Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Atomik İzlenebilir Nanoyapı İmalatı

Published: July 17, 2015 doi: 10.3791/52900
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 5, 1, 1, 1, 4, 5, 1, 3, 3, 4, 5, 1, 1
1Zyvex Labs, 2Department of Physics, University of Texas at Dallas, 3Department of Materials Science and Engineering, University of Texas at Dallas, 4Materials Science and Engineering, University of North Texas, 5National Institute of Standards and Technology

Introduction

Nanoteknoloji yapılarını anlamak arenalarda, geniş bir yelpazede daha önemli hale geldikçe, özellikle litografi ve elektronik alanlarında, önem kazanmaktadır oluşturulmuştur. Özellikle 10 nm altındaki ölçeklerde, nano metroloji önemini vurgulamak için, sadece 1 nm özelliği büyüklüğünde bir varyasyonu fraksiyonel varyasyon en az% 10 olduğunu gösterir işaret edilmelidir. Bu varyasyon cihaz performansı ve malzeme karakter için önemli etkileri olabilir 1,2 -. 4 sentetik yöntemler kullanarak, örneğin kuantum noktaları veya diğer kompleks moleküller olarak çok hassas oluşan bireysel özellikler 2,5,6, fabrikasyon ama genellikle aynı hassasiyeti eksik olabilir boyut ve yerleştirme kontrolü geliştirmeye yönelik çalışmalarına rağmen özellik yerleştirme ve oryantasyon içinde. Bu kağıt yakın atomik boyut hassasiyeti ve özellik yerleştirme atomik hassas nano imalatı, yanı sıra bir yaklaşım gösteriyorözellik yerleştirme atom metroloji ile. Tarama tünel Mikroskobu (STM) neden olduğu hidrojen Depassivation Taşbaskı (HDL) atomik hassas kullanarak, kimyasal olarak duyarlı kontrast atomik hassas desenler bir yüzey üzerinde oluşturulur. Şekil 1 'de şematik olarak gösterildiği gibi selektif Biriktirme Layer Atom (ALD) daha sonra, tepkisel iyonla hakketme (RIE) nihai yığın malzemeye desenleri aktarılması ile, desenli alanlarda sert oksit malzeme uygulanır. Standardı ile son derece hassas HDL işlemi birleştiren ALD ve RIE esnek bir yöntem ile sonuçlanır rasgele şekil ve konumlandırma bir yüzey üzerine nano üretmek için işler.

Şekil 1
1. İlköğretim nanofabrikasyon Süreç Adımları Şekil. Bir örnek olarak, 200 nm x 200 mil kare gösterilmektedir. Her bir daire içine ok atmosfer koşullarında ve t aşamasını göstermektedirsiteler arasında ransport. UHV örnek hazırlık sonra, numune STM metroloji (sol üst) izledi UHV HDL kullanılarak desenli. ALD sonra AFM metroloji (sağda), ardından gerçekleştirilir. RIE SEM metroloji ardından Si (100), içine desenleri aktarır (sol altta). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Bugüne kadar en hassas litografi, genellikle taranmış prob teknikleri, atomik çözünürlükte desen ve işlevsel bir çok uygulama için gösterilmiştir, özellikle STM tabanlı model oluşturmanın içerir. büyük bir hassasiyetle 7, daha önce, atom manipülasyon üretti nano yapı taşları, 8 bireysel atomuna kullanılarak , 9,10 ancak böylece kriyojenik koşullar gereklidir ve nanoyapılar uzun vadeli sağlamlığını yoksundu. Yüzeyinden hidrojen atomunun ayrılmasıyla RT atomu manipülasyon specifical gösterilmiştirly HDL. 11,12,13 HDL yüzey kontrast mekansal lokalizasyonu dayalı elektronik ve diğer cihazlar, yeni sınıflar sağlamak için vaat ediyor. Daha fazla işleme tabi tutulmadan HDL'yi kullanarak, çeşitli cihaz mimarileri bağ telleri veya mantık cihazları sarkan dahil mümkündür. 14,15,16 Ayrıca elektrik kontrast sağlayarak, aslında, pasifleştirme H katmanı kaldırıldı yüzeyde kimyasal kontrast tanıtabilirsiniz HDL başkaca kimyasal modifikasyon için bir şablon oluşturma. Bu kimyasal modifikasyon metaller, 17 izolatörler, 18 ve hatta yarı iletkenler çökelmesi için seçicilik gösteren, silikon ve diğer yüzeyler üzerinde gösterilmiştir. 16,19 Bu örneklerin her birinin doğru üretmek için kullanılan gereken iki boyutlu bir yapı, bu nedenle diğer işlem adımlarını üreten üç HDL tarafından vaat atomik çözüldü kontrolü ile boyutlu yapılar. Daha önce, bu gerekli olan tekrarlanan desenlendirme, 19,20,21 tavlama, 22 23

E-ışın litografi benzer HDL bir karşı ortaya çıkarmak için bir elektron lokalize akı kullanır. Birkaç benzerlikler değişken nokta büyüklüğü ve desenlendirme verimliliği ile multi-mode litografi gerçekleştirmek için kapasite gibi mevcut. 24 Ancak, HDL'nin gerçek gücü e-ışın litografi farklıdır nasıl doğar. Birincisi, HDL direnen o poz dijital süreç haline karşı bu kadar atomik hidrojenin bir tek tabaka ise; atom ya da mevcut değilse ya da karşı. 25 H atomu yerleştirme (100) HDL süreci atomik hassas bir süreç olabilir kafes yatan Si karşılık bu yana, bu yazıda HDL nanometre hassasiyet olarak sahip olduğunu belirtmek gerekir, ancak Bu şekilde atomik mükemmellik sahiptir ve karşı bu durumda bir dijital değildir. HDL elektron kaynağı yüzeyine yerel olduğundan, STM çeşitli çalışma modları hem kolaylaştıranverim optimizasyonu yanı sıra hata kontrolü. ~ 4.5 V altında ucu-örnek önyargıları anda, litografi atomik hassas modu (AP modunda) olarak bilinen atom hassas, tek atom düzeyinde yapılabilir. Buna karşılık, ~ 7 V üzerinde önyargıları de, elektronlar Field Emission modu (FE modu) olarak bilinen geniş Burada Çizgi genişlikleri ve yüksek depassivation verimlilikleri ile örnek ucu doğrudan yayılır. Genel çıktılar mümkün 1 mikron 2 / dakikaya kadar desenlendirme ile litografi-ışın e küçük akrabası kalsa da HDL çıktılar, sonra bu iki mod dikkatli kombinasyonu ile optimize edilebilir. Önyargı ve böylece ters edildiğinde numune böylece hata düzeltme ve atomik ölçek metroloji hem yüzey atom yapısı denetlenmesine izin, son derece düşük depassivation verimliliği ile ucu örnek -2,25 V, elektronlar tünelin ~ tutulur .

