تلفيق درجة الحرارة منخفضة الكربون الأنابيب الجزيئية عمودي روابط متوافق مع تكنولوجيا أشباه الموصلات

الهدف العام من هذه العملية هو تنمية أنابيب الكربون النانوية المحاذية رأسيًا وتصنيع هياكل اختبار كهربائية باستخدام تقنيات أشباه الموصلات القياسية. يمكن لهذه الطريقة الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال الأشعة السينية الدقيقة، مثل: هل يمكن استخدام أنابيب الكربون النانوية المحاذية رأسيًا في التوصيلات البينية والتطبيقات الأخرى في الدوائر المتكاملة؟ وتكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في توافقها مع عمليات تصنيع أشباه الموصلات القياسية، وامتلاكها درجة حرارة تصنيع منخفضة بما يكفي للسماح بدمجها في المرحلة النهائية من عمليات تصنيع CMOS ومع بوليمرات معينة.

لبدء هذا الإجراء، قم بترسيب الطبقة المعدنية السفلية للاختبار باستخدام الترسيب بالترذيذ بالمجنترون. قم بإجراء الترذيذ بالتيتانيوم باستخدام هدف تيتانيوم نقي مع بلازما الأرجون عند درجة حرارة الركيزة 350 درجة مئوية للحصول على نيتريد التيتانيوم. الترذيذ التفاعلي.

استخدم مزيجاً من الأرجون والنيتروجين عند درجة حرارة ركيزة تبلغ 350 °C لترسيب طبقة من ثاني أكسيد السيليكون بسمك 1 µm باستخدام الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما. عند الانتهاء، تحقق من سمك طبقة ثاني أكسيد السيليكون باستخدام مقياس الانعكاس، ثم قم بطلاء الرقاقة بـ 1.4 µm من مقاوم الضوء الموجب عن طريق إجراء معالجة بالديكساميثازون لمدة 92 ثانية عند 130 °C. بعد تبريد الرقاقة على لوح تبريد، قم بالطلاء الدوراني بسرعة 3,500 RPM. ثم قم بالخبز اللين للرقاقة لمدة 90 ثانية عند 95 °C باستخدام قناع التصوير الضوئي وأداة التعريض.

قم بتعريض النمط المطلوب من الفتحات لجرعة تعريض تبلغ 140 millijoules per centimeters squared. بعد ذلك، قم بإجراء عملية تطوير بركة واحدة تبدأ بخبز ما بعد التعريض لمدة 92 ثانية عند درجة حرارة 115 درجة مئوية. ثم قم بإجراء تطوير لمدة 62 ثانية باستخدام المظهر بعد الخبز الصلب عند 100 درجة مئوية لمدة 90 ثانية.

استخدم المجهر لفحص ما إذا كانت الفتحات في المادة المقاومة ذات أبعاد صحيحة، وما إذا كان التطابق مع علامات المحاذاة دقيقاً. بعد ذلك، قم بإجراء النقش بالبلازما لفتحات التلامس في ثاني أكسيد السيليكون باستخدام جهاز نقش بالبلازما من نوع triad. ومن المهم جداً عدم تعريض نتريد التيتانيوم للبلازما، وإلا سيمنع ذلك النمو الناجح لأنابيب الكربون.

قم بإزالة طبقة التيتانيوم المضحى بها عن طريق النقش الرطب في حمض الهيدروفلوريك بتركيز 0.55% لمدة 60 ثانية. بعد النقش، اشطف الرقاقات بالماء منزوع الأيونات حتى تصل مقاومية الماء إلى خمسة ميجا أوم. ثم جفف الرقاقات باستخدام جهاز الشطف والتجفيف.

عند هذه النقطة، قم بترسيب خمسة نانومترات من الكوبالت باستخدام مبخر الحزمة الإلكترونية (e-beam evaporator) بعد تفريغ الغرفة إلى ضغط يصل إلى 2 × 10⁻⁶ tor على الأقل. قم بتسخين الرقاقات إلى 60 °C باستخدام المصابيح تحت التفريغ قبل الترسيب لإزالة أي غشاء مائي. لإزالة الكوبالت الموجود خارج فتحات التلامس عن طريق عملية الرفع (liftoff).

ضع الرقاقة في حمام موجات فوق صوتية يحتوي على tetra hydro Uran لمدة 15 دقيقة عند درجة حرارة 35 °C. عند الانتهاء، اشطف الرقاقة بالماء منزوع الأيونات لمدة خمس دقائق ثم جففها باستخدام جهاز تدوير (spinner). افحص الرقاقة تحت المجهر للتحقق من وجود أي بقايا للمادة المقاومة.

يمكن اختيارياً استخدام مسحة قطنية ناعمة مخصصة لأغراض الرفع لمسح الرواسب يدوياً. في حال بقاء الرواسب، يتم إجراء معالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة أطول في tetra hid ferran furan.

بعد ذلك، يتم إجراء نمو لأنابيب الكربون النانوية (CNT) باستخدام ترسيب البخار الكيميائي تحت ضغط منخفض. ثم يتم تبريد المفاعل وتطهيره باستخدام النيتروجين.

استخدم مجهرًا إلكترونيًا ماسحًا (SEM) للتحقق من ارتفاع أنابيب الكربون النانوية (CNT) داخل الفتحات بزاوية إمالة 45 درجة. بعد ذلك، افحص العينات باستخدام مطيافية رامان لتحديد درجة تبلور أنابيب الكربون النانوية. استخدم الترسيب بالترذيذ بالمغنترون لترسيب 100 nanometers من التيتانيوم، يليه 2 micrometers من الألمنيوم دون كسر الفراغ.

بعد ذلك، قم بطلاء الرقاقة بطبقة بسمك 3.1 micrometers من مادة مقاومة الضوء الموجبة ذات لزوجة أعلى، بدءاً بمعالجة hexa ethyl dilane رقم 92 عند 130 degrees Celsius بمجرد تبريد الرقاقة على لوح تبريد، ثم قم بالطلاء الدوراني بسرعة 3000 RPM بعد الخبز اللين عند 95 degrees Celsius لمدة 90 seconds، ثم عرّض النمط المعدني العلوي لجرعة تعريض تبلغ 420 millijoules per centimeter squared بتركيز minus one. باستخدام قناع الطباعة الضوئية وأداة التعريض. قم بإجراء عملية تطوير البركة المفردة بدءاً من خبز ما بعد التعريض رقم 92 عند 115 degrees Celsius.

ثم قم بإجراء عملية تحميض ثانية باستخدام المظهر بعد الخبز الصلب عند 100 °C لمدة 90 ثانية. استخدم المجهر لفحص ما إذا كانت الخطوط في المقاوم الضوئي ذات أبعاد صحيحة، وما إذا كان التراكب مع العلامات صحيحًا. بعد ذلك.

قم بإجراء عملية نقش لمجموعة التيتانيوم والألومنيوