يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

يمكن عزوها بالذرة البنية النانوية تلفيق

8.6K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/52900

⸱

يوليو 17, 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

في هذه المقالة

ملخص

نبلغ عن بروتوكول للجمع بين القياس الذري لمجهر المسح النفقي للزخرفة السطحية مع ترسيب الطبقة الذرية الانتقائي وحفر الأيونات التفاعلية. باستخدام عملية قوية تنطوي على العديد من التعرض للغلاف الجوي والنقل ، يتم تصنيع الهياكل النانوية ثلاثية الأبعاد مع القياس الذري.

الملخص

سيتطلب تقليل حجم الهياكل النانوية المحفورة إلى ما دون نطاق 10 نانومتر في النهاية فهما على نطاق ذري لعملية التصنيع بأكملها المستخدمة من أجل الحفاظ على تحكم رائع في كل من حجم الميزة وكثافة الميزة. هنا ، نوضح طريقة لتتبع الهياكل التي تم حلها ذريا والتحكم فيها من التعريف الأولي للقالب من خلال قياس البنية النانوية النهائي ، مما يفتح مسارا للتحكم الذري من أعلى إلى أسفل على التصنيع النانوي. الطباعة الحجرية لإزالة التكمل بالهيدروجين هي الخطوة الأولى في عملية التصنيع النانوية متبوعة بترسب طبقة ذرية انتقائية يصل إلى 2.8 نانومتر من التيتانيا لصنع قناع حفر نانوي. يظهر التباين مع الخلفية ، مما يشير إلى آليات مختلفة للنمو على الأنماط المرغوبة وعلى الخلفية المخلة H. ثم يتم نقل الأنماط إلى الجزء الأكبر باستخدام النقش الأيوني التفاعلي لتشكيل هياكل نانوية بطول 20 نانومتر مع عرض خطوط يصل إلى ~ 6 نانومتر. لتوضيح قيود هذه العملية ، يتم تصنيع مصفوفات من الثقوب والخطوط. يتم تنفيذ خطوات عملية التصنيع النانوي المختلفة في مواقع متباينة ، لذلك تتم مناقشة تكامل العملية. تتم مناقشة القضايا ذات الصلة بما في ذلك استخدام العلامات الإيمانية للعثور على الهياكل النانوية على عينة عيانية وحماية سطح Si (100)-H التفاعلي كيميائيا من التدهور بسبب التعرض للغلاف الجوي.

المقدمة

كما يصبح أكثر أهمية تكنولوجيا النانو في مجموعة واسعة من المجالات، فهم الهياكل التي يجري تشكيلها مكاسب أهمية، وخاصة في مجالات الطباعة الحجرية والإلكترونيات. التأكيد على أهمية علم القياس على مقياس النانو، وتحديدا على مستويات أقل من 10 نانومتر، وتجدر الإشارة إلى أن الاختلاف في حجم الميزة فقط 1 نانومتر يشير إلى وجود تباين كسور لا يقل عن 10٪. هذا الاختلاف يمكن أن يكون لها آثار كبيرة على أداء الجهاز والطابع المادي 1،2 - 4 استخدام الأساليب الاصطناعية، والسمات الفردية شكلت بدقة متناهية مثل نقاط الكم أو الجزيئات المعقدة الأخرى يمكن أن تكون ملفقة، 2،5،6 ولكن تفتقر عموما نفس الدقة في ميزة التنسيب والتوجيه، على الرغم من العمل نحو تحسين حجم وموضع السيطرة. توضح هذه الورقة نهجا لافتعال النانو، بدقة تقترب من حجم الذرية والدقة الذرية في ميزة التنسيب، وكذلكمع المقاييس الذرية في ميزة التنسيب. باستخدام الدقة الذرية للمسح حفر نفق المجهر (STM) الهيدروجين الناجم عن Depassivation الطباعة الحجرية (HDL)، تتشكل أنماط دقيقة بالذرة مع تباين حساسة كيميائيا على السطح. ترسب طبقة الذرية الانتقائية (ALD) ثم يطبق مادة أكسيد الصلبة في المناطق المزخرف، مع رد الفعل ايون النقش (ري) نقل في نهاية المطاف أنماط في المواد السائبة، كما هو مبين في الشكل 1 تخطيطي. الجمع بين عملية HDL عالية الدقة مع المعيار ALD وRIE بمعالجة النتائج في طريقة مرنة لإنتاج النانو على السطح مع الشكل التعسفي وتحديد المواقع.