Şekil 1 'de gösterilen bu nano üretim süreci (örneğin, yaklaşık 1 tek katmanlı) SiO2 katmanı. Taşıma sonra 26, örnek çökelmesi için bir ALD odasına yerleştirilen bir ince oluşturan, model verilmiş alanlar, su ile, doymuş hale bu süre içinde, atmosfere boşaltılır AFM ve XPS. 27 titanyum Reaksiyon yüzeyinin bir su doygunluğu bağlıdır yana ile ölçüldüğünde 2-3 mil burada biriken kalınlıklarda titanya (TiO2), bu işlem, yüzeyi su ile satüre bir atmosfer tabi olmasına rağmen mümkündür . Daha sonra, AFM ve SEM ile belirlendi aşındırma derinliği ile, örnek Si 20 mil kaldırılır, böylece rie kullanılarak kazınmış olan toplu olarak ALD maske deseni aktarmak için kullanılır. Metroloji adımlarını kolaylaştırmak amacıyla, bir Si (100) gofret, uzun çalışma mesafesi optik mikroskop, AFM plan görünümü optik görüntüleme ile UHV hazırlıktan sonra görünür olacak şekilde tasarlanmıştır çizgilerin bir ızgara ile desenli, veDüşük büyütme planı manzaralı SEM görüntüleme. Nanoölçekli yapılarını belirlemek yardımcı olmak için, 1 mikron 2 serpantin desen (SERPs) SERPs göre sabit konumlarda bulunan en izole nanopatterns ile numunelerin üzerine desenli.

HDL, seçmeli ALD ve RIE bu kombinasyonu nano imalatı için önemli bir işlem olabilir ve bu sürecinin doğal bir yan ürünü olarak bir atom ölçekli metroloji içerir. Aşağıda, Si HDL, seçici ALD ve Rie kullanarak (100) alt 10 nm nano imal etmek katılan adımların ayrıntılı bir açıklamasını içerir. Bu bir bu işlemlerin her uzman olduğu kabul edilmektedir, ancak bu bilgiler, çeşitli işlemleri nasıl entegre ilgili dahil edilecektir. Özellikle vurgu, aynı zorlukları önlemek amacıyla yazarlar tarafından yaşanan bu beklenmedik zorluklar verilen özellikle ulaşım ve metroloji ile ilgili olacaktır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Ex-situ Numune Hazırlama

  1. Cips hazırlayın
    1. Si (100) gofret işaretçileri belirlenmesi koymak için uygun etch maskesi tasarlayın. Standart optik litografi ve Rie kullanarak, STM örnekleri alınacak olan gofret içine referans işaretleri olarak satır bir ızgara etch. çizgiler, 10 mikron genişliğinde 1 mikron derinliğinde ve 500 um sahada olmalıdır. Gravür sonra, şerit örneğinden ışığa kalan.
      Not: fiducial işaretleri in-situ numune yanı AFM ve SEM olarak metroloji sırasında uç konumu için tanımlanabilir olmalıdır.
    2. Aşağı standart çakmak mavi dicing bant, yapışkan tarafı uygulayarak gofret yüzeyini koruyun.
    3. Bir elmas kullanarak çipleri içine Zar gofret seramik dicing HDL gerçekleştirmek için kullanılan spesifik UHV-STM aracı için uygun boyutlarda gördüm uçlu. Burada, örnekler 8.1 mm x 8.1 mm kare edildi.
  2. Dicing sonra, yavaşça tarafından UHV-STM desenlendirme aracı içine yerleştirilmesi için çip hazırlamakAşağıdaki bölümde 2 UHV hazırlık sonrası olumsuz bir yüzey rekonstrüksiyonu neden olacaktır herhangi nikel içeren araçları ile çip dokunmamaya özen dicing bandı geri soyma.
    1. Politetrafloroetilen (PTFE) cımbız ile numunenin tarafını kavrama ise, sırası ile, aseton, izopropil alkol, metanol, ve iyonu giderilmiş su, bir akışı ile 10 saniye her biri için ön yüze durulayarak temiz talaş. Son olarak, ultra saf N2 veya Ar, yine teflon cımbız ile kavrama ile kurulayın.
    2. Belirli UHV STM aracı için uygun yöntemler kullanılarak STM numune tutucu numuneyi monte edin çip HDL için kullanılır.
      1. Bir nikel ihtiva eden numune tutucuya monte durumunda, tantal folyo engel şeritleri (appx. Örnek yüksekliği ile 4 mm) titanyum makas kullanılarak kesti. Sırasıyla, ultra saf aseton, izopropil alkol, metanol, ve DI su içinde her biri 5 dakika sonikasyon folyo şeritler. Kısmen alüminyum folyo ve enjekte ile beher örterek ultrasaf N 2 gazı ile Kuruaçıklık içine N2 memesi ing. Tüm sıvı buharlaşana kadar gaz akış. Nikel ücretsiz cımbız kullanarak form folyo etrafında sonra numune tutucu gelen numunenin ön ve arka tarafını izole etmek için numune tutucu içinde kelepçe örnek sona erer.
    3. Karbon kontaminasyonu temizlemek için oksijen plazmada, plazma temiz numune ve örnek tutucu monte ettikten sonra. 28

2. UHV Numune Hazırlama

  1. UHV işleme ve HDL genellikle (aşağıda adım 2.5.1.1 hariç) 1.3 x 10 -9 mbar altında kalması, böylece yük kilidi veya başka bir tercih UHV güvenli yöntemle UHV sistemine örnek tanıtın.
  2. Bir sıcaklık ölçer ile sıcaklık izleme Degas O / 650 ° C'de N,. Odacık basıncı arka plan% 25 içinde olduğundan emin olun. Burada anlatılan durumda, tipik plan basınçları 4.5 x 10 -10 mbar yaklaşık bulunmaktadır.
  3. 5 dakika boyunca 1,500 ° C 'de filamanı çatlama Degas tungsten hidrojendir.Mümkünse titanyum süblimasyon pompaları etkinleştirin.
  4. Örnek "Flash" döngüsü gerçekleştirin.
    1. 20 saniye için 1250 ° C'a ısıtma, pirometre ile T izlenmesi ve bir 10 ° C / sn ısıtma gradyanı kullanılarak Flaş örneği. 7 x 10 -9 mbar maksimum basıncını aşmayın. En az 5 saniye içinde ısıtıcı akım kaldırarak soğutulur.
    2. 5 dakika boyunca 350 ° C'de geri kalanı örnek. Basınç başlangıca kurtarmak için izin vermek. 3x tekrarlayın.
  5. Numune pasivasyon gerçekleştirin.
    1. Sıcaklığını izlemek için bir pirometre kullanarak 350 ° C'ye ayarlayın örnek sıcaklığı. Kaçak valfi kullanılarak hazırlık odasına 1.3 x 10 -6 mbar ultra saf H 2 tanıtın.
      1. Daha fazla H2 arındırmak için çok sistemde bir sızıntı valfi yakınındaki H2 hattı üzerinde bir soğuk tuzak koyun.
      2. Eğer mümkünse, yüksek hız turbo pompa yerine bir iyon pompası ile sisteme pompa. Iyon pompası olmaktan expo numuneyi kontamine değil böylece buduryüksek basınçlı ve çıkartma kirleticilere karşı sed. pompalar (350 ° C) En hidrojen çıkarıldıktan sonra normal durumda geri koymak ve örnek hala sıcak olan.
    2. , 12 dakika boyunca 1400 ° C arasında bir sıcaklığa filaman çatlama, tungsten, hidrojen açın sonra filament ve H2 gaz akışını kapatmak. Oda sıcaklığına soğutun örneği.

