ייצור ננו-מבנה אטומי למעקב

כננוטכנולוגיה הופכת להיות יותר חשובה במגוון רחב של זירות, הבנת המבנים מתגבש חשיבות רווחים, במיוחד בתחומים של יתוגרפיה ואלקטרוניקה. כדי להדגיש את החשיבות של המטרולוגיה בקנה המידה ננומטרי, במיוחד בקני מידה מתחת ל -10 ננומטר, יש לציין כי שינוי בגודל תכונה של רק 1 ננומטר מציין וריאציה חלקית לפחות 10%. וריאציה זו יכולה להיות השלכות משמעותיות על ביצועי מכשיר ואופי חומר ^{1,2 -. 4} שימוש בשיטות סינתטיות, יכולות להיות מפוברקות תכונות אישיות שנוצרו דווקא מאוד כגון נקודות קוונטיות או מולקולות מורכבות אחרות, ^2,5,6 אבל בדרך כלל חסרות את אותו הדיוק במיקום תכונה וכיוון, למרות עבודה לשיפור שליטה בגודל ובמיקום. מסמך זה מדגים גישה לבודת ננו עם דיוק ליד אטומי גודל ודיוק אטומי במיקום תכונה, כמו גםעם המטרולוגיה אטומית במיקום תכונה. שימוש בדיוק האטומי של סריקת תיעול מיקרוסקופים (STM) מימן מושרה Depassivation ליתוגרפיה (HDL), דפוסים אטומי מדויקים עם ניגוד כימי רגיש נוצרים על משטח. אטומי שכבת הפקדת סלקטיבי (ALD) ולאחר מכן חלה חומר תחמוצת קשה באזורי הדוגמת, עם תגובתי יון תחריט (RIE) סופו של דבר להעביר את הדפוסים לחומר בתפזורת, כפי שמוצג באופן סכמטי באיור 1. שילוב תהליך HDL מאוד מדויק עם סטנדרטי אלד וRIE מעבדים תוצאות בשיטה גמישה כדי לייצר ננו על משטח עם צורה ומיקום שרירותיים.

איור 1. שלבי תהליך הראשוני Nanofabrication. כדוגמא, ריבוע x 200 ננומטר 200 ננומטר מוצג. כל חץ עיגול מציין צעד של חשיפה ולא אטמוספריransport בין אתרים. לאחר הכנת מדגם UHV, המדגם הוא בדוגמת באמצעות UHV HDL אחרי המטרולוגיה STM (למעלה משמאל). אלד לאחר מכן ביצע, ואחריו המטרולוגיה AFM (מימין). RIE מעביר את הדפוסים לSi (100), ואחריו המטרולוגיה SEM (למטה משמאל). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

ליתוגרפיה המדויקת ביותר עד כה בדרך כלל טכניקות בדיקה סרוקות, דפוסים במיוחד מבוסס STM בי דפוסי רזולוציה אטומית וfunctionalization הודגמו עבור יישומים רבים. ⁷ ננו בעבר, מניפולציה אטום הפיק עם דיוק אולטימטיבי באמצעות אטומים בודדים כאבני בניין, ^{8 , 9,10} אבל ננו נדרש תנאי קירור וכך היה חסר לטווח ארוך חוסן. המניפולציה אטום RT על ידי הסרת אטומי מימן מפני השטח הוכחה, specifically HDL. ^11,12,13 HDL מבטיח לאפשר סוגים חדשים של אלקטרוניקה והתקנים אחרים המבוססים על הלוקליזציה המרחבי של ניגוד פני השטח. באמצעות HDL ללא עיבוד נוסף, ארכיטקטורות מכשיר שונות אפשריות כוללים משתלשלים חוטי אג"ח או מכשירי היגיון. ^14,15,16 בנוסף לאספקת חשמל ניגוד, HDL יכול להציג ניגוד כימי על פני השטח שבו שכבת H passivating הוסרה, בהשפעה יצירת תבנית לשינוי כימי נוסף. שינוי כימי זה הודגם על סיליקון ומשטחים אחרים, המציג סלקטיביות לתצהיר של מתכות, ¹⁷ מבודדים, ¹⁸ ומוליכים למחצה אפילו. ^16,19 כל אחת מדוגמאות אלה מייצר שני מבנים ממדיים, מדרגות עיבוד כל כך אחרות חייבים לשמש לייצור אמיתי שלוש מבנים ממדיים עם השליטה האטומית החליטה שהובטחה על ידי ה- HDL. דפוסים חוזרים ונשנים בעבר, זה נדרש, ^19,20,21 חישול, ²² </sup> או פחות טוב נפתר תהליכים כגון תצהיר מושרה קורה אלקטרוני מבוסס-קצה. ²³

בדומה ליתוגרפיה קורה אלקטרוני, HDL משתמש שטף של אלקטרונים מקומיים לחשוף בפניו. כמה קווי דמיון קיימים כגון היכולת לבצע יתוגרפיה מצב מרובה עם גודל נקודה משתנה ויעילות דפוסים. ²⁴ עם זאת, את הכח האמיתי של HDL נובע ממה הוא שונים מיתוגרפיה הקורה האלקטרוני. ראשית, להתנגד בHDL הוא monolayer של מימן אטומי, כך שלהתנגד חשיפה הופכת תהליך דיגיטלי; להתנגד אטום או הוא או היא לא קיימת. ²⁵ מאז הנפקת אטום H המתאימה לSi הבסיס (100) סריג תהליך HDL יכול להיות תהליך אטומי מדויק, אם כי יש לציין כי במאמר זה HDL יש דיוק ננומטר כ בניגוד לכך ששלמות אטומית ולכן אינו דיגיטלי במקרה זה. מכיוון שמקור האלקטרונים בHDL הוא מקומי אל פני השטח, המצבים השונים של פעולת STM להקל שניאופטימיזציה תפוקה כמו גם בדיקת שגיאות. בקצה מדגם הטיות למטה ~ 4.5 V, ליתוגרפיה עשויה להתבצע ברמת האטום הבודד עם דיוק אטומי, הידוע בשם אטומי מצב מדויק (מצב AP). לעומת זאת, בהטיות מעל 7 ~ V, אלקטרונים נפלטים ישירות מהקצה למדגם עם linewidths הרחב ויעילות הגבוהה depassivation, מכונה כאן מצב שדה פליטה (מצב FE). אז יכולה להיות מותאמת תפוקה HDL על ידי שילוב זהיר של שני המצבים הללו, אם כי תפוקה הכוללת תישאר קטן יחסית לדואר הקורה ליתוגרפיה עם דפוסים עד 1 מיקרומטר ² דקות / אפשריות. כאשר ההטיה היא הפוכה, כך שהמדגם שנערך ב~ -2.25 V, מנהרת אלקטרונים מהמדגם לקצה עם יעילות depassivation נמוכה מאוד, ובכך מאפשר בדיקה של המבנה האטומי של פני השטח הן לתיקון שגיאות ולמטרולוגיה בקנה מידה אטומית .

תהליך ייצור זה ננו-מבנה שמוצג באיור 1 </stronז> מתחיל בצעד UHV-HDL, כפי שתואר לעיל. בעקבות HDL, המדגם פרק לאווירה, בו בזמן באזורי הדוגמת להיות רוויים במים, ויצר דק (כלומר, ~ monolayer 1) SiO ₂ שכבה. ²⁶ אחרי התחבורה, המדגם מוכנס לתוך תא אלד לתצהיר של טיטניה (Tio _2), עם עובי סביב 2-3 ננומטר הופקד כאן, כפי שנמדד על ידי AFM וXPS. ²⁷ מאז תגובת טיטניה תלויה רוויה מים של פני השטח, תהליך זה הוא אפשרי למרות חשיפת אווירה שמרווה את המשטח במים . בשלב הבא, להעביר את תבנית המסכה אלד לתפזורת המדגם נחרט באמצעות RIE כך כי 20 ננומטר של Si מוסר, עם העומק לחרוט נקבע על ידי AFM וSEM. על מנת להקל צעדי המטרולוגיה, רקיק Si (100) הוא בדוגמת עם רשת של קווים שנועדו להיות גלוי לאחר UHV הכנה על ידי מיקרוסקופ עבודה ארוכה מרחק אופטי, הדמיה אופטית AFM תכנית-נוף, וההדמיה SEM תכנית צפייה נמוכה הגדלה. כדי לסייע בזיהוי המבנים ננומטריים, דפוסים מתפתל 1 מיקרומטר ² (SERP) הם בדוגמת על הדגימות עם nanopatterns המבודד ביותר ממוקם במקומות קבועים ביחס לתוצאות החיפוש.

שילוב זה של HDL, אלד סלקטיבית, וRIE יכול להיות תהליך חשוב לייצור ננו-מבנה, והוא כולל המטרולוגיה בקנה מידה אטומית כתוצר לוואי טבעי של התהליך. להלן, אנו כוללים תיאור מפורט של השלבים הכרוכים לפברק ננו ננומטר תת-10 בSi (100) באמצעות ה- HDL, אלד סלקטיבית, וRIE. ההנחה היא כי אחד היא מיומן בכל אחד מתהליכים אלה, אך המידע ייכלל קשור לכיצד לשלב התהליכים השונים. דגש מיוחד יינתן לאלה קשיים בלתי צפויים שחוו המחברים כדי למנוע אותם הקשיים, במיוחד קשור להובלה והמטרולוגיה.