figure-introduction-1
الشكل 1. Nanofabrication الابتدائية عملية خطوات. وكمثال على ذلك، يتم عرض 200 × 200 نانومتر نانومتر مربع. ويشير كل سهم دائري خطوة من التعرض في الغلاف الجوي ورransport بين المواقع. بعد الفائق عينة الإعدادية، هو نمط العينة باستخدام الفائق HDL تليها STM المقاييس (أعلى اليسار). ثم يتم تنفيذ محددة المدة، تليها AFM المقاييس (يمين). RIE نقل الأنماط في سي (100)، تليها SEM المقاييس (أسفل اليسار). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

والطباعة الحجرية أكثر دقة حتى الآن وعادة ما ينطوي تقنيات التحقيق الممسوحة ضوئيا، الزخرفة على وجه التحديد على أساس STM-حيث ثبت قرار الذري الزخرفة وfunctionalization للعديد من التطبيقات. 7 النانو سابقا، وقد أنتجت تلاعب ذرة بدقة متناهية باستخدام الذرات الفردية لبنات البناء، 8 ، 9،10 لكن النانو الشروط المطلوبة المبردة وبالتالي تفتقر إلى وقت طويل الأجل متانة. وقد تبين RT ذرة التلاعب عن طريق إزالة ذرات الهيدروجين من السطح، specificalلاي HDL. 11،12،13 HDL وعود لتمكين فئات جديدة من الأجهزة الإلكترونية وغيرها بناء على توطين المكاني على النقيض من السطح. باستخدام HDL دون مزيد من المعالجة، ومختلف أبنية جهاز ممكنة بما في ذلك التعلق الأسلاك السندات أو أجهزة منطق. 14،15،16 بالإضافة إلى توفير المقابل الكهربائية، HDL يمكن أن يعرض على النقيض الكيميائية على السطح حيث تمت إزالة تخميل H طبقة، في الواقع إنشاء قالب لمزيد من التعديل الكيميائي. وقد تجلى هذا التعديل الكيميائي على السيليكون وغيرها من الأسطح، والتي تبين الانتقائية لترسب المعادن، 17 العوازل، 18 وحتى أشباه الموصلات. 16،19 كل هذه الأمثلة تنتج هيكلين الأبعاد، خطوات المعالجة الأخرى لذلك يجب أن تستخدم لإنتاج ثلاثة صحيح هياكل الأبعاد مع السيطرة حلها بالذرة التي وعدت بها HDL. سابقا، وقد تطلب هذا الزخرفة المتكررة، 19،20،21 الصلب، 22 أو أقل جيدا حلها عمليات مثل القائم على طرف الإلكترونية شعاع الناجم عن ترسب 23