3. Taramalı tünelleme mikroskopisi ve Litografi

  1. STM ile örnek aktarın ve tünel aralığı içine numune ve STM ucu getir. 20 mikron spot büyüklüğü daha iyi güç çözme ile bir kamerayı kullanarak, uç-numune kavşağı yüksek çözünürlüklü optik görüntü almak. Eğrilik Düzeltme ve referans işaretleri bir bozulmamış üreme temsil böylece optik görüntüyü yeniden boyutlandırmak.
  2. Sistem termal kararsızlıkları azaltmak için herhangi bir aydınlatma çıkarın. Yüzey kalitesini belirler.
    1. Uyuşmuş belirlemek, -2,25 V ve 200 pA örnek önyargı ile konvansiyonel STM teknikleri kullanarakyüzeyinde kusurlar er.
    2. Yüzey kusurları kabul edilebilir seviyelerin altına ise, bir sonraki adıma geçin. Maksimum kabul edilebilir kusur seviyeleri takip gibidir:% 1 Sarkan tahvil; % 3 Si boş; % 1 kirleticiler.
  3. Tasarım HDL desenleri deney kalıpları ve büyük (1 mm x 1 mm) SERP tanımlama düzenleri de dahil olmak üzere, üretilecek. serp desenler 15-20 nm bir adım kullanılarak, AFM hızlı tarama eksen beklenen dik uzun bir vektör ekseni çizilmelidir. Temel şekiller halinde Kırılma genel desen HDL koşullarını uygularken ucu tarafından takip yolu tanımlamak için kullanılır. 24
  4. Önceki adımdaki vektör çıkışlarını kullanarak, HDL, 7-9 V örnek yanlılığı, 1 nA akımı ile büyük alanlar için FE modu litografi kullanarak gerçekleştirmek ve atomik hassas kenarları gerektiren küçük alanlar veya bu alanlar için 0.2 mC / cm ve AP modu litografi . 24
    1. Pe optimal AP modu litografi koşulları belirlemek2 ila 4 nA değişen 3.5 ile 4.5 V arasında değişen örnek önyargı ile koşullar, mevcut bir çeşitliliği ile HDL'yi rforming ve hat 2 ile 4 mC / cm arasında değişen dozajlar. Dar tamamen depassivated çizgi üretirler koşulları seçin.
  5. -2,25 V örnek önyargı ve 0.2 nA tünel akımı görüntüleme ile istenen HDL desenli alanlarda STM metroloji gerçekleştirin.
    1. [Isteğe bağlı] hata düzeltme gerçekleştirin. STM metroloji sonra adım 3.5 istenen deseni ile STM görüntüleri depassivation deseni karşılaştırın. Herhangi alanlar yetersiz sarkan bağ oluşumunu gösterirse, bu alanlarda litografi döngüyü tekrarlayın.
  6. STM HDL tamamladıktan sonra, numuneden ucu boşa ve kilit yüklemek için örnek taşıyın.
  7. Vent ve örnek çıkarın. Ultrasaf N2 ile havalandırma sırasında, böyle temiz safir gibi inert, düz yüzeye ile irtibata geçerek örnek korumak. 29 yüzey koruma sonra, herhangi bir pompalara yakın vanalar sonra Quic olarak gaz havalandırma tanıtmakmümkün KLY. Sistemi için örnek çıkarın.

4. Numune Taşıma

  1. Yük kilit numuneyi çıkarın. Mümkünse folyo bariyer parçaları kaldırma dahil, numune tutucu numuneyi bırakın. PTFE (veya Ti) cımbız kullanarak, en az 10 dk atmosfer maruz kalmasını sağlamak için çalışırken, korunan numunenin ön tarafını tutarak, taşıyıcı Numuneyi hareket ettirin.
  2. Numune üzerinde kapağını takın ve gevşek bir basınçlı numune taşıyıcı monte edin. 1 dakika boyunca ultrasaf Ar ile yıkayın. Herhangi bir noktada sistem tahliye etmeyin, ya da yüzey hasar oluşabilir. 29 Nihayet, Ar küçük bir pozitif basınç (~ 50-100 mbar) ile mühür numune taşıyıcı böylece numune kadar stabil kalır Bir ay kadar.

5. Biriktirme Layer Atom

  1. ALD uygun biriktirme sıcaklığında (100 ° C) olduğundan emin olun. Atmosferik basınç elde edilinceye kadar yavaşça ALD odasındaki argon basıncı artırmak.
  2. Açık ALD odası.
  3. Açık Örnek taşıyıcı ve hızlı bir şekilde kenarında örnek kavrama PTFE cımbız kullanılarak ALD odasına aktarmak ve ardından degaze edilmesi için <2 x 10 -1 mbar 1 saat arasında bir basınçta ALD odasına yakın ve bir argon akışı ile tasfiye örneği. Amorf titanyum 2.8 nm büyümeye ALD 80 tekrarlanan döngülerini gerçekleştirmek için bir süreç olarak ayarlayın.
    1. Titanyum tetraklorür (TiCI4) ve su ile, 100-150 ° C arasında bir sıcaklıkta, örnek modifiye edilmemiş bir ticari ALD sisteminin kullanılması (H2O) ön darbe süreleri ile, 0.3 mbar ile 0,8 mbar'lık basınçlarda reaksiyona giren maddeler ile çökelmesini yapmak gibi 0.1 sn ve 0.05 sn. 27
    2. Her gaz puls sonrasında bağlı physisorbed reaktanlara minimal arka plan çökelmesini sağlamak için 0.2 mbar'da 60 saniye boyunca Ar ile reaktöre temizleyin. Bu çalışmada maskeleri için, 80 ALD döngüleri, 100 ° C'de, amorf titanyum oksit, yaklaşık 2.8 nm büyümesi için kullanılır.
    3. Yavaşça Ar gazı ve açık olan ALD odasını havalandırın. Tekrarlayın 4.1 ve numune taşıma için 4.2 yineleyin.

