Атомно Прослеживаемый созданию наноструктур

В нанотехнологии становится все более важным в самых разнообразных аренах, понимание структур образована приобретает особое значение, особенно в области электроники и литографии. Чтобы подчеркнуть важность метрологии на наноуровне, в частности, в масштабах ниже 10 нм, то следует отметить, что разница в размерах особенностью только 1 нм указывает на дробное изменение, по меньшей мере 10%. Это изменение может иметь серьезные последствия для работы устройства и материального характера ^{1,2 -. 4} Используя синтетические методы, очень точно, образованные индивидуальные особенности, такие как квантовых точек или других сложных молекул могут быть изготовлены, ^2,5,6, но в целом не хватает то же точность в размещении художественного и ориентации, несмотря на работу к улучшению размера и размещения контроля. Эта статья демонстрирует подход к наноструктур с почти атомной точностью размеров и атомной точностью в размещении функций, а такжес атомным метрологии в размещении объектов. Использование атомарной точности сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), индуцированное водорода депассивации литографии (HDL), атомно-точные модели с химически чувствительной отличие образуются на поверхности. Селективный атомное осаждение слоёв (ALD), то применяется твердого материала оксида в узорной районах, реактивного ионного травления (RIE) в конечном счете, передавая образцы в объемном материале, как схематически показано на фиг.1. Сочетание высокой точностью процесс HDL со стандартом ALD и РИТ процессов приводит гибкий метод для получения наноструктур на поверхности произвольной формы и расположения.

Рисунок 1. Первичный Nanofabrication этапов процесса. В качестве примера, 200 нм х 200 нм квадрат показана. Каждый кружком стрелка указывает на стадию атмосферного воздействия и тransport между сайтами. После СВВ образца приготовительный, образец с рисунком с помощью СВВ HDL сопровождается СТМ метрологии (вверху слева). ALD Затем выполняется с последующим АСМ метрологии (справа). РИТ передает закономерности в Si (100), с последующим SEM метрологии (внизу слева). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Наиболее точный литографии на сегодняшний день, как правило, включает в себя сканированные методы зонд, специально СТМ на основе паттерна, где атомное разрешение рисунка и функционализации была продемонстрирована для многих приложений. ⁷ Ранее атом манипуляции производятся наноструктур с высочайшей точностью, используя отдельные атомы в качестве строительных блоков, ^{8 9,10,} но наноструктуры, необходимые криогенных условиях и, таким образом, не было долгосрочного надежность. RT атом манипулирование удаления атомов водорода с поверхности, как было показано, specificalLY ЛПВП. ^11,12,13 ЛПВП обещает включить новые классы электронных и других устройств на базе пространственной локализации поверхности контраста. Использование HDL без дальнейшей обработки, различные архитектуры устройств возможны в том числе оборванных проводов облигаций или логических устройств. ^14,15,16 В дополнение к предоставлению электрической контраст, ЛПВП могут ввести химическую контраст на поверхности, где была удалена пассивирование Н слой, в силу создание шаблона для дальнейшего химической модификации. Это химическая модификация была продемонстрирована на кремнии и других поверхностей, показывающий селективность осаждения металлов, изоляторов ^{17, 18} и даже полупроводников. ^16,19 каждом из этих примеров производит двумерные структуры, так и другие этапы обработки должны быть использованы для получения истинно три трехмерные структуры с атомарной решены контроля обещанного HDL. Ранее это потребовало повторный рисунка, ^19,20,21 отжига, ²² </suP> или менее решены такие процессы, как электронно-лучевой наконечник на основе индуцированного осаждения. ²³

Подобно электронно-лучевой литографии, ЛПВП использует локализованную поток электронов, чтобы выставить сопротивляться. Несколько сходство такие, как способность выполнять многорежимный литографии с переменным размером пятна и эффективности узора. ²⁴ Тем не менее, истинная сила возникает из HDL, как она отличается от электронно-лучевой литографии. Во-первых, противостоять в HDL является монослой атомарного водорода, так что сопротивляться экспозиции становится цифровой процесс; резиста атом является или нет. ²⁵ Так как размещение атом Н соответствует базовой Si (100) решетки процесс ЛПВП может быть атомарно точный процесс, хотя следует отметить, что в данной работе ЛВП нанометрового точность, против того, чтобы атомную совершенства и, таким образом, это не цифровой в этом случае. С источником электронов в HDL является локальной для поверхности, различные режимы работы СТМ облегчить иоптимизация пропускной а также проверка ошибок. В зонд-образец предубеждений ниже ~ 4,5 В, литография может быть выполнена на одном уровне атома с атомной точностью, известный как атомарной точности (режим AP). В отличие от этого, в предвзятости выше ~ 7 V, электроны испускаются непосредственно от кончика к образцу с широкими ширин и высокую эффективность депассивации, известных здесь как режим Автоэмиссионные (режим FE). HDL пропускной затем может быть оптимизирована путем правильной комбинации этих двух режимов, хотя в целом пропускная остается небольшой по сравнению с электронно-лучевой литографии с рисунка до 1 мкм ² / мин возможной. При смещения повернут так, что образец находится в ~ -2,25 В, электронов туннель от образца к кончику с чрезвычайно низкой эффективностью депассивации, что позволяет осмотр атомной структуры поверхности и для исправления ошибок и для масштабного метрологии атомного ,

Это Процесс изготовления наноструктуры показано на рисунке 1 </stronг> начинается с шага СВВ-HDL, как описано выше. После HDL, образец с атмосферой, и в это время в узорной области становятся насыщенными водой, образуя тонкую (т.е. ~ 1 монослой) слоя SiO _2. ²⁶ После транспортировки, образец вставляется в камеру ALD для осаждения диоксид титана (TiO _2), с толщиной около 2-3 нм хранение здесь, как измерено с помощью атомно-силовой микроскопии и XPS. ²⁷ Так как реакция диоксида титана зависит от водонасыщенности поверхности, этот процесс можно, несмотря на атмосферу воздействия насыщающего поверхность водой , Далее, чтобы передавать шаблон маски ALD в объем образца травлению с помощью RIE, так что 20 нм Si удаляется, с глубиной травления определяется АСМ и SEM. Для того, чтобы облегчить действия метрологии, Si (100) пластина с узором сетки линий, которые предназначены, чтобы быть видимым после подготовки СВВ длинной рабочей расстояние оптического микроскопа, АСМ план-вид оптической томографии инизкого увеличения план-вид СЭМ изображения. Чтобы помочь определить наноразмерных структур, узоры 1 мкм ² змеевик (Выдача) по образцу на образцах с наиболее изолированных nanopatterns, расположенных на фиксированных местах относительно выдачи.

Эта комбинация HDL, селективного ALD, и РИТ может быть важным процессом для изготовления наноструктур, и включает в себя в атомном масштабе метрологии как естественный побочный продукт процесса. Ниже мы включили подробное описание этапов для изготовления суб-10 нм наноструктур в Si (100) с использованием HDL, избирательное ALD и RIE. Предполагается, что одна специалистам в каждом из этих процессов, но информация будет включена связанные с, как интегрировать различные процессы. Особое внимание будет уделено неожиданных трудностей, испытываемых авторами для того, чтобы предотвратить те же трудности, особенно связанные с транспортом и метрологии.