Трехмерная структура, образованная тонкими кремниевыми проволоками, способ ее изготовления и устройство, содержащее ее

Трехмерная структура, образованная тонкими кремниевыми проволоками, способ ее изготовления и устройство, содержащее ее

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к трехмерной структуре, образованной тонкими кремниевыми проволоками. В частности, настоящее изобретение относится к трехмерной структуре, в которой используются проволоки в диапазоне размеров от нанометров (далее будем называть нано) до микрометров, сформированные травлением с использованием кристалличности кремния и т.д., в качестве элементов, к способу ее изготовления и к устройству, содержащему ее.

Традиционно пластинчатая или блочная структура, состоящая из кремния, или структура, образованная изгибанием металлических проводящих проволок, используется в таких элементах, как осцилляторы и катушки.

В целом, наконечник, намагниченный кобальтом или железом и т.д., используется в качестве наконечника в атомно-силовом микроскопе для обнаружения магнитного поля.

Кроме того, авторы настоящего изобретения уже предложили такие элементы, как кронштейн, образованный тонкой трехмерной структурой, в следующих патентных документах 1:

[Патентный документ 1]

Японская нерассмотренная патентная публикация №2001-91441 (стр.7-8, фиг.4)

[Патентный документ 2]

Японская нерассмотренная патентная публикация №2001-289768 (стр.3-4, фиг.1)

[Патентный документ 3]

Японская нерассмотренная патентная публикация №2003-114182 (стр.5-6, фиг.1)

Однако вышеописанный известный тонкий наконечник не позволяет осуществлять контроль магнитной силы в ходе процесса.

В сканирующем температурном микроскопе петля, используемая в качестве элемента, чувствительного к температуре, изготовлена вручную или из фрагментов, изготовленных с применением нанотехнологий. Это затрудняет проведение подтверждающих тестов и многоточечных измерений.

Кроме того, пластинчатый кронштейн, используемый в известном сканирующем силовом микроскопе, в сканирующем электронном микроскопе приводит к следующим проблемам. Когда наблюдение при сканирующей электронной микроскопии осуществляется перпендикулярно образцу, кронштейн заслоняет точку наблюдения, что затрудняет наблюдение образца и идентификацию точки наблюдения.

Ожидается, что миниатюризация кронштейна с использованием трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, повысит чувствительность масс-спектроскопии и обнаружения силы. Однако в этой технологии нарушения, например дефекты кристаллической структуры, вблизи поверхности значительно влияют на добротность (Q-фактор) механического осциллятора. Такие нарушения вблизи поверхности нужно уменьшать. В частности, когда трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, формируют путем реактивного ионного травления (анизотропного травления), нарушения, например дефекты кристаллической структуры, возрастают. Поэтому важно исследовать методы травления.

Ввиду вышеописанной ситуации задачей настоящего изобретения является получение высоконадежной трехмерной структуры, образованной сверхтонкими кремниевыми проволоками, предложение способа ее изготовления и устройства, содержащего ее.

Для решения вышеозначенной задачи настоящее изобретение предусматривает следующие объекты:

[1] Трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками размерами порядка от нанометров до микрометров, сформированную влажным травлением с использованием кристалличности монокристаллического материала.

[2] Трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками согласно [1], являющуюся тонкой катушкой, образованной совокупностью проволок.

[3] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, в котором магнитное поле генерируется или регистрируется тонкой катушкой, образованной совокупностью проволок, размерами порядка от нанометров до микрометров, сформированных влажным травлением с использованием кристалличности монокристаллического материала.

[4] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, в котором температура в ультрамалой области измеряется с использованием изменения сопротивления в зависимости от температуры тонкой катушки, образованной совокупностью проволок, размерами порядка от нанометров до микрометров, сформированных влажным травлением с использованием кристалличности монокристаллического материала.

[5] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, согласно [4], в котором тонкая катушка используется для визуализации распределения температуры в плоских образцах, визуализации распределения температуры и метаболизма в биологических материалах и для отображения распределения температуры в электронных устройствах.

[6] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, в котором взаимодействие или изменение силы или массы на атомном уровне обнаруживается за счет изменения амплитуды, фазы или частоты самовозбуждения осциллятора, образованного совокупностью проволок, размерами порядка от нанометров до микрометров, сформированных влажным травлением с использованием кристалличности монокристаллического материала.

[7] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, в котором образец, имеющий конкретный размер частиц, захватывается сетчатой структурой, образованной совокупностью проволок, размерами порядка от нанометров до микрометров, сформированных влажным травлением с использованием кристалличности монокристаллического материала.

[8] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, согласно [7], являющееся фильтром для поглощения конкретного вещества, причем фильтр сформирован путем модификации поверхности сетчатой структуры.

[9] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, согласно [7], в котором сетчатая структура целиком является упругим телом, вследствие чего структура является упругой.

[10] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, согласно [7], в котором сетчатая структура является трехмерным оптическим фильтром, дифракционной решеткой или экранирующим окном.

[11] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, согласно [7], в котором сетчатая структура является резистором, имеющим решетчатую структуру, тем самым обеспечивая связь электрических схем.

[12] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, в котором трехмерная структура образована совокупностью проволок, размерами порядка от нанометров до микрометров, сформированных влажным травлением с использованием кристалличности монокристаллического материала, и наконечник или блок, сформированный на пересечении проволок влажным травлением, используются как зонд или как масса для обеспечения структуры с заданными колебательными характеристиками.

[13] Устройство, содержащее трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, в котором устройство содержит наконечник микроскопа, позволяющий легко наблюдать участок наблюдения, причем наконечник образован совокупностью проволок размерами порядка от нанометров до микрометров, сформированных влажным травлением с использованием кристалличности монокристаллического материала.

[14] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, содержащий этапы, на которых: подготавливают подложку кремния на изоляторе (КНИ), имеющую поверхность, образованную поверхностью {100} монокристаллов кремния на ней; формируют пленку оксида кремния на части слоя КНИ подложки КНИ; формируют пленку нитрида кремния на пленке оксида кремния и части слоя КНИ; удаляют часть пленки нитрида кремния, чтобы обнажить слой КНИ, в результате чего удлиненные формы периодически размещаются параллельно направлению <110>; удаляют обнаженные участки слоя КНИ путем влажного травления; термически окисляют поверхность {111}, обнаженную при влажном травлении, для формирования термически оксидированной пленки; удаляют часть оставшейся пленки нитрида кремния и подвергают влажному травлению вновь обнаженный слой КНИ для формирования массива тонких кремниевых проволок; и удаляют оксидную пленку подложки КНИ для формирования тонких кремниевых проволок, которые могут совершать независимые колебания.

[15] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [14], в котором проксимальные концы тонких кремниевых проволок формируют так, чтобы обеспечить разные формы на двух боковых сторонах каждой тонкой проволоки.

[16] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [14], в котором тонкие кремниевые проволоки обрабатывают так, чтобы все тонкие проволоки имели одинаковую длину.

[17] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [14], в котором тонкие кремниевые проволоки обрабатывают так, чтобы все тонкие проволоки имели разную длину.

[18] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, содержащий этапы, на которых: подготавливают подложку КНИ, имеющую поверхность, образованную поверхностью {100} монокристаллов кремния на ней; формируют пленку нитрида кремния на слое КНИ подложки КНИ; удаляют часть пленки нитрида кремния, чтобы обнажить слой КНИ, в результате чего удлиненные формы периодически размещаются рядом друг с другом параллельно направлению <110>; удаляют обнаженные участки слоя КНИ посредством влажного травления; термически окисляют поверхность {111}, обнаженную при влажном травлении, для формирования термически оксидированной пленки; удаляют часть оставшейся пленки нитрида кремния и осуществляют влажное травление вновь обнаженного слоя КНИ для формирования массива тонких кремниевых проволок; и удаляют скрытую оксидную пленку подложки КНИ для формирования тонких кремниевых проволок, которые могут совершать независимые колебания.

[19] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [18], в котором проксимальные концы тонких кремниевых проволок формируют так, чтобы обеспечить разные формы на двух боковых сторонах каждой тонкой проволоки.

[20] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [18], в котором тонкие кремниевые проволоки обрабатывают так, чтобы все тонкие проволоки имели одинаковую длину.

[21] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [18], в котором тонкие кремниевые проволоки обрабатывают так, чтобы все тонкие проволоки имели разную длину.

[22] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [14], в котором трехмерная структура содержит зонды.

[23] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [22], в котором зонды являются одноопорными балками.

[24] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [23], в котором одноопорные балки являются кронштейнами для атомно-силового микроскопа.

[25] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [22], в котором зонды являются двухопорными балками.