على غرار البريد شعاع الطباعة الحجرية، ويستخدم HDL على تدفق المترجمة من الإلكترونات لفضح مقاومة. وتوجد العديد من أوجه التشابه مثل القدرة على أداء متعدد الأوضاع الطباعة الحجرية مع متغير حجم البقعة والكفاءة الزخرفة. 24 ومع ذلك، فإن القوة الحقيقية لHDL تنشأ من كيف يختلف عن البريد شعاع الطباعة الحجرية. أولا، مقاومة في HDL هو أحادي الطبقة من الهيدروجين الذري بحيث تقاوم يصبح التعرض عملية الرقمية؛ ومقاومة ذرة إما هو أو غير موجود. 25 منذ وضع H ذرة يناظر سي الكامنة (100) شعرية عملية HDL يمكن أن يكون عملية دقيقة بالذرة، على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أن في هذه الورقة HDL ديه دقة نانومتر كما بدلا من الاضطرار الكمال الذري وبالتالي ليس الرقمي في هذه الحالة. منذ مصدر الإلكترون في HDL المحلي إلى السطح، ومختلف وسائل عملية STM تسهل على حد سواءالإنتاجية الأمثل وكذلك فحص الخطأ. في التحيزات طرف عينة أدناه ~ 4.5 V، قد يتم تنفيذ الطباعة الحجرية على مستوى ذرة واحدة مع الدقة الذرية، والمعروفة باسم بالذرة وضع دقيق (وضع AP). في المقابل، في التحيزات فوق ~ 7 V، وتنبعث الإلكترونات مباشرة من طرف إلى العينة مع linewidths واسعة وكفاءات depassivation عالية، والمعروف هنا كما وضع الانبعاثات الميدان (وضع FE). ويمكن بعد ذلك الانتاجية HDL يكون الأمثل من قبل مجموعة حذرا من هذين الوضعين، على الرغم من أن الانتاجية الشاملة لا تزال صغيرة بالنسبة إلى البريد شعاع الطباعة الحجرية مع الزخرفة تصل إلى 1 ميكرومتر 2 / دقيقة الممكنة. عندما يتم عكس التحيز بحيث يتم عقد العينة في ~ -2.25 V، الإلكترونات نفق من العينة إلى طرف مع منخفضة للغاية كفاءة depassivation، مما يتيح فحص التركيب الذري من السطح على حد سواء لتصحيح الخطأ والمقاييس المقياس الذري .

هذه العملية تلفيق البنية النانوية هو مبين في الشكل 1 يبدأ خطوة الفائق-HDL، كما هو موضح أعلاه. بعد HDL، وتنفيس العينة إلى الغلاف الجوي، في الوقت الذي المناطق نمط تصبح مشبعة بالماء، وتشكيل رقيقة (أي، ~ 1 أحادي الطبقة) شافي 2 طبقة. 26 وبعد النقل، ويتم إدخال العينة الى غرفة ALD لترسب تيتانيا (تيو 2)، مع سمك حوالي 2-3 نانومتر إيداع هنا، إذا ما قيست AFM وXPS 27 ولأن التفاعل تيتانيا يعتمد على تشبع المياه من السطح، وهذه العملية ممكنة على الرغم من تعرض الغلاف الجوي الذي يشبع السطح مع الماء . المقبل، لنقل نمط قناع ALD في الجزء الأكبر كان محفورا العينة باستخدام RIE بحيث تتم إزالة 20 نانومتر سي، مع عمق حفر يحددها AFM وSEM. من أجل تسهيل الخطوات المقاييس، ونمط وسي (100) رقاقة مع شبكة من الخطوط التي تم تصميمها لتكون واضحة بعد إعداد الفائق لمسافة طويلة في العمل المجهر الضوئي، والتصوير الضوئي AFM خطة الرأي، ومنخفضة التكبير خطة رأي SEM التصوير. للمساعدة في تحديد هياكل النانو، ومنقوشة أنماط 1 ميكرون 2 اعوج (بالاجور) على عينات مع nanopatterns الأكثر عزلة تقع في مواقع ثابتة قريبة بالاجور.

يمكن هذا المزيج من HDL، ALD انتقائية، وRIE تكون عملية هامة لالنانوية تلفيق، ويتضمن المقاييس المستوى الذري كمنتج ثانوي طبيعي من عملية. أدناه، ونحن تشمل وصفا مفصلا للخطوات المعنية لافتعال 10 نانومتر الفرعية النانو في سي (100) باستخدام HDL، ALD انتقائية، وري. يفترض أن واحد هو المهرة في كل من هذه العمليات، ولكن سيتم تضمين المعلومات المتعلقة بكيفية دمج مختلف العمليات. وسيتم التركيز بشكل خاص على تلك الصعوبات غير المتوقعة التي يمر بها الكتاب من أجل منع نفس الصعوبات، خصوصا المتعلقة بالنقل والمقاييس.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. مثال الموضع إعداد نموذج