    6. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM)

    1. Üreticinin protokolüne göre AFM doğru kalibrasyon sağlayın. Açık örnek taşıyıcı ve yavaşça cımbız kullanarak örnek çıkarın.
    2. Transporter dan çıkardıktan sonra, güvenli bir şekilde bu tür eğer mümkünse bir sıkıştırma sistemi gibi mekanik montaj yöntemi kullanarak AFM içine örnek yükleyin. Numune üzerine AFM kamera odaklanın ve adım 3.2 optik metroloji dayalı desen AFM ucu hizalamak için örnek yüzeyinde referans işaretleri bulun.
    3. AFM ayarları yüksekliği ve faz bilgileri hem göstermek ve um 20 ila 40 geniş olması, tarama boyutunu ayarlamak olacaktır emin olun. Numune üzerine AFM ucu Engage.
    4. Bulucu desen bölge tanımlanır kadar en yüksek çözünürlükte yüksekliği ve faz bilgileri kullanarak, tarayın. Desenli yeniden içine büyütgion bir görüntü istendiği bölgeye bulup.
    5. Uygun görüntü kalitesi ve çözünürlüğü (genellikle mümkün olan en yüksek) kullanarak istenen bölgelerin bir görüntü alın. İstenen tüm bölgeler tarandıktan sonra, numuneden ucu ayırın. Örnek boşaltın. Tekrarlayın 4.1 ve numune taşıma için 4.2 yineleyin.

    7. Reaktif İyon Dağlama

    1. -110 ° C kapasitif birleştiğinde RIE reaktörü Chill, daha sonra intro odasına örnek yüklemek ve 7.5 x 10 -6 mbar aşağı pompa.
      1. 3 dakika boyunca sıcaklığını stabilize. Sonra 40 sccm'lik 8 sccm'lik (dakika başına standart santimetre küp), Ar de O 2 akış oranları ile ilgili gazı açın ve 20 sccm'lik SF 6.
      2. 150 W RF deşarjı kullanarak Strike plazma, daha sonra 8 sccm'lik de 52 sccm'lik de SF 6 ve O 2 kullanarak 1 dakika boyunca etch gaz akışını değiştirmek. Si bu gazların etkileşim yaklaşık olarak 20 nm / dakika bir hızda iz bırakacaktır. 30
      3. 7.5 x 10 -6 mbar vakum pompa. RIE sistemini havalandırın. Tekrarlayın 4.1 ve numune taşıma için 4.2 yineleyin.

    8. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)

    1. SEM Örnek Montaj ve sisteme örnek tanıtımı.
      1. Yapışkan olmayan numune numune montajını kolaylaştırmak için uygun bir konumda içine monte yerleştirin.
      2. Açık örnek taşıyıcı ve hafifçe kenarlarından örnek kapmak ve güvenli SEM montaj içine yükledikten sonra SEM içine numune takımını tanıtmak için cımbız kullanarak örnek çıkarın.
      3. Vent ve açık SEM odası. Güvenli SEM örnek aşamasına örnek düzeneğini takın. SEM odasını aşağı Pump.
    2. , Referanslar bulun.
      1. Mümkün olan en düşük değere büyütme getirin. Iyi bir çözünürlük verecek hızlandırılması gerilim ve ışın akımı ayarlarını seçin. En kabul edilebilir ayarlarla başlayın. Gerektiği gibi kadar gidin.
      2. Elektron demetinin açın. Genel bölgeyi getirÖnerilen çalışma mesafesi ve eucentric yüksekliğe ilgi.
      3. Bulun ve bölüm 1.1'de açıklanan fiducials odaklanın. Gerektiği gibi çalışma mesafesi ayarlayın. Odak, parlaklık ve kontrast optimize edin.
    3. Desenleri bulun ve görüntü.
      1. Fiducials Göreli, desen karbon birikimi en aza indirmek yakın olmayan temel özellikleri kullanarak odağı optimize etmek için bölüm 3.2 ve bölüm 6. AFM metroloji, optik metroloji dayalı desenleri bulun. Optimize sonra, desen taşımak ve plan görünüşü görüntüleri ve ölçümleri kazanır.
      2. Gerekirse, 3D görüntüler ve desen yüksekliği ölçümleri için numune eğin. Gerektiğinde diğer modelleri için, 8.3 tekrarlayın.
    4. SEM üretici tarafından öngörülen, SEM sistem kapatma rutin ve bitiriş örnek / s gerçekleştirin. Geri taşıyıcı içine örnek sabitleyin.
    5. Tekrarlayın 4.3 ve örnek taşıma ve depolama için 4.4 yineleyin. Bu noktada, numuneler sağlam ve canzaman belirsiz bir süre için saklanabilir. Gerekirse gerçekleştirin sonrası görüntüleme analiz eder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Burada tarif edilen durumda, HDL çok modlu litografi kullanılarak gerçekleştirilir. 24 FE modunda, 8 V Örnek önyargı, 1 nA ve (50 nm / sn uç hızı eşdeğer) 0.2 mC / cm ile gerçekleştirildi, ucu üzerinde hareket eden depassivation çizgilerini üretmek Si kafes paralel ya da dik ya da yüzey. Bu olarak doğrusal Burada durumda, çok uç bağımlı iken, hatların tamamen depassivated kısmı çizgisinin her iki tarafında başka bir 2 nm olarak uzanan kısmi bir depassivation kuyrukları ile geniş yaklaşık 6 nm idi. Son derece hassas desenler arzu edildiği zaman, AP modu litografi 4 V Örnek önyargı, 4 Na ve 4 mC / cm (10 nm / saniye ucu hızına denk) kullanılarak gerçekleştirilir. Her desen AP modu bileşeninin ölçüde FE modunu kullanarak üretilen, kısmen depassivated desen genişliğine bağlıdır. Si desen STM görüntü örnekleri için bakınız Şekil 2, çeşitli HDL modları (100) -H. Şekil 2A, küçük bir p göstermektedirattern Şekil 2B FE modu hatları yaklaşık 6 mil genişliğinde olan çok modlu litografi kullanılarak yazılmış bir model, bir örnek. Sadece AP modu HDL kullanılarak üretilen, ancak her kenarın yaklaşık 2 nm ile 10 nm bir sahada yazılmıştır AP modu HDL kullanılarak yazılmış. Desen iç FE modu kısımları 10 nm sahada yazılmıştır, bu nedenle HDL eksik olan desen içindeki dar bölgeleri vardır. Büyük, kesin olmayan desen FE modu, yaklaşık olarak 1 mikron 2 SERP deseni 20 nm son yazılmış Şekil 2C'de olarak tek başına da kullanılabilir.

