Вплив нітратних електролітів у рідинній комірці атомно-силової мікроскопії на точність вимірювання мікрорельєфу мікроелектронних компонентів

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorТоптун, А. В.
dc.contributor.authorСаєнко, С. М.
dc.contributor.authorОщепков, Н. О.
dc.contributor.authorМироненко, Д. С.
dc.contributor.authorБондаренко, М. О.
dc.date.accessioned2026-03-16T10:26:04Z
dc.date.available2026-03-16T10:26:04Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractУ практиці сканувальної мікроскопії все частіше необхідно проводити вимірювання нанорельєфу металізованих зразків у рідких середовищах, де вибір провідного розчину для комірки напряму впливає на стабільність зворотного зв’язку, рівень шуму та коректність реконструкції висот. При цьому відомо, що в рідинах, точність вимірювання методом атомно-силової мікроскопії (АСМ) визначається балансом між товщиною подвійного електричного шару, гідродинамічним демпфуванням кантилевера та можливими локальними електрохімічними процесами. Проте, вплив саме нітратних сольових розчинів на метрологію вимірювань металевих плівок на оптичному склі описано фрагментарно. В роботі проводиться кількісна оцінка впливу концентрації нітратних електролітів у рідинній комірці АСМ на відтворюваність та коректність вимірювань мікрорельєфу досліджуваних поверхонь. Запропоновані практичні рекомендації щодо вибору середовища, режимів сканування та калібрування. Серії експериментів із розчинами KNO₃/NaNO₃ показали, що підвищення іонної сили зменшує товщину подвійного шару та стабілізує контакт зонда, але одночасно посилює в’язке демпфування і спектральну щільність шуму, що погіршує відтворення дрібних просторових деталей. Оптимальним виявився інтервал невисоких концентрацій, у якому досягається найкращий компроміс між стабільністю зворотного зв’язку та мінімальною похибкою реконструкції профілю поверхні. Показано, що вихід за межі цих концентрацій призводить до зростання невизначеності вимірювань через гідродинамічні та електрохімічні артефакти. Показано, що електронно-променева модифікація металевих плівок знижує кількість нанодефектів і забезпечує сталість оцінок шорсткості в часі навіть за механічних збурень, тоді як немодифіковані зразки демонструють суттєве погіршення метрологічних показників. Отже доведено, що концентрація нітратного електроліту є критичним параметром точності АСМ у рідині. Рекомендовано проводити дослідження з використанням АСМ в області малої іонної сили, стабілізувати температуру й силу натиску, застосовувавши еталони висоти та корекцію за провідністю розчину. Зроблено висновок, що поверхнева електронно-променева модифікація зразків підвищує відтворюваність і достовірність оцінок мікрорельєфу, що важливо для контролю якості мікроелектронних компонентів.
dc.description.abstractotherIn the practice of scanning microscopy, it is increasingly necessary to measure the nanorelief of metallized samples in liquid media, where the choice of conductive solution for the cell directly affects the stability of feedback, noise level and the correctness of height reconstruction. At the same time, it is known that in liquids, the accuracy of measurement by atomic force microscopy (AFM) is determined by the balance between the thickness of the double electric layer, hydrodynamic damping of the cantilever and possible local electrochemical processes. However, the effect of nitrate saline solutions on the metrology of measurements of metal films on optical glass is described in fragments. The paper quantifies the influence of the concentration of nitrate electrolytes in the AFM liquid cell on the reproducibility and correctness of measurements of the microrelief of the studied surfaces. Practical recommendations for choosing the environment, scanning and calibration modes are offered. An additional comparison of the behavior of samples before and after low-energy electron beam modification of their surfaces was carried out. A series of experiments with KNO₃/NaNO₃ solutions have shown that increasing ionic strength reduces the thickness of the double layer and stabilizes the probe contact, but at the same time enhances viscous damping and spectral noise density, which impairs the reproduction of fine spatial details. The optimal interval of low concentrations turned out to be, in which the best compromise is achieved between the stability of the feedback and the minimum error in the reconstruction of the surface profile. It has been shown that going beyond these concentrations leads to an increase in measurement uncertainty due to hydrodynamic and electrochemical artifacts. Electron beam modification of metal films reduces the number of nanodefects and ensures the constancy of roughness estimates over time even under mechanicaldisturbances, while unmodified samples demonstrate a significant deterioration in metrological indicators. Therefore, it has been proven that the concentration of nitrate electrolyte is a critical parameter for the accuracy of AFM in a liquid. It is recommended to conduct studies using AFM in the area of low ionic strength, to stabilize the temperature and pressure force, using height standards and correction for the conductivity of the solution. It is concluded that surface electron beam modification of samples increases the reproducibility and reliability of microrelief estimates, which is important for quality control of microelectronic components
dc.format.pagerangeС. 12-20
dc.identifier.citationВплив нітратних електролітів у рідинній комірці атомно-силової мікроскопії на точність вимірювання мікрорельєфу мікроелектронних компонентів / Топтун А. В., Саєнко С. М., Ощепков Н. О., Мироненко Д. С., Бондаренко М. О. // Вісник КПІ. Серія Приладобудування : збірник наукових праць. – 2025. – Вип. 70(2). – С. 12-20. – Бібліогр.: 17 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/1970.70(2).2025.347953
dc.identifier.orcid0000-0001-9318-4301
dc.identifier.orcid0009-0007-4065-4745
dc.identifier.orcid0009-0004-3559-7537
dc.identifier.orcid0009-0009-7800-606X
dc.identifier.orcid0000-0002-5927-0326
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/79501
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofВісник КПІ. Серія Приладобудування : збірник наукових праць, 2025, Вип. 70(2)
dc.rights.urittps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectіонна сила
dc.subjectподвійний електричний шар
dc.subjectв’язке демпфування
dc.subjectлокальний електрохімічний процес
dc.subjectметрологічна відтворюваність
dc.subjectionic force
dc.subjectdouble electric layer
dc.subjectviscous damping
dc.subjectlocal electrochemical process
dc.subjectmetrological reproducibility
dc.subject.udc621.382:531.7:539.216:544.65
dc.titleВплив нітратних електролітів у рідинній комірці атомно-силової мікроскопії на точність вимірювання мікрорельєфу мікроелектронних компонентів
dc.title.alternativeEffect of nitrate electrolytes in the liquid cell of atomic force microscopy on the accuracy of measuring the microrelief of microelectronic components
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
12-20.pdf
Розмір:
490.79 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 70(2)