[26] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [18], в котором трехмерная структура содержит зонды.

[27] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [26], в котором зонды являются одноопорными балками.

[28] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [27], в котором одноопорные балки являются кронштейнами для атомно-силового микроскопа.

[29] Способ изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [26], в котором зонды являются двухопорными балками.

[30] Трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, сформированную способом изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [14].

[31] Трехмерную структуру, образованную тонкими кремниевыми проволоками, сформированную способом изготовления трехмерной структуры, образованной тонкими кремниевыми проволоками, согласно [18].

Иными словами, настоящему изобретению присущи следующие признаки:

(1) Катушку можно сформировать с использованием совокупности тонких кремниевых проволок. Катушку можно использовать для генерации или регистрации магнитного поля.

(2) Катушку можно сформировать с использованием совокупности тонких кремниевых проволок. Температуру в ультрамалой области можно измерять с использованием изменения сопротивления в зависимости от температуры катушки. Катушку также можно использовать для визуализации распределения температуры в плоских образцах, визуализации распределения температуры и метаболизма в биологических материалах и для отображения распределения температуры в электронных устройствах.

(3) Осциллятор можно сформировать с использованием тонких кремниевых проволок. Взаимодействие или изменение силы или массы на атомном уровне можно обнаруживать с использованием изменения амплитуды, фазы или частоты самовозбуждения осциллятора.

(4) Сетчатую структуру можно сформировать с использованием тонких кремниевых проволок. Сетчатую структуру можно использовать для захвата образца, имеющего конкретный размер частиц.

(5) Сетчатую структуру можно сформировать с использованием тонких кремниевых проволок. Сетчатая структура приобретает свойства фильтра для поглощения конкретного вещества, благодаря модификации ее поверхности.

(6) Сетчатую структуру можно сформировать с использованием тонких кремниевых проволок, чтобы она функционировала в целом как упругое тело. Сетчатая структура приобретает свойства упругого тела, менее подверженного повреждению.

(7) Сетчатую структуру можно сформировать с использованием тонких кремниевых проволок. Сетчатая структура приобретает свойства трехмерного оптического фильтра, дифракционной решетки или экранирующего окна.

(8) Сетчатую структуру можно сформировать с использованием тонких кремниевых проволок. Сетчатая структура приобретает свойства резистора, имеющего решетчатую структуру, для обеспечения связи электрических схем.

(9) Трехмерную структуру можно сформировать с использованием тонких кремниевых проволок. Наконечник или блок можно сформировать на пересечении проволок влажным травлением. Наконечник или блок можно использовать как зонд или массу для обеспечения структуры с заданными колебательными характеристиками.

(10) Обеспечиваются одноопорные балки, образованные тонкими кремниевыми проволоками, в которых используется кристалличность кремния и не возникает нарушений, например дефектов кристаллической структуры.

(11) Обеспечиваются одноопорные балки, в которых проксимальные концы тонких проволок, функционирующих как зонды, имеют разные формы на двух боковых сторонах каждой тонкой проволоки. Такие одноопорные балки можно небольшими затратами изготавливать посредством простого процесса, в котором исключен этап формирования пленки оксида кремния. Одноопорные балки имеют надежную структуру, поскольку проксимальные концы одноопорных балок имеют асимметричную форму.

(12) Обеспечиваются одноопорные балки, имеющие хорошие характеристики зонда и одинаковую длину.

(13) Обеспечиваются одноопорные балки, имеющие хорошие характеристики зонда и разные длины.

(14) Обеспечиваются двухопорные балки, образованные тонкими кремниевыми проволоками, в которых используется кристалличность кремния и не возникает нарушений, например дефектов кристаллической структуры.

(15) Обеспечиваются двухопорные балки, имеющие хорошие характеристики в качестве зонда и одинаковую длину.

(16) Обеспечиваются двухопорные балки, имеющие хорошие характеристики в качестве зонда и разные длины.

(17) Обеспечивается трехмерная структура, имеющая одноопорные балки или двухопорные балки, образованные тонкими кремниевыми проволоками и имеющие хорошие характеристики в качестве зонда.