  1. إعداد رقائق
    1. تصميم قناع حفر المناسب لوضع علامات تحديد في سي (100) رقاقة. باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية القياسية وري، حفر شبكة من خطوط كعلامات إيمانية إلى الرقاقة التي سيتم أخذ عينات STM. يجب أن تكون خطوط 10 ميكرون واسعة، 1 ميكرون عميقة، وعلى الملعب من 500 ميكرون. بعد الحفر، الشريط المتبقي مقاومة للضوء من العينة.
      ملاحظة: يجب أن تكون علامات إيمانية التعرف في الموقع لموقع تلميح على عينة وكذلك في AFM وSEM أثناء القياس.
    2. حماية سطح الرقاقة عن طريق تطبيق تك القياسية الشريط تقطيع الأزرق، الجانب مبتذل إلى أسفل.
    3. يميل رقائق النرد إلى شرائح باستخدام الماس رأى تقطيع السيراميك في الأحجام المناسبة لأداة معينة الفائق-STM المستخدمة لأداء HDL. هنا، كانت العينات 8.1 مم × 8.1 مم الساحات.
  2. بعد تقطيع وإعداد رقاقة لإدراجها في الفائق-STM أداة الزخرفة التي كتبها بلطفتقشير الظهر الشريط التكعيب، مع الحرص على عدم لمس شرائح مع أي أدوات المحتوية على النيكل والتي من شأنها أن تحفز على إعادة الإعمار سطح غير المواتية بعد الفائق الإعدادية في الفرع 2 أدناه.
    1. رقاقة نظيفة وذلك بدهن الوجه الأمامي لمدة 10 ثانية كل بفيض من الأسيتون، الإيزوبروبيل، والميثانول، والماء منزوع الأيونات، على التوالي، في حين تجتاح الجانبين من العينة مع تترافلوروإيثيلين (PTFE) ملاقط. أخيرا وجافة مع عالى النقاء N 2 أو عار، لا تزال تجتاح مع ملاقط تفلون.
    2. جبل عينة رقاقة في STM صاحب العينة باستخدام الأساليب المناسبة لأداة معينة الفائق-STM لاستخدامها في HDL.
      1. إذا تصاعد في صاحب العينة التي تحتوي على النيكل، وقطع التنتالوم شرائح حاجز احباط (appx. 4 مم الارتفاع عينة) باستخدام مقص التيتانيوم. شرائط احباط يصوتن لمدة 5 دقائق في كل من الأسيتون عالى النقاء، الإيزوبروبيل، والميثانول، والمياه DI، على التوالي. الجافة مع عالى النقاء N 2 الغاز من خلال تغطية جزئيا كوب بورق الألمنيوم وحقنجي فوهة N 2 في الافتتاح. تدفق الغاز حتى يتبخر السائل. باستخدام الملقط النيكل الحرة، شكل رقائق ينتهي حول من العينة ثم المشبك في صاحب العينة لعزل الجانبين الأمامي والخلفي من عينة من صاحب العينة.
    3. بعد تصاعد والبلازما عينة نظيفة وصاحب العينة في البلازما الأكسجين لإزالة تلوث الكربون. 28