Şekil 2,
Şekil 2. Temsilcisi HDL desenler. 4V AP modu litografi, 4 nA ve 4 mC / cm (10 nm / sn) ile yazılmış bir HDL desen (A) STM görüntüsü. (B) mu STM görüntüsülti modu HDL desen AP modu ve FE modu (8V, 1 nA, 0.2 mC / cm) bir kombinasyonu kullanılarak yazılmıştır. FE modu hat Saha yazılı kullanılan vektörlerin görünürlüğünü artırmak için yazılı LineWidth biraz daha büyük olması seçildi. 20 nm sahada yazılmış büyük bir bulucu SERP (C) FE modu litografi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Atomik hassas HDL kalıpları kullanarak en iyi maske üretim elde etmek için, seçiciliği yüksek derecede mümkün olmalıdır. Daha önce, ALD seçicilik sırasıyla desensiz ve desenli alanlar için analogları olarak -SiO x yüzeyler desensiz Si (100) -H ve Si (100) üzerine birikimi karşılaştıran XPS ve diğer yöntemlerle araştırılmıştır. 27,31 atomik kuvvet kullanma Şekil 3'te gösterildiği gibi, mikroskopisi (AFM), biz, benzer sonuçlar dikkate

Şekil 3,
Çökelme Şekil 3. seçicilik. (A) Numune AFM görüntü desenli arka plan alanlarda TiO2 birikimi gösteren. Çökelme 100 ° C'de gerçekleştirilmiştir. Döngüsü çeşitli sayıda (B) Biriktirme derinlikleri. arka göreli "desen" büyüme AFM ile ölçülen haçlar yüksekliği temsil etmektedir. desenli bir alanın yakınında x 200 nm 200 nm bir alanda yüksek arka plan birikimi AFM ile ölçülen açık daireler yüksekliğini göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

HDL Patte üzerine biriktirilmesi için mümkün olduğu göz önüne alındığında,RNS, desen özelliklerinin sınırları incelenmesi muayene edilmelidir. Zaten ALD HDL desen göre desen genişletilmiş üretir ve kazınmış yapılar hafif maskeleri göre küçülmüş olduğu gösterilmiş olmasına rağmen, yüksek ölçüde yoğun dizileri üretme etkisi hala biraz çözümlenmemiş olarak kalmaktadır. 4, HDL, titanyum göstermektedir maske ve kareler bir dizi için kazınmış yapılar 15 nm sahada yazılı FE modu HDL hatlarını kullanarak imal. Şekil 4A olarak, HDL desen göre 90 derece döndürülür iki SERPs -on gösteren diğer yazılı 8 V uç-numune önyargı, 1 nA akımı ve 0.2 mC / cm dozu ile (ya da 50 nm / sn uç hızı) . Farklı boyutlarda desen açıklıklar açıkça vardır. Kendileri açıklıklar içinde bazı HDL oluştu, ancak bu düşük% 20, H kaldırma amacıyla kalır. Şekil 4B maskesi birikimi sonra aynı desen bir AFM görüntüsünü gösterir. Convolu uç nedeniyletion etkileri, model açıklıklar çözmek için zordur. Ancak, açık bir düzen gözlemlenebilir. Şekil 4C RIE sonra aynı desen bir SEM görüntüsüdür. Arzu edilen açıklıklar yaklaşık% 60 aslında bu model büyüklüğü ve yoğunluğu yaklaşık FE modu HDL kullanılarak etkin nano imalatı için sınır olduğunu gösteren, alt-tabaka içine transfer edilmiştir.

Şekil 4,
Açıklıkların Şekil 4. Dizisi. FE modunu kullanarak yazılı hatları ile HDL (A) STM. Birbirine göre 90 derece döndürülmüş iki serpantin desenler, 10 nm'lik bir saha ile yazılır. (B) AFM görüntü aynı desenin TiO 2 ALD 2.8 nm sonra. "Delik" dizi sonrasında RIE (C) SEM Si 20 nm kaldırın. Bazı "delik" etch başarısız dikkat edin.Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Yukarıda tarif edilen nanoyapılarda üzerinde metroloji gerçekleştirme gibi AFM ve SEM gibi diğer araçları kullanarak HDL ve desen konumu sırasında uç konumlandırma köprü yeteneği gerektirir. Şekil 3'te gösterildiği gibi, e-ışını litografi gibi yüksek çözünürlüklü pozisyonu kodlama ile diğer gelişmiş desen araçlarının tersine olarak, burada gerçekleştirilen HDL, bu yüzden ekstra pozisyon tanımlaması protokoller kullanılmıştır, iyi kontrol edilen kaba konumlandırılması olmayan bir STM ile gerçekleştirilmiştir . Birincisi, uzun odak uzunluğu mikroskop yaklaşık 20 cm ucu numune kavşağından UHV sistemi dışında konumlandırılmış. Numune yüzeyinde uç konumu belirlenmesini kolaylaştırmak için, 500 um sahada, 1 mikron derin 10 mikron genişliğinde hatları, bir kare ızgara ile desenli.

Şekil 5,
Samp Şekil 5. Desen yeri görüntüleri le. (A) STM ucu (sol) ve 500 mikron zift hat deseni ile numunenin bir alanda Si (100) yüzeyinde yansıması (sağda) Optik görüntü. satır 1 mikron derin ve 10 mikron genişliğinde öncesinde UHV için işlem vardır. Kılavuz çizgileri çizgi yön göstermek için dahil edilmiştir. (B) Close-up, ucu (sol alt) de-çarpık optik görüntü ve yansıma (sağ üst). ucu ve onun yansıması arasındaki Centerpoint yeri 500 mm x 500 mm referans kare içinde tanımlanır C.:. tüm desenli alan x 5 mikron AFM görüntüsü 5 um: 50 mikron nokta ile desenleme yerin Closeup ölçeği D dahil . ALD E sonra:. RIE sonra bulucu desen birinin x 1 mikron SEM görüntüsü 1 um bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

e_content "> nano bulma için ilk adım, uzun çalışma mesafesi mikroskop kullanılarak bu durumda gerçekleştirilir yüzeyde uç konumu, 32,33 tespitidir. Şekil 5A ucunun bir optik görüntü gösterir numune ile meşgul iken, ile noktalı çizgiler referans ızgara tarifini okuyucuyu yönlendirmek için ekledi. Şekil 5B gösterildiği gibi optik görüntü, bir kare ızgara yapmak için unskewed olan uç / numune kavşak bulmak için, numunelerin yüksek sıcaklık işleme hataları olmasına rağmen ucu pozisyonunda belirsizliği artırarak, burada görüntülü vadesi önemli yüzey atom göç. Bu derinlik ve referans ızgara görünürlüğünü azaltır. 32 daha önce bu yüksek sıcaklık örnek işleme önemli atomik ölçekli yüzey rekonstrüksiyonu neden olacaktır gösterilmiş olmasına karşın, Burada kullanılan ızgara perde metrekare ortasında yüzey rekonstrüksiyonu üzerinde çok az etkiye sahip yeterince büyük olduğunuızgara tarafından tanımlanan uared. 34 Bununla birlikte, desenli alanlarında kenarlarına yakın, aşama demetleme numune hazırlama sırasında akım akış yönüne bağlıdır asimetri ile meydana gelir. 34 optik görüntüleme yüzeyine göre eğik bir açı ile gerçekleştirilir yana yapar Diğer bir açma nisbetle bir tarafında yüksekliği küçük değişiklikler, AFM ve SEM, normal olarak plan görünüşüdür görüntüleme göre konumu, özellikle de kalıp ek bir belirsizlik neden olacaktır. Uç örneği yürütmektedir sonra, ± 27 mikron desen pozisyonu tanımlanmasında yaklaşık belirsizlik ~ 20 mikron sonrası işleme referans çizgi kalınlığı sonuçları ile birleştiğinde mikroskop 10 mikron odak nokta boyutu. Bu model tanımlama için çeşitli teknikler kullanarak arama penceresi tanımlar.

Daha küçük, 10-100 nm özellikleri yerini kolaylaştırmak için, ek büyük SERPs nano ölçekli modeller yakınında ilave edilir, birŞekil 5B'de gösterildiği s. Bunlar 800 nm x 800 nm SERPs dikey çizgileri ve 15 nm her boşluklar FE modu HDL kullanılarak yazılır. AFM hızlı tarama yönünü hizalama serp hatları (yani, yatay tarama) dik olması itibariyle, bu desenleri daha desen yerini kolaylaştırılması nedeniyle topografya yüksek uzaysal frekans AFM faz görüntüde yüksek kontrast göstermek eğilimindedir. Bu desenler bulunduktan sonra, büyük desenleri yaklaşık 100 nm doğruluk akrabası ile yerleştirilir küçük nano desenleri bulmak çok daha kolay hale gelir.

Bu nano imalat işlemi için, örnek, Şekil 1 'de şematik olarak gösterildiği gibi, HDL gerçekleştirildikten sonra her bir ana işlem aşamasında arasında atmosferik maruz kalma maruz kalır. Bu göz önüne alındığında, bu numune işleme herhangi bir noktada bozmadığı emin olması gerekir. Yukarıda gösterildiği gibi, arka plan biriktirme d sınırlı miktarda mevcuttururing arka plan kusur sitelerinde tohum varsayılır ALD. 31 Böylece, yanlış kullanım arka plan kusurların sayısını artırmak ve belirgin ALD seçiciliği azaltabilir genişletilmiş atmosfer maruz gibi. Ek yüzey bozunma mekanizması atmosferik koşullara UHV yük kilitten numunenin havalandırma sırasında oluşabilir. 29 Bu sorunu hafifletmek için, UHV bir doğrusal aktüatör üzerine monte edilmiştir, bir yaylı safir çip 125 um kalınlıkta temas edene Örnek temas yüzey bozulmasını önlemek için numune montaj folyo. Örnek atmosferik koşullarda sonra, sarkan bir bağ birikim oranı kalan düşük (yani, <% 0.1 / saat), en az birkaç saat, böylece uzun bir numune gibi olan Ar, ultra saf olarak kararlı bir ortam içine yerleştirildiğinde, az 1 saat daha nedeniyle yüzey hasarına ek fon biriktirme düşük kalmalıdır. Bu noktada, bu in örnek olması gerektiği not edilmelidirBu yüzey hasarı olasılığı ekleyerek, ek bir havalandırma / pompa kapatma döngüsünü gerektirir, bir vakum ortamında yırtılmaktadır. HDL ve ALD arasındaki bu sefer örnek aşındırma maskesi henüz uygulanmamıştır beri en hassas olduğu noktadır. ALD sonra örnek hala korunmaya ihtiyacı, ancak nedeniyle silikon dioksit oluşumu, nispeten yavaş bir süreç ek maske büyümesini önlemek için.

Şekil 4'te gösterilen modellerde, HDL hattının kenarı ulaşıldığında depassivation verimliliğinde uzamsal roll-off, desen merkezi içinde arka H>% 80 çıkarılır. 24 sınırlar göz önüne alındığında, ALD tam depassivated desenleri (Şekil 3) arka plan ve kuluçka serbest büyümeye çok sınırlı, tam etkili HDL ve hiçbir HDL'den bir geçiş var FE modu desen kenarları, ALD maske büyüme etkinliğinin bir geçiş göstermektedir. Içinde% 70, H çıkarılması aşağıdaBu geçiş kısmı maske birikimi meydana gelen bir FE modu hattının her bir tarafında yaklaşık 2 nm yaklaşık bölgesini göstermektedir oluşmaya başladığı yerde HDL. 35 Ek ALD büyümesi, 36 daha maske göreli genişletilmesi bir "mantar" bir şekilde ortaya çıkar HDL desenleri bu miktarın herhangi maske özelliklerini genişleten nm 2.8 maskesi böylece. ALD çizgi kalınlığı W m olarak ifade edilebilir, Özetlemek gerekirse = W m toplam genişliği ise + f (Sh) + M oturdu W oturdu HDL> 70% kaldırmak için doymuş olan hattın genişliği Yüzey, H, F (Sh) nedeniyle, H yüzeyinde kalan yoğunluğuna bağlı olarak, her bir noktada büyüme için ek genişliği ve M, büyüme Mantar nedeniyle ek çizgi genişliği ise. Sh doymuş kenarından mekansal uzaklığa bağlıdırHDL desen, f böylece (Sh) HDL mekansal bağımlılığı olmadığından f (r) olur. Bu terimlerin, W, genel LineWidth birincil rol oynar oturdu ve diğer koşullar hat kenarlarının roll-off derecesini belirler.

Nihai nanoyapı imalat ile ALD maskesi tek başına toplam özellik boyutunu belirlemek değildir. Bunun yerine, desen boyutu maskesi altında substratın erozyon derecesine bağlıdır. toplam kazınmış çizgi kalınlığı W t = W m olarak ifade edilir - Vadesi aşındırma işlemi W e, W e bir erozyon çizgi genişliğine veya desen boyutu azaltma gösterir - W e = W + f (r) + M oturdu. Bunun için, B m yukarıda tarif edildiği gibi aşındırma maskenin kalınlık ve kalitede arasında bağlıdır. Fveya aşındırma daha karmaşık dinamikler olduğunu öne sürerek, ancak maske şekline göre dağlama sonra özellik boyutu bir değişiklik olduğu görülmektedir, W e terim sıfır, oluşmadan önce çizgi kalınlığı sadece maskenin kaldırılmasını gerektiren bir durum oyunda.

Çizgi kalınlığı sınırlamaları belirleyen unsurların, W durur toplu ALD aynı görünen büyüme öncesinde ~ 4 nm minimum genişliğe azaltılabilir oturdu. Diğer unsurları Of 35 mantar büyüme etkisi, M (ve bir sonucu W m gibi) Toplam film kalınlığı azalır, yalnızca aşındırma sonrası toplam nano yüksekliği ile ilişkilendirerek, azaltılabilir. yüzeyinde kalan H yoğunluğunun uzaysal bağımlılığı nedeniyle etki genişletilmesi hattı, F (Sh), sıfıra yakın HDL hattı üreten çok modlu HDL kullanılarak indirgenebilir ihmal lin ile kenarlarıE kenar roll-off. 24 f (Sh) Bu azalmanın etkisini göstermek için, Şekil 6 multi-mode HDL kullanılarak üretilen kareler desen dizisi göstermektedir. soldan sağa doğru bir dizi 7 nm, 14 nm ve üstten alta 21 nm ve 7 nm, 14 nm ve 21 nm iç HDL açılması boyutları HDL Çizgi genişlikleri olan desenler içerir. Üst satır boyunca, alt satırda multi-mode HDL hafif bir hiza varken kaydı <1 nm hassas. RIE sonra çizgiler iki küçük kusurları ile 5 nm genişlikleri öncelikle sağlam kalır ve çizgiler arasındaki açıklıklar bu metroloji aracı kullanarak zorlukla çözülebilir 7 nm delikli desen tüm çözülebilir vardır.