Далее изобретение поясняется на основе представленных чертежей, на которых показано:

Фиг.1 - схема устройства, имеющего наконечник, поддерживаемый совокупностью тонких проволок, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - вид в перспективе (устройства) осциллятора, имеющего наконечник, поддерживаемый совокупностью тонких проволок, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - вид в перспективе (устройства) тонкой катушки, образованной совокупностью тонких проволок, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - вид в перспективе (устройства) осциллятора, имеющего наконечники, поддерживаемые двумя тонкими двухопорными проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 - вид в перспективе (устройства) тонкой катушки, имеющей решетчатую структуру, образованную тонкими проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - вид в перспективе, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, (устройства) осциллятора, имеющего наконечник, поддерживаемый совокупностью тонких проволок и используемый для обнаружения изменения сопротивления в зависимости от температуры.

Фиг.7 - схема измерительного моста, показанного на фиг.6.

Фиг.8 - схема (устройства) тонкой катушки, к которой можно добавить функцию модуляции, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 - кронштейны, функционирующие в качестве зондов, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 - процесс изготовления (№1) кронштейнов (одноопорных балок, образованных тонкими проволоками), показанных на фиг.9.

Фиг.11 - процесс изготовления (№2) кронштейнов (одноопорных балок, образованных тонкими проволоками), показанных на фиг.9.

Фиг.12 - процесс изготовления (№3) кронштейнов (одноопорных балок, образованных тонкими проволоками), показанных на фиг.9.

Фиг.13 - процесс изготовления (№4) кронштейнов (одноопорных балок, образованных тонкими проволоками), показанных на фиг.9.

Фиг.14 - процесс изготовления (№5) кронштейнов (одноопорных балок, образованных тонкими проволоками), показанных на фиг.9.

Фиг.15 - кронштейны, функционирующие как зонды, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно первой модификации варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.16 - кронштейны, функционирующие как зонды, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно второй модификации варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.17 - кронштейны, функционирующие как зонды, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.18 - процесс изготовления (№1) кронштейнов, функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.17.

Фиг.19 - процесс изготовления (№2) кронштейнов, функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.17.

Фиг.20 - процесс изготовления (№3) кронштейнов, функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.17.

Фиг.21 - кронштейны, функционирующие как зонды, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно модификации варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.22 - двухопорные балки, функционирующие как зонды, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.23 - процесс изготовления (№1) двухопорных балок, функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.22.

Фиг.24 - процесс изготовления (№2) двухопорных балок, функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.22.

Фиг.25 - процесс изготовления (№3) двухопорных балок, функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.22.

Фиг.26 - процесс изготовления (№4) двухопорных балок, функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.22.

Фиг.27 - двухопорные балки из тонких проволок, функционирующие как зонды, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно модификации варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.28 - двухопорные балки (в которых проксимальные концы тонких проволок имеют разные формы на двух боковых сторонах каждой тонкой проволоки), функционирующие как зонды, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.29 - процесс изготовления (№ 1) двухопорных балок (в которых проксимальные концы тонких проволок имеют разные формы на двух боковых сторонах каждой тонкой проволоки), функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.28.

Фиг.30 - процесс изготовления (№ 2) двухопорных балок (в которых проксимальные концы тонких проволок имеют разные формы на двух боковых сторонах каждой тонкой проволоки), функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.28.

Фиг.31 - процесс изготовления (№ 3) двухопорных балок (в которых проксимальные концы тонких проволок имеют разные формы на двух боковых сторонах каждой тонкой проволоки), функционирующих как зонды, образованных тонкими кремниевыми проволоками, показанных на фиг.28.

Со ссылкой на чертежи предпочтительные варианты осуществления изобретения описываются далее.

На фиг.1 схематически показано устройство, имеющее наконечник, поддерживаемый совокупностью тонких проволок, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На этой фигуре позиция 1 обозначает основание кронштейна, позиция 2 обозначает совокупность тонких проволок, позиция 3 обозначает наконечник и позиция 4 обозначает образец.

Согласно фигуре, поскольку наконечник 3 поддерживается совокупностью тонких проволок [размером порядка от нанометров (далее именуемых нано) до микрометров], участок наблюдения образца 4 не заслоняется. В результате участок, наблюдаемый с помощью наконечника 3, можно легко наблюдать с помощью оптического микроскопа или сканирующего микроскопа.

Авторы настоящего изобретения уже предложили тонкий механический осциллятор, сформированный с использованием полупроводникового материала, способ его изготовления и измерительное устройство, содержащее его, в вышеупомянутом патентном документе 1.