2. الفائق إعداد نموذج

  1. إدخال عينة في النظام الفائق عن طريق التحميل أو قفل طريقة أخرى الفائق آمنة يفضل بحيث يمكن أن تبقى معالجة الفائق وHDL عادة أقل من 1.3 × 10 -9 م بار (باستثناء خطوة 2.5.1.1 أدناه).
  2. ديغا O / N 650 ° C، ومراقبة درجة الحرارة مع البيرومتر. تأكد من أن ضغط الغرفة هو ضمن 25٪ من الخلفية. في الحالة الموصوفة هنا، والضغوط الخلفية النموذجية هي حوالي 4.5 × 10 -10 ملي بار.
  3. ديغا التنغستن الهيدروجين تكسير خيوط في 1500 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.تفعيل مضخات التيتانيوم التسامي إن أمكن.
  4. أداء عينة "فلاش" دورة.
    1. عينة فلاش عن طريق التسخين إلى 1250 درجة مئوية لمدة 20 ثانية، ورصد T مع البيرومتر واستخدام / ثانية التدفئة التدرج 10 ° C. لا يتجاوز الضغط الأقصى لل7 × 10 -9 مليبار. بارد عن طريق إزالة التدفئة الحالي في أقل من 5 ثواني.
    2. عينة الراحة في 350 درجة مئوية لمدة 5 دقائق. للسماح للضغط لاستعادة لخط الأساس. تكرار 3X.
  5. أداء عينة التخميل.
    1. ضبط درجة حرارة العينة إلى 350 درجة مئوية باستخدام البيرومتر لرصد درجات الحرارة. إدخال 1.3 × 10 -6 م بار H نقي للغاية 2 في غرفة الإعدادية باستخدام صمام تسرب.
      1. وضع فخ بارد على الخط H 2 جدا بالقرب من صمام تسرب في النظام من أجل مواصلة تنقية H 2.
      2. إذا كان ذلك ممكنا، ومضخة نظام مع ارتفاع سرعة مضخة توربو بدلا من مضخة أيون. هذا هو الحال مضخة أيون لا تلوث العينة من كونه المعرضالحوار الاقتصادي الاستراتيجي للملوثات ضغوط وإخراج عالية. يتم وضع مضخات مرة أخرى في حالة طبيعية بعد أن تم إزالة معظم الهيدروجين والعينة لا يزال دافئا (350 درجة مئوية).
    2. بدوره على التنغستن الهيدروجين تكسير خيوط لدرجة حرارة 1400 درجة مئوية لمدة 12 دقيقة، ثم إيقاف خيوط وH 2 تدفق الغاز. عينة باردة لRT.

3. مسح حفر نفق المجهر والطباعة الحجرية

  1. نقل العينة إلى STM، وتقديم نموذج وSTM طرف في نطاق نفق. استخدام الكاميرا مع حل السلطة أفضل من 20 ميكرون حجم البقعة، واتخاذ عالية الدقة الصورة البصرية من طرف عينة تقاطع. تعديل الصورة وتغيير حجم الصورة البصرية بحيث يمثل الاستنساخ غير مشوهة من علامات إيمانية.
  2. إزالة أي إضاءة للحد من نظام عدم الاستقرار الحرارية. تحديد نوعية السطح.
    1. باستخدام تقنيات STM التقليدية مع عينة تحيز -2.25 V و 200 السلطة الفلسطينية، وتحديد خدرإيه العيوب على السطح.
    2. إذا العيوب السطحية هي دون المستويات المقبولة، والانتقال إلى الخطوة التالية. الحد الأقصى لمستويات مقبولة عيب يلي على النحو التالي: السندات تتدلى من 1٪. الشواغر سي 3٪. الملوثات من 1٪.
  3. أنماط تصميم HDL إلى أن يتم إنتاجها، بما في ذلك أنماط التجريبية و(1 ميكرون × 1 ميكرومتر) أنماط تحديد سيرب كبيرة. وينبغي الاستفادة من أنماط سيرب مع محور ناقلات طويلة عمودي على محور المتوقع مسح سريع AFM، وذلك باستخدام الملعب من 15-20 نانومتر. كسر النمط العام في الأشكال الأساسية لتحديد مسار تليها غيض عند تطبيق شروط HDL. 24
  4. استخدام مخرجات متجه من الخطوة السابقة، نفذ HDL باستخدام طريقة FE الطباعة الحجرية لمناطق واسعة مع عينة تحيز 09/07 V، تيار 1 غ، و 0.2 MC / سم وAP وضع الطباعة الحجرية للمناطق الصغيرة أو تلك المجالات التي تتطلب حواف الدقة الذرية . 24
    1. تحديد أفضل AP شروط وضع الطباعة الحجرية التي كتبها PErforming HDL مع مجموعة متنوعة من الظروف مع التحيز عينة تتراوح 3،5-4،5 V، الحالية تتراوح 2-4 نا، وخط جرعات تتراوح من 2 إلى 4 MC / سم. اختيار الظروف التي تنتج أضيق خط depassivated تماما.
  5. أداء STM المقاييس على المناطق HDL نمط المطلوب من التصوير في -2.25 V عينة التحيز و 0.2 غ نفق الحالية.
    1. [اختياري] أداء تصحيح الخطأ. بعد STM المقاييس، مقارنة نمط depassivation في الصور STM مع نمط المرجوة من الخطوة 3.5. إذا تبين أي مجال من المجالات غير كاف تشكيل السندات التعلق، كرر دورة الطباعة الحجرية في تلك المناطق.
  6. بعد الانتهاء من STM HDL، فك الارتباط غيض من العينة، ونقل عينة لتحميل القفل.
  7. تنفيس وإزالة عينة. خلال تنفيس مع عالى النقاء N 2، وحماية عينة عن طريق الاتصال مع الخاملة، الركيزة المسطحة مثل الياقوت نظيفة. 29 بعد حماية السطح، والصمامات قريبة من أي مضخات ثم أعرض تنفيس الغاز كما QUICKLY ممكن. إزالة عينة من النظام.

