metrology with scanning probe microscopes // J. Appl. Phys-1993. Vol. 74. -P. R83 -R109.

34. Ge P., Jouaneh M. Tracking control of a piezoceramic actuator // IEEE Trans. Control. Syst. Technol. -1996. Vol. 4. -P. 209 216.

35. Ge P., Jouaneh M. Modeling hysteresis in piezoceramic actuators // J. Am. Soc. Precis. Eng. -1995. Vol. 17.-P. 211-221.

36. Xu Y., Smith ST., Atherton P.D. A metrological scanning force microscope // J. Am. Soc. Precis. Eng. -1996. Vol. 19. -P. 46 55.

37. Pohl D.W. Some design criteria in scanning tunneling microscopy // IBM J. Res. Dev. -1986. Vol. 30, № 4, -P. 417.

38. Wei Y., Wilson I. H., Webb R. P. The surrey STM: Construction, development, and evaluation of a scanning tunneling microscope // Rev. Sci. Instrum-1991. Vol. 62, № 12. -P. 3010.

39. Libioulle L., Ronda A., Taborelli M., Gilles J. M. Deformation and nonlinearity in scanning tunneling microscope images // J. Vac. Sci. Technol. B. -1991. Vol. 9. -P. 655.

40. Stoll E., Marti O. Restoration of scanning-tunneling-microscope data blurred by limited resolution, and hampered by 1/f-like noise // Surf. Sci., -1987. Vol. 181, -P.222.

41. Griffith J. E., Grigg D. A. Dimensional metrology with scanning probe microscopes //J. Appl. Phys. -1993. Vol. 74, № 9. -P. 83.

42. Миронов В. JI. Исследование и модификация локальных свойств тонкопленочных структур: дисс. . канд. физ.- мат. наук. -Нижний Новгород, -2001.-С. 153.

43. Brushan В. Handbook of Nanotechnology // В. Brushan, ed.-2003. -P.1222.

44. Fukuma Т. Development of low noise cantilever detection sensor for multienvironment frequency-modulation atomic force microscopy // Rev. Sci. Instrum. -2005. Vol. 76. -P. 053704.

45. Поляков В. В. Сверхвысоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп, совместимый с базовыми методами нанотехнологий: дисс. . канд. тех. наук. -М., -2009. -С. 110.

46. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии // Учебное пособие для студентов старших курсов^ высших учебных заведений. -Нижний Новгород.-2004.-С. 110.

47. Быков В.А., Кузнецов Е.В., Пьянков Е.С. Уменьшение влияния температурного дрейфа в сканирующей зондовой микроскопии // Известия< высших учебных заведений. Электроника -2010 5 (85). - С. 75-80.

48. Крупкина Т. Ю., Пьянков Е. С., Алексеев,А. А., Измайлов Д. А. Улучшение системы позиционирования в сканирующей зондовой микроскопии // Известия высших учебных заведений. Электроника 2010 - 6 (86). - С. 78-80.

49. Пьянков Е. С. Модернизация аппаратной обработки обратной связи в сканирующем зондовом микроскопе // 52 -я научная конференция МФТИ, «Современные проблемы фундаментальных и прикладных науюяо 2009. - С. 125.

50. Picotto G.B., Desogus S., Lanyi S., Nerino R., Sosso- A. Scanning tunnelingmicroscopy head having integrated capacitive sensors for calibration of scanner displacements // J. Vac. Sci. Technol. B. 1996. Vol. 14. -P. 897-900.

51. Technol. B. -1989. Vol. 7. P. 1898 - 1902.

52. Yamada H., Fujii T., Nakayama K. Linewidth measurement by a new scanning tunneling microscope // Jpn. J. Appl. Phys. -1989: Vol. 28. P. 2402 -2404, 115.

53. Schneir J., McWaid Т.Н., Alexander J., Wilfley B.P. Design of an atomic force microscope with interferometric position control // J. Vac. Sci. Technol. B. 1994. Vol. 12.-P. 3561 -3566.

54. Fujii T., Yamaguchi M., Suzuki M. Scanning tunneling microscope with three-dimensional interferometer for surface roughness measurement // Rev. Sci. Instrum. -1995. Vol. 66. P. 2504 - 2507.

55. Miller J.A., Hocken R., Smith S.T., Harb S. X-ray calibrated tunneling system utilizing a dimensionally stable nanometer positioner // Precision Eng. 1996. Vol. 18. -P.95 - 102.

56. Colchero L., Colchero J., Gomez Herrero, Prieto J. E., Baro A., Huang W.H. Comparison of strain gage and interferometric detection for measurement and control of piezoelectric actuators // Materials Characterization. 2002. Vol. 48. - P. 133-140.

57. Barrett R.C., Quate C.F. Optical scan correction system applied to atomic force microscopy // Rev. Sci. Instrum. - 1991. Vol. 62, № 6. - P. 1393.

58. Zhang H., Huang F., Higuchi T. Dual unit scanning tunneling microscope atomic force microscope for length measurement based on reference scales // J. Vac. Sci. Technol. B. -1997. Vol. 15, № 4. - P. 780.

59. Griffith J.E., Miller G.L., Green C.A., Grig D.A., Russel P.E. A scanning tunneling microscope with a capacitance-based position monitor // J. Vac. Sci. Technol. B. 1990. Vol. 8.-P. 2023 -2027.

60. Jusko O., Zhao X., Wolff H., Wilkening G. Design and three dimensional calibration of a measuring scanning tunneling microscope for me-trological applications // Rev. Sci. Instrum. 1994. Vol. 65. - P. 2514 - 2518.