На фиг.2 изображен вид в перспективе (устройства) осциллятора, имеющего наконечник, поддерживаемый совокупностью тонких проволок, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На этой фигуре позиция 100 обозначает основание осциллятора, позиции 101 и 102 обозначают две тонкие проволоки и позиция 103 обозначает наконечник, сформированный в месте пересечения двух тонких проволок 101 и 102.

На фиг.3 изображен вид в перспективе (устройства) тонкой катушки, образованной совокупностью тонких проволок, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На этой фигуре позиция 200 обозначает основание тонкой катушки, а позиция 201 обозначает тонкую катушку, образованную V-образными тонкими проволоками.

На фиг.4 изображен вид в перспективе (устройства) осциллятора, имеющего наконечники, поддерживаемые двумя тонкими двухопорными проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На этой фигуре позиция 300 обозначает основания осциллятора, расположенные с обеих сторон, позиции 301 и 302 обозначают две тонкие проволоки, проходящие от оснований 300 осциллятора и расположенные по обе стороны от него соответственно, и позиция 303 обозначает наконечники, находящиеся на пересечении двух тонких проволок 301 и 302.

Альтернативно, двойные катушки, образованные тонкими двухопорными проволоками, могут быть сформированы без образования наконечников 303, показанных на фиг.4.

На фиг.5 изображен вид в перспективе (устройства) тонкой катушки, имеющей решетчатую структуру, образованную тонкими проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На этой фигуре позиция 400 обозначает основание тонкой катушки, а позиция 401 обозначает тонкую катушку, имеющую сетчатую структуру, образованную тонкими проволоками. Это устройство также может быть сформировано в трехмерной структуре.

На фиг.6, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, изображен вид в перспективе (устройства) осциллятора, имеющего наконечник, поддерживаемый совокупностью тонких проволок и используемый для обнаружения изменения сопротивления в зависимости от температуры. На фиг.7 приведена схема его измерительного моста.

На фиг.6 позиция 500 обозначает опору кронштейна, позиция 501 обозначает совокупность тонких проволок и позиция 502 обозначает наконечник.

В этом варианте осуществления каждый кронштейн, образованный тонкими проволоками 501, легирован бором для обеспечения электрической проводимости. Кроме того, на опоре 500 кронштейна сформирован измерительный мост, показанный на фиг.7. В результате можно обнаруживать изменение сопротивления в зависимости от температуры кронштейна. Вследствие весьма низкой теплопроводности это устройство может обеспечивать высокую чувствительность и частоту отклика. На фиг.7 символ r₁ обозначает сопротивление совокупности участков тонких проволок, а символ r₂ и символ r₃ обозначают сопротивление опоры 500 кронштейна.

Согласно способу изготовления вышеупомянутых устройств, например, показанных на фиг.2-6, производят травление монокристаллического кремния с помощью гидроксида калия (KOH) для обеспечения тонкой проволоки, образованной совокупностью граней кристалла. Примером такой тонкой проволоки является проволока, образованная двумя поверхностями {111} кремния и поверхностью {100} кремния.

Монокристаллы кремния имеют поверхность {111}, ее эквивалентные поверхности ориентированы в двух или более направлениях. Поэтому, в зависимости от комбинации граней кристалла, травлением монокристаллического кремния можно создать тонкую проволоку, имеющую разные осевые направления.

Кроме того, в зависимости от комбинации тонких проволок, имеющих разную ориентацию, и тонких проволок, параллельных друг другу, можно получать одномерную линию или различные двух- и трехмерные структуры, например структуру катушки, решетчатую структуру, сетчатую структуру и структуру осциллятора. Такую трехмерную структуру создают с использованием многослойной структуры, состоящей, например, из кремния или оксида кремния, закрывая соответствующие участки в соответствии с тем, какие нужно подвергать травлению, а какие нет.

Структуры, созданные с применением настоящего изобретения, можно использовать в качестве балки, V-образной катушки, V-образного резистора, сетчатой структуры и трехмерной связанной структуры. В любом случае, согласно известным способам, эти структуры можно изготавливать вручную или путем объединения пластинчатых компонентов. Напротив, настоящее изобретение обеспечивает следующие преимущества:

Структуру можно миниатюризировать, можно одновременно создавать несколько структур, можно создавать структуру с высокой степенью однородности, можно создавать трехмерную структуру, можно увеличить частоту структуры и можно снизить колебательные потери в структуре.

Вышеупомянутую балку можно использовать в качестве пера, одноопорной балки или зонда. V-образную катушку можно использовать в качестве тонкой катушки.