النقل 4. عينة

  1. إزالة عينة من قفل الحمل. الافراج عن عينة من صاحب العينة، بما في ذلك إزالة القطع حاجز احباط إن أمكن. باستخدام PTFE (أو تي) ملاقط، نقل العينة إلى نقل، وحفظ الجانب الأمامي من عينة المحمية، في محاولة للحفاظ على التعرض الجو إلى أقل من 10 دقيقة.
  2. تثبيت الغطاء على عينة وفضفاضة تجميع نقل عينة المضغوط. مطاردة مع هارون عالى النقاء لمدة 1 دقيقة. لا اجلاء النظام في أي لحظة، أو قد يحدث تلف السطح. 29 وأخيرا، نقل عينة ختم مع ضغط إيجابي صغير (~ 50-100 ملي بار) من Ar بحيث تبقى عينة مستقرة لمدة تصل لمدة شهر.

5. ترسب طبقة الذري

  1. ضمان ALD هو في درجة حرارة الترسيب المناسبة (100 درجة مئوية). زيادة ببطء الضغط الأرجون في غرفة محددة المدة حتى يتم تحقيق الضغط الجوي.
  2. فتح غرفة ALD.
  3. نقل عينة مفتوحة وسرعان ما نقل إلى غرفة ALD باستخدام زوج من ملاقط PTFE استيعاب العينة على الحافة، ثم أغلق الغرفة ALD وتطهير باستخدام تدفق الأرجون عند ضغط <2 × 10 -1 مليبار لمدة 1 ساعة لديغا في عينة. وضع عملية لتنفيذ 80 دورات متكررة من ALD أن ينمو 2.8 نانومتر من تيتانيا غير متبلور.
    1. باستخدام نظام ALD التجاري معدلة عند درجة حرارة عينة من 100-150 درجة مئوية، مع التيتانيوم رابع كلوريد (TiCl 4) والماء (H 2 O) كما السلائف أداء ترسب مع الكواشف تحت ضغوط من 0.3 ملي بار و 0.8 ملي بار، مع أوقات نبض 0.1 ثانية و 0.05 ثانية على التوالي. 27
    2. بعد كل نبضة الغاز، تطهير المفاعل مع هارون لمدة 60 ثانية في 0.2 ملي بار لضمان الترسيب الخلفية الحد الأدنى بسبب الكواشف physisorbed. للأقنعة في هذا العمل، وتستخدم 80 دورات محددة المدة لزراعة ما يقرب من 2.8 نانومتر من تيتانيا غير متبلور في 100 ° C.
  4. تنفيس ببطء ALD الغرفة مع الغاز هارون ومفتوحة. كرر الخطوات من 4.1 و 4.2 لنقل العينات.

