用透射显微技术制备氮化硅薄膜磁性纳米结构的研究

这种方法可以帮助回答制造微纳米结构中的关键问题，以便通过透射电子和 X 射线显微镜进行观察。该技术的主要优点是它允许在纳米薄的氮化硅膜上制造样品，这是通过透射显微镜观察的要求。演示该程序的是我实验室的研究生 Meena Dhankhar 和 Marek Vanatka。

首先，将 30 纳米硅 nitrade 膜放在 180 摄氏度的热板上，烘烤 15 分钟以去除水分。将适配器放在旋涂机上，然后将膜放入适配器中。旋涂 950k pmma 光刻胶以 3， 000 rpm 的速度冲刺一分钟，以产生约 200 纳米的薄膜厚度。

然后，将样品在热板上以 180 摄氏度后烘烤 3 分钟，以硬化 pmma 层。要进行电子束光刻，请在图形数据库系统或 GDS 格式中绘制所需的光盘图案，然后将其上传到电子束光刻系统。将样品加载到电子束写入器系统中。

然后设置载物台和横梁。以 20 千克电子伏特的束流能量将圆盘区域暴露于每平方厘米 260 微库仑的电子剂量下。曝光后，将样品浸入甲基异丁基酮显影剂中 2 分钟。

然后将样品转移到异丙醇中 30 秒以停止显影。使用去离子水清洗每个样品 30 秒。然后，用镊子夹住每个样品，用氮气将其吹干。

接下来，使用光学显微镜，从低放大倍率开始检查样品的显影，然后切换到高放大倍率。要进行电子束蒸发，请使用 kapton 小心地将膜粘在支架上。并通过负载锁将样品转移到电子束蒸发器的沉积室中。

使用 8 千伏的加速电压和大约 120 毫安的束流的电子束蒸发系统，沉积一层厚度为 20 至 100 纳米的坡莫合金薄层，沉积速率约为每秒 1 埃。要去除多余的金属，请将膜放入装有丙酮的烧杯中 1 小时。然后，在使用镊子固定它们的同时，使用丙酮喷涂膜，直到去除多余的金属。

如果样品上残留过多的金属，请将膜放回丙酮中再次浸泡，然后再次喷洒丙酮。要对样品进行成像，请将其安装到 TEM 样品架中，然后将其插入显微镜。使用显微镜的标准程序，校正样品高度并将显微镜在洛伦兹模式下对准所需的加速电压。

例如，在本例中为 300 kV。通过使洛伦兹透镜散焦来引入磁信号。然后倾斜样品以引入平场分量。

例如，合适的角度为 30 度。通过激发物镜来施加磁场，物镜通常在洛伦兹模式下关闭。最后，使样品饱和，通过去激励物镜逐渐减小磁场，并在相机上捕获图像。

这里看到的是用于 MTXM 和 LTEM 显微镜的硅 nitrade 框架和膜。MTXM 框架是一个 5 x 5 毫米的正方形，窗口厚度为 200 纳米。TEM 框架适合一个直径为 3 毫米、窗口厚度为 30 纳米的圆。

该面板包含一个硅 nitrade 膜窗口，在电子束曝光和光刻胶显影后，光刻胶中的圆盘阵列。由 SEM 成像的磁盘的最终阵列如下所示。该 LTEM 图像说明了磁性纳米盘阵列中的磁涡旋成核状态。

最后，该 SEM 图像代表了 30 纳米厚、2 微米宽的坡莫合金圆盘的最终结构，该圆盘位于带有对准标记的金波导上。一旦掌握，这项技术可以在一天内完成。在尝试此过程时，请务必记住为图案的电子束曝光使用适当的参数。

看完这个视频后，你应该对如何使用所介绍的方法逐步制造和表征结构有了很好的了解。不要忘记，使用化学品是危险的，因此在执行该程序时应始终采取预防措施，例如在通风橱中作材料时戴上手套和防护眼镜。