V-образный резистор можно использовать в качестве зонда для составления карты температур в ультрамалой области с использованием изменения сопротивления в зависимости от температуры.

Сетчатую структуру можно использовать в качестве физического фильтра или физического и химического фильтра, модифицировав ее поверхность. Кроме того, сетчатая структура, которая является разновидностью губчатой структуры, может достигать заданной упругости и функционировать как фильтр, который выбирает свет в зависимости от направления или длины волны. Кроме того, когда структура совершает колебания, она функционирует как элемент оптической модуляции. Поглощение конкретного вещества можно обнаружить по изменению характеристик колебаний структуры, объединяя функцию фильтрации конкретного вещества с функциями осциллятора.

В структуре, образованной тонкими проволоками, внутренность тонких проволок используется как волновод для света или волновод для колебаний, что позволяет управлять распространением света или колебаний.

Согласно вышеописанному, тонкие проволоки размеров от нано до микронов можно получать с использованием кристалличности кремния и других элементов, и можно получить трехмерную структуру, используя тонкие проволоки в качестве элементов. Эта технология позволяет создавать такие элементы, как осциллятор, сеть, катушка, петля генерации тепла, фильтр и магнитный датчик, размерами порядка микронов или субмикронов.

В результате осциллятор может обнаруживать силу или массу, сеть может захватывать образец, имеющий конкретный размер частиц, катушка может генерировать точное магнитное поле или может обнаруживать такое магнитное поле, и петля генерации тепла может измерять распределение температуры в образце.

Этот способ применим к массовому производству трехмерной структуры, образованной от миллионов до сотен миллионов тонких проволок.

На фиг.8 схематически показана схема (устройство) тонкой катушки, к которой можно добавить функцию модуляции, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

На этой фигуре позиция 600 обозначает опору тонкой катушки, позиция 601 обозначает тонкую катушку, образованную тонкими проволоками, и позиция 602 обозначает образец.

В этом варианте осуществления, когда ток течет в тонкой катушке 601, образованной тонкими проволоками, тонкая катушка 601 позволяет обнаруживать силу Лоренца или ее градиент, обусловленную(ый) магнитным полем образца 602, как силу, приложенную в направлении колебаний.

Это устройство позволяет измерять магнитный профиль, не используя характеристики магнитного наконечника. Кроме того, это устройство может выполнять функцию модуляции, например модуляции тока, которую нельзя достигнуть с известными магнитными наконечниками.

Настоящее изобретение применимо к сканирующему зондовому микроскопу, измерителю колебаний, анализатору поверхностей и граничных поверхностей, электрической схеме, детектору массы, сети электронных схем, фильтру для захвата вещества и к упругому материалу. Настоящее изобретение также применимо к измерениям температуры, распределения температуры в электронных устройствах и распределения температуры и метаболизма в биологических материалах.

В последующем аспекте настоящего изобретения слово «кронштейн», в целом, означает кронштейн, используемый в микроскопе атомных сил, а слово «зонд» означает зонд, который не ограничивается кронштейном, используемым в микроскопе атомных сил, но представляет элемент, используемый для различных целей, например обнаружения массы и обнаружения магнитного поля.

На фиг.9 показаны кронштейны, функционирующие в качестве зондов, образованные тонкими кремниевыми проволоками, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.9(а) показан его вид в перспективе, на фиг.9(b) показан его плоский вид, а на фиг.9(с) показан его вид в разрезе по линии L-L на фиг.9(b).

На этой фигуре позиция 701 обозначает пластину обработки, позиция 702 обозначает скрытую оксидную пленку, позиция 703 обозначает слой кремния на изоляторе (КНИ) и позиция 707 обозначает кремниевые тонкие проволоки (кронштейны, образованные одноопорными балками), которые сформированы с использованием кристалличности слоя 703 КНИ.

Теперь опишем способ изготовления кронштейнов (одноопорных балок, образованных тонкими проволоками) со ссылкой на фиг.10-14.

(1) На фиг.10(а-1) показан вид сверху, а на фиг.10(а-2) показан вид в перспективе. Как показано на этих фигурах, на этапе S1 на пластине 701 обработки формируют скрытую оксидную пленку 702 и на скрытой оксидной пленке 702 формируют слой 703 КНИ. Здесь стрелка А указывает направление <100>, а стрелка В указывает направление <110>.