6. الذرية قوة المجهر (AFM)

  1. ضمان المعايرة الصحيحة للAFM وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة. نقل عينة مفتوحة وإزالة بلطف العينة باستخدام الملقط.
  2. بعد إزالة من نقل وتركيب آمن العينة إلى AFM باستخدام أسلوب الميكانيكية تصاعد مثل نظام التثبيت إذا كان ذلك ممكنا. تركيز الكاميرا AFM على العينة، وتحديد علامات إيمانية على سطح العينة لمحاذاة الطرف فؤاد إلى النمط القائم على القياس البصرية في الخطوة 3.2.
  3. تأكد من أن الإعدادات AFM سوف تظهر كل من الطول والمرحلة المعلومات وضبط حجم المسح أن يكون بين 20 و 40 ميكرومتر واسعة. إشراك طرف AFM على العينة.
  4. باستخدام الطول والمرحلة المعلومات في أعلى دقة والمسح الضوئي حتى يتم تحديد المنطقة أنماط محدد. التكبير في إعادة منقوشةجيون وتحديد المنطقة التي هو المطلوب صورة.
  5. التقاط صورة من المناطق المرغوبة باستخدام جودة الصورة المناسبة والقرار (عادة على أعلى درجة ممكنة). مرة واحدة وقد تم تفحص جميع المناطق المطلوب، فك الارتباط غيض من العينة. تفريغ العينة. كرر الخطوات من 4.1 و 4.2 لنقل العينات.

7. رد الفعل ايون النقش

  1. هدئ جانب بالسعة مفاعل RIE إلى -110 درجة مئوية، ثم تحميل العينة إلى قاعته مقدمة وضخ وصولا الى 7.5 × 10 -6 م بار.
    1. استقرار درجة الحرارة لمدة 3 دقائق. ثم تحويل الغاز على بمعدلات تدفق O 2 في 8 SCCM (سنتيمتر مكعب قياسي في الدقيقة)، AR في 40 SCCM وSF 6 في 20 SCCM.
    2. البلازما إضراب باستخدام RF تفريغ 150 W، ثم تعديل تدفق الغاز إلى حفر لمدة 1 دقيقة باستخدام SF 6 في 52 SCCM وO 2 في 8 SCCM. وتفاعل هذه الغازات مع سي احفر بمعدل حوالي 20 نانومتر / دقيقة. 30
    3. ضخ فراغ إلى 7.5 × 10 -6 م بار. تنفيس نظام ري. كرر الخطوات من 4.1 و 4.2 لنقل العينات.

8. المجهر الإلكتروني (SEM)

  1. SEM تركيب عينة وإدخال العينة إلى النظام.
    1. وضع عينة غير لاصقة جبل في موقع مناسب لتسهيل عينة تصاعد.
    2. نقل عينة مفتوحة وإزالة بلطف العينة باستخدام ملاقط للاستيلاء على عينة من الحواف وآمن تثبيت في SEM جبل، ثم إدخال تجميع العينة إلى SEM.
    3. تنفيس وغرفة SEM المفتوحة. آمن تثبيت تجميع العينة إلى مرحلة عينة SEM. ضخ أسفل غرفة SEM.
  2. موقع fiducials.
    1. جعل التكبير إلى أدنى قيمة ممكنة. حدد الجهد والحزم الإعدادات الحالية المتسارعة التي من شأنها أن تعطي قرار جيد. تبدأ بأقل إعدادات مقبولة. ترتفع حسب الحاجة.
    2. بدوره على شعاع الإلكترون. جلب المنطقة العامةالتي تهم أوصى المسافة العمل وارتفاع eucentric.
    3. تحديد والتركيز على fiducials هو موضح في القسم 1.1. ضبط العمل عن بعد حسب الضرورة. تحسين التركيز والسطوع والتباين.
  3. تحديد مكان وصورة الأنماط.
    1. بالنسبة للfiducials، حدد موقع أنماط على أساس المقاييس البصري قسم 3.2 و AFM المقاييس من القسم 6. لتقليل ترسب الكربون على أنماط، وتحسين التركيز باستخدام ميزات غير الضرورية المجاورة. مرة واحدة الأمثل، والانتقال إلى أنماط والحصول على خطة عرض الصور والقياسات.
    2. إذا لزم الأمر، إمالة عينة للصور 3D وقياسات الارتفاع النمط. لأنماط أخرى، كرر من 8.3 حسب الحاجة.
  4. أداء SEM إغلاق نظام الروتين وإلغاء عينة / ثانية، كما هو منصوص عليه من قبل الشركة المصنعة SEM. تأمين عينة مرة أخرى إلى نقل.
  5. كرر الخطوات من 4.3 و 4.4 لنقل العينات والتخزين. في هذه المرحلة، والعينات هي قوية ويمكنخزنها لفترة غير محددة من الزمن. يحلل أداء ما بعد التصوير إذا لزم الأمر.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