Şekil 6,
Şekil 6. çizgi genişliği ve holewidth testi. Çok modlu HDL kullanılarak yazılmış kutu HDL'nin (A) STM. linewidtsatır h sırasıyla 21 nm, 14 nm ve aşağıdan yukarıya doğru 7 nm ve sütun holewidth 7 nm, 14 nm ve sırasıyla soldan sağa doğru 21 nm. (B) SEM ALD ve RIE sonra aynı desen. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Bu işlem nihai sınırları ALD işlemi, HDL, gravür maske direnç kalitesi seçiciliğinin bağlıdır, ve arzu edilen bir özelliktir, kendilerini şekillendirir. Yöntem kimya ve arka plan kusur azaltma zaten yukarıda ele alınmıştır dayalı seçiciliği artırmak için. Daha önce desenli alanlarda H kusurları bırakarak maske büyüme kalitesini ve gravür böylece direncini azalttığı gösterilmiştir. 35 Ayrıca, maske "roll-off" desenli hat kenarları sonuçları üzerinde dikkatli kontrol eksikliği, ya da Aşırı tdesen yakın yerleşim engelleyen bir yakınlık etkisi gibi davranan desen kenarlarında maske hinning. Neyse ki, aşındırma işleminin seçicilik maskesi kalınlığına bağlıdır, bu yüzden desen kenarlarında arka plan veya kusurları üzerinde sahte birikimi için net etkisi azdır. Bundan başka, 20 nm'den daha kısa yapılar için daha ince maske tabakalar olasılıkla mümkün olacaktır. ALD büyüme mantar şekilde gerçekleştiğinden dolayı daha kısa yapılara ince maske daha iyi yanal kontrol ve burada gösterilen daha küçük özellikleri ile sonuçlanacaktır. Nihai özellik boyutu indirimleri bu işlem için bilinmemekle birlikte, kesinlikle bazı aşağı ölçekleme muhtemeldir.

SEM metroloji özelliği boyut ve pozisyon ile ilgili belirsizlik bırakır birlikte, Şekil 1 üst tarif edilen birinci metroloji adımı yazıldığı gibi, HDL deseni ile ilgili olarak, atomik hassasiyet vermektedir. Si (100) -H yüzey ver oluşur beriSTM bir tahribatsız görüntüleme modunda çalıştırılabilir beri y düzenli kafes ve HDL desenleri, e-ışın litografi gibi diğer tekniklere aksine daha fazla yüzey hasarı ya da daha fazla desenlendirme, neden olmadan görüntülü olabilir. Değişmeyen Si (100) kafes atom ölçekli görüntüleme ile STM metroloji AFM ve SEM metroloji adımlarla ilgili konumlandırma belirsizlik büyük bölümünü ortadan kaldırır. Şekil 6B box dizi Örneğin, çarpık görünür. STM dizi içinde özellik pozisyonlarının atomik hassasiyet veren yüksek çözünürlüklü metroloji ile belirgin çarpıklık SEM görüntüleme eserler nedeniyle olduğu teyit edilebilir. Ayrıca, dizi özellikleri arasında yüksek tam olarak bilinmemektedir aralıkları ile SEM görüntüleri Çizgi genişlikleri ile ilgili ek bir kalibrasyon belirsizlik elimine edilir.