61. Продукция НТ-МДТ Электронный ресурс. : сайт компании ЗАО «НТ-МДТ». — Режим доступа : http://vyww.ntmdt.ru/products. —2010.

62. Misumi I., Gonda S., Kurosawa Т., Takamasu K. Uncertainty in pitch measurements of one-dimensional grating standards using a nanome-trologicabatomic force microscope // Meas. Sci. Technol. 2003. Vol. 14. - P. 463 -471.

63. Franks A. Progress towards traceable nanometric surface technology // Nanotechnology. 1993. Vol. 4. - P. 200 - 205.

64. VLSI Standards STM-1000A № 2344-009-023.

65. Brand U., Hillmann W. Calibration of step height standards for nanometrology using interference microscopy and stylus profilometry // Prec. Eng. 1995. Vol: 17. - P. 22 -33.

66. Kerssemakers J. Concepts of interactions in local probe microscopy // Netherlands: Groningen University. 1997. - P. 164.

67. Plomp M., Buijnsters J.G., Bogels G., van Enckevort W. J. P., Bollen D. Atomic force microscopy studies on* the* surface morphology of {111} tabular AgBr crystals // J. Cryst. Growth. 2000. Vol: 209. - P. 911 - 923.

68. Cui N.-Y., Brown N.M.D., McKinley A. An exploratory study of the topography of a Cdl2 single crystal using AFM // Appl. Surface Sci. 1999. Vol'. 152. - P. 266-270.

69. Campbell P.A., Sinnamon L.J., Thompson C.E., Walmsley D.G. Atomic force microscopy evidence for K+ domains on freshly cleaved mica // Surface Sci. Lett.-1998. Vol. 410. P. L768 - L772.

70. Besocke K. An easily operable scanning tunneling microscope // Sufr. Sci. 1987. Vol. 181,№ 1-2.-P. 145.

71. Hermesen J. G. H., Van Kempen H., Nelissen B. J., Soethout L.L., G. F. A. Van de Walle G. F. A., Weijs P .J.W., Wyder P. New mechanical constructions for the scanning tunneling microscope // Surf. Sci. 1987. Vol. 181, № 1-2. - P. 183.

72. Gregory S., Rogers С. T. High speed scanning tunneling microscope // U. S. Patent №4814622. 1989.

73. Lyding. J. W. Variable temperature scanning tunneling microscope // U. S. Patent № 4841148. 1989;

74. Blackford. B. L., Dahn D. C., Jericho M. H., High stability bimorph scanning tunneling microscope // U.S. Patent № 4894537. 1990.

75. ИНТЕГРА Терма — НТ-МДТ Электронный ресурс. : сайт компании ЗАО «НТ-МДТ». — Режим доступа : http://www.ntmdt.ru/device/ntegra-therma. —2010.

76. Robinson R. S. Method and apparatus for correcting distortions in scanning tunneling microscope images // U.S. Patent № 5107113. 1992.

77. Yurov V. Y., Klimov A. N. Scanning tunneling microscope calibration and reconstruction öf real image: Drift and slope elimination//Rev. Sei. Instrum. 1994. Vol. 65, №5. P. 1551.

78. Липок В.И., Литюк JI.В. Методы цифровой многопроцессорной обработки ансамблей радиосигналов // Москва СОЛОН-ПРЕСС. 2007. - С.3-4.

79. Бухтояров G.G. Удаление шума из изображений нелинейными цифровыми фильтрами на. основе ранговой статистики: дисс. . канд. тех. наук // Ярославль. -2007.-С.184

80. Грузман И.С. Двухэтапная фильтрация бинарных изображений // Автометрия: — 1999. №3.

81. Грузман И.С., Микерин В.И., Сиекгор A.A. Двухэтапная фильтрация изображений на основе использования: ограниченных данных // Радиотехника, иг электроника. 1995. №5.

82. Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца.// М.: Издательский дом «Додэка XXI». 2007. - С. 408

83. Bulk Metal ® Foil1 Resistors. Vishay Электронный- ресурс. : Device Datasheet.

84. Режим доступа : http://www.digikey.com/WebExport/Supplier

85. Content/VishavPrecisionGroup 804/PDF/VishavPG Brochure.pdf. -2010.

86. Datasheet SHTlx. Humidity and Temperature Sensor.Электронный ресурс. : Device Datasheet. Режим доступа : http://www.sensirion.com/en/pdf/product information/Datasheet-humidity-sensor-SHTlx.pdf. — 2010.

87. Temperature Sensors HEL 700 Электронный.ресурс. : Device Datasheet: Режим доступа : http://sensing.honevwell.com/index.cfm7ci id=133870&type=doc&docld=l 02974. — 2010.

88. Гордов, A. H. Основы температурных измерений // M. : Энергоатомиздат. -1992.

89. International standard.Электронный ресурс. : Международный стандарт. Режим доступа : http://electric-alipapa.ru/data/IEC/IEC 60751 Industrial platinum resistance thermometer Sensors.pdf. -2010.

90. Виленкин H. Я. Метод,последовательных приближений // М.:Наука. 1966.

91. Самарский А. А., Гулин А.В: Численные методы // М.:Наука. 1989.

92. Щуп» Терри Е. Прикладные численные методы в физике и технике // М.: ВысшаяШкола. -1990.

93. Зимин Г.Ф. Поверка и калибровка термоэлектрических преобразователей. // М.:АСМС. 2002.

94. Шор. Я. Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. // М.':Госэнергоиздат. 1962. - С. 552.

95. Измайлов Д. А., Пьянков Е.С. Программа расчета калибровочных коэффициентов для термоконтроллера повышенной точности // Свидетельство огосударственной регистрации программы для ЭВМ №2010616230. 20 сентября 2010г.