في الحالات الموصوفة هنا، يتم تنفيذ HDL استخدام متعدد الأوضاع الطباعة الحجرية. 24 في وضع FE، يؤديها مع 8 V عينة التحيز، 1 غ، و 0.2 MC / سم (أي ما يعادل 50 نانومتر / ثانية سرعة غيض)، وغيض التحركات على مر السطح إما موازية أو عمودية على شعرية سي، خطوط انتاج من depassivation. في حين أن هذا lineshape هو غيض جدا تعتمد، في الحال هنا، كان الجزء depassivated تماما عن خطوط حوالي 6 نانومتر واسعة، مع ذيول depassivation جزئية توسيع نانومتر 2 آخر على جانبي الخط. عندما يتم المطلوب أنما...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

أداء القياس على النانو المذكورة أعلاه يتطلب القدرة على سد المواقع غيض خلال HDL ونمط الموقع باستخدام أدوات أخرى مثل AFM وSEM. وعلى النقيض من غيرها من أدوات الزخرفة متطورة مع ترميز مكانة عالية الدقة مثل البريد شعاع الطباعة الحجرية، تم إجراء HDL يؤديها هنا مع STM دون تحديد المواقع الخشنة تسيطر عليها بشكل جيد، لذلك تم استخدام البروتوكولات تحديد موقف إضافي، كما هو مبين في الشكل (3) أولا، يتم وضع المجهر البؤرية طول طويل خارج النظام الفائق حوالي 20 سم من طرف عينة تقاطع. ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

وأيد هذا العمل من خلال عقد من DARPA (N66001-08-C-2040) ومنحة من صندوق التكنولوجيا الناشئة من ولاية تكساس. فإن الكتاب أن نعترف Jiyoung كيم، جريج Mordi، أنجيلا Azcatl، وتوم شارف على مساهماتهم المتعلقة انتقائية ترسب طبقة الذري، فضلا عن والاس مارتن وجوردون بولوك للخارج الموقع تجهيز العينات.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
سي رقاقةVA أشباه الموصلاتP نوع (البورون) Si < 100> &# 177; 2 درجة ، 280 مم &# 177 ؛ 25 مم سميكة, 0.01-0.02 أوم سم
Ta احباطAlfa Aesar3350.025  مم (0.001   في) سميكة ، 99.997٪ (أساس المعادن)
ميثانولألفا إيسار19393درجة أشباه الموصلات ، 99.9٪
2-بروبانولألفا إيسار19397درجة أشباه الموصلات ، 99.5٪
أسيتونألفا إيسار19392درجة أشباه الموصلات ، 99.5٪
أرجونبراكسيرفائق النقاء (درجة 5.0)
ماء منزوع الأيوناتميليبورنظام تنقية المياه Milli-Q> 18 ميجاوات من المياه المنتجة عند الطلب.
TiCl4Sigma Aldrigh254312≥ 99.995٪ أساس المعادن النزرة
O2< / sub>MathesonG2182101Research Grade
SF6< / sub>MathesonG2658922Ultra High Purity (الصف 4.7) شركة
أشباه الموصلاتالأزرق المتوسطة Tack Roll18074سمك 75 & # 956 ؛ م / 0.003 "   الطول 200 م / 660 '  
معدات

المراجع

  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).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

يمكن عزوها بالذرة البنية النانوية تلفيق
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.