(2) На фиг.10(b-1) показан вид сверху, а на фиг.10(b-2) показан вид в перспективе. Как показано на этих фигурах, на этапе S2 на части слоя 703 КНИ формируют пленку 704 оксида кремния (SiO₂).

(3) На фиг.10(c-1) показан вид сверху, а на фиг.10(с-2) показан вид в перспективе. Как показано на этих фигурах, на этапе S3 сверху осаждают пленку 705 нитрида кремния (Si₃N₄).

(4) На фиг.11(d-1) показан вид сверху. На фиг.11(d-2) показан вид в разрезе по линии А-А на фиг.11(d-1), а на фиг.11(d-3) показан вид в разрезе по линии В-В на фиг.11(d-1). Как показано на этих фигурах, на этапе S4 пленку 705 нитрида кремния (Si₃N₄) структурируют для формирования параллельных прямоугольных окон, так что край 704А пленки 704 оксида кремния (SiO₂) появляется в каждом окне. Длинные стороны каждого прямоугольного окна параллельны направлению <110>.

Согласно фиг.11(d-4), окна могут быть открыты с одного конца. Согласно фиг.11(d-5), окна могут быть открыты с обоих концов. Согласно фиг.11(d-6), окна могут быть открыты с другого конца.

(5) На фиг.12(е-1) показан вид сверху. На фиг.12(e-2) показан вид в разрезе по линии С-С на фиг.12(е-1), а на фиг.12(е-3) показан вид в разрезе по линии D-D на фиг.12(е-1). Как показано на этих фигурах, на этапе S5 слой 703 КНИ, открытый в окнах, подвергают влажному травлению щелочным раствором, используя в качестве маски слой нитрида кремния (Si₃N₄) и, таким образом, формируя выемки, ограниченные поверхностями 703А <111>.

(6) На фиг.12(f-1) показан вид сверху. На фиг.12(f-2) показан вид в разрезе по линии Е-Е на фиг.12(f-1), а на фиг.12(f-3) показан вид в разрезе по линии F-F на фиг.12(f-1). Как показано на этих фигурах, на этапе S6 полученную пластину термически окисляют. В результате открытые поверхности 703A <111> кремния защищены термически оксидированной пленкой 706.

(7) На фиг.13(g-1) показан вид сверху. На фиг.13(g-2) показан вид в разрезе по линии G-G на фиг.13(g-1), а на фиг.13(g-3) показан вид в разрезе по линии H-H на фиг.13(g-1). Как показано на этих фигурах, на этапе S7 удаляют часть пленки 705 нитрида кремния (Si₃N₄). Хотя на фигурах показан случай, когда пленка 705 нитрида кремния (Si₃N₄) частично остается, пленка 705 нитрида кремния (Si₃N₄) может быть полностью удалена.

(8) На фиг.13(h-1) показан вид сверху, а на фиг.13(h-2) показан вид в разрезе по линии I-I на фиг.13(h-1). Как показано на этих фигурах, на этапе S8 осуществляют второе влажное травление, используя термически оксидированную пленку 706 в качестве маски. Поэтому, как показано на фиг.13(h-2), слои 703' КНИ, имеющие, по существу, треугольное поперечное сечение, формируются на скрытой оксидной пленке 702, причем одна поверхность слоя 703' КНИ защищена термически оксидированной пленкой 706.

(9) На фиг.14(i-1) показан вид сверху, а на фиг.14(i-2) показан вид в разрезе по линии J-J на фиг.14(i-1). Как показано на этих фигурах, на этапе S9 удаляют термически оксидированную пленку 706, сформированную на этапе S6, пленку 705 нитрида кремния (Si₃N₄), частично оставленную на этапе S7, и пленку 704 оксида кремния (SiO₂). В результате образуются слои 703' КНИ в виде проволок, имеющие практически треугольное поперечное сечение.

(10) На фиг.14(j-1) показан вид сверху, а на фиг.14(j-2) показан вид в разрезе по линии K-K на фиг.14(j-1). Как показано на этих фигурах, на этапе S10 слои 703' КНИ в виде проволок [кронштейны (одноопорные балки)], имеющие практически треугольное поперечное сечение, обрабатывают, чтобы они имели заданную длину [например, путем реактивного ионного травления (РИТ)].

(11) Наконец, на фиг.14(k-1) показан вид сверху, а на фиг.14(k-2) показан вид в разрезе по линии L-L на фиг.14(k-1). Как показа