Bu el yazması Taramalı tünelleme mikroskobu atom hassasiyet kullanan bir nanofabrikasyon yöntem açıklanırtabanlı hidrojen depassivation litografi (HDL). HDL altında 10 nm aşağı gösterdi titanyum atom tabakası biriktirme yanal boyutu olan bir lokalize aşındırma maskesi üreten bir Si (100) -H yüzeyinde kimyasal olarak reaktif kalıpları üretir. Reaktif iyon aşındırma sonra yüksek hassasiyetli yanal kontrolü ile 17 nm uzun desen yapma, alt tabaka içine HDL kalıplarını aktarır. Bu sonuçları elde etmek için, numuneler, havalandırma ve cihazlar arasında transfer sırasında korunmalıdır. Numune taşıma dikkatli kontrolü ile, atomik kafes izlenebilirlik ile nanoyapılar atom pozisyon hassas ve ~ 1 nm boyutlu hassas ile imal edilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Bu eser DARPA (N66001-08-C-2040) bir Sözleşmede ve Texas Eyaleti Gelişen Teknoloji Fonu bir hibe ile desteklenmiştir. Yazarlar seçici atom tabakası birikimi ile ilgili katkıları, hem de ex-situ numune işleme Wallace Martin ve Gordon Pollock için Jiyoung Kim, Greg mordi Angela Azcatl ve Tom SCHARF kabul etmek istiyorum.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Si Wafer VA Semiconductor P type (Boron) Si<100> ± 2 degrees, 280 mm ± 25 mm thick, 0.01-0.02 ohm-cm
Ta foil Alfa Aesar 335 0.025 mm (0.001 in) thick, 99.997% (metals basis)
Methanol Alfa Aesar 19393 Semiconductor Grade, 99.9%
2-Propanol Alfa Aesar 19397 Semiconductor Grade, 99.5%
Acetone Alfa Aesar 19392 Semiconductor Grade, 99.5%
Argon Praxair Ultra high purity (grade 5.0)
Deionized water Millipore Milli-Q Water Purification System >18 MW resistance water produced on demand.
TiCl4 Sigma Aldrigh 254312 ≥99.995% trace metals basis
O2 Matheson G2182101 Research Grade
SF6 Matheson G2658922 Ultra high purity (grade 4.7)
Blue Medium Tack Roll Semiconductor Equipment Corporation 18074 Thickness 75 μm / 0.003”  Length 200 M / 660’ 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yoffe, A. D. Low-dimensional systems: quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensional systems) and some quasi-two-dimensional systems. Adv. in Phy. 42 (2), 173-262 (1993).
  2. Alivisatos, A. P. Semiconductor Clusters, Nanocrystals, and Quantum Dots. Science. 271 (5251), 933-937 (1996).
  3. Craighead, H. G. Nanoelectromechanical Systems. Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).
  4. Dai, M. D., Kim, C. -W., Eom, K. Finite size effect on nanomechanical mass detection: the role of surface elasticity. Nanotechnology. 22 (26), 265502 (2011).
  5. Personick, M., Mirkin, C. Making sense of the mayhem behind shape control in the synthesis of gold nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 135 (C), 18238-18247 (2013).
  6. Rothemund, P. W. K., Ekani-Nkodo, A., et al. Design and Characterization of Programmable DNA. Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 26, 16344-16353 (2004).
  7. Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W. Silicon-based molecular nanotechnology. Nanotechnology. 11 (2), 70-76 (2000).
  8. Eigler, D. M., Schweizer, E. K. Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope. Nature. 344, 524-526 (1990).
  9. Heinrich, A. J., Lutz, C. P., Gupta, J. A., Eigler, D. M. Molecular cascades. Science. 298, 1381-1387 (2002).
  10. Crommie, M. F., Lutz, C. P., Eigler, D. M. Confinement of Electrons to Quantum Corrals on a Metal Surface. Science. 262 (5131), 218-220 (1993).
  11. Shen, T. -C., Wang, C., et al. Atomic-Scale Desorption Through Electronic and Vibrational Excitation Mechanisms. Science. 268, 1590-1592 (1995).
  12. Randall, J. N., Lyding, J. W., et al. Atomic precision lithography on Si. J. Vac. Sci. Tech. B. 27 (6), 2764-2768 (2009).
  13. Tong, X., Wolkow, R. A. Electron-induced H atom desorption patterns created with a scanning tunneling microscope: Implications for controlled atomic-scale patterning on H-Si(100). Surf. Sci. 600 (16), L199-L203 (2006).
  14. Hitosugi, T., Hashizume, T., et al. Scanning Tunneling Spectroscopy of Dangling-Bond Wires Fabricated on the Si(100)-2x1-H Surface. Jap. J. App. Phys, Pt 2 2. 36 (3B), L361-L364 (1997).
  15. Bird, C. F., Fisher, A. J., Bowler, D. R. Soliton effects in dangling-bond wires on Si(001). Phys. Rev B. 68, 115318 (2003).
  16. Wolkow, R. A., Livadaru, L., et al. Beyond-CMOS Electronics. , Available from: http://arxiv.org/abs/1310.4148 1-28 (2013).
  17. Lyding, J. W., Shen, T. -C., Hubacek, J. S., Tucker, J. R., Abeln, G. C. Nanoscale patterning and oxidation of H-passivated Si(100)-2×1 surfaces with an ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope. App. Phys. Lett. 64 (15), 2010-2012 (1994).
  18. Lyding, J. W., Shen, T. -C., Abeln, G. C., Wang, C., Tucker, J. R. Nanoscale patterning and selective chemistry of silicon surfaces by ultrahigh-vacuum scanning tunneling microscopy. Nanotechnology. 7, 128-133 (1996).
  19. Owen, J. H. G., Ballard, J., Randall, J. N., Alexander, J., Von Ehr, J. R. Patterned Atomic Layer Epitaxy of Si / Si(001):H. J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F201 (2011).
  20. Goh, K. E. J., Chen, S., Xu, H., Ballard, J., Randall, J. N., Ehr, J. R. Von Using patterned H-resist for controlled three-dimensional growth of nanostructures. App. Phys. Lett. 98 (16), 163102 (2011).
  21. Ye, W., Peña Martin, P. Direct writing of sub-5 nm hafnium diboride metallic nanostructures. ACS Nano. 4 (11), 6818-6824 (2010).
  22. Brien, J. L., Schofield, S. R., et al. Scanning tunnelling microscope fabrication of arrays of phosphorus atom qubits for a silicon quantum computer. Smart. 11 (5), 741-748 (2002).
  23. Van Oven, J. C., Berwald, F., Berggren, K. K., Kruit, P., Hagen, C. W. Electron-beam-induced deposition of 3-nm-half-pitch patterns on bulk Si. J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F305 (2011).
  24. Ballard, J. B., Sisson, T. W., et al. Multimode hydrogen depassivation lithography: A method for optimizing atomically precise write times. J. Vac. Sci. Tech. B. 31 (6), 06FC01 (2013).
  25. Randall, J. N., Ballard, J. B., et al. Atomic precision patterning on Si: An opportunity for a digitized process. Microelec. Eng. 87 (5-8), 955-958 (2010).
  26. Perrine, K. A., Teplyakov, A. V. Reactivity of selectively terminated single crystal silicon surfaces. Chem. Soc. Rev. 39 (8), 3256-3274 (2010).
  27. McDonnell, S., Longo, R. C., et al. Controlling the Atomic Layer Deposition of Titanium Dioxide on Silicon: Dependence on Surface Termination. The J. Phys. Chem. C. 117 (39), 20250-20259 (2013).
  28. Kane, D. F. Plasma cleaning of metal surfaces. J. Vac. Sci. Tech. 11 (3), 567 (1974).
  29. Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W., Thompson, D. S., Moore, J. S. Atomic-level study of the robustness of the Si(100)-2×1:H surface following exposure to ambient conditions. App. Phys. Lett. 78 (7), 886-888 (2001).
  30. Agostino, R., Flamm, D. L. Plasma etching of Si and SiO2 in SF6–O2 mixtures. J. App. Phys. 52 (1), 162 (1981).
  31. Longo, R. C., McDonnell, S., et al. Selectivity of metal oxide atomic layer deposition on hydrogen terminated and oxidized Si(001)-(2×1) surface. J. Vac. Sci Tech. B. 32 (3), 03D112 (2014).
  32. Ruess, F. J., Oberbeck, L., et al. The use of etched registration markers to make four-terminal electrical contacts to STM-patterned nanostructures. Nanotechnology. 16 (10), 2446-2449 (2005).
  33. Ruess, F. J., Pok, W., et al. Realization of Atomically Controlled Dopant Devices in Silicon. Small. 3 (4), 563-567 (2007).
  34. Li, K., Namboodiri, P., et al. Controlled formation of atomic step morphology on micropatterned Si (100). J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (4), 041806 (2011).
  35. Ballard, J. B., Owen, J. H. G., et al. Pattern transfer of hydrogen depassivation lithography patterns into silicon with atomically traceable placement and size control. Journal of Vacuum Science and Technology B. 32 (4), 041804 (2014).
  36. Gusev, E. P., Cabral, C. Jr, Copel, M., D’Emic, C., Gribelyuk, M. U ltrathin HfO 2 films grown on silicon by atomic layer deposition for advanced gate dielectrics applications. Microelectronic Engineering. 69, 145-151 (2003).

Tags

Mühendislik Sayı 101 Nanolitografi Taramalı Tünel Mikroskobu Biriktirme Layer Atom Reaktif İyon Dağlama
Atomik İzlenebilir Nanoyapı İmalatı
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ballard, J. B., Dick, D. D.,… More

Ballard, J. B., Dick, D. D., McDonnell, S. J., Bischof, M., Fu, J., Owen, J. H. G., Owen, W. R., Alexander, J. D., Jaeger, D. L., Namboodiri, P., Fuchs, E., Chabal, Y. J., Wallace, R. M., Reidy, R., Silver, R. M., Randall, J. N., Von Ehr, J. Atomically Traceable Nanostructure Fabrication. J. Vis. Exp. (101), e52900, doi:10.3791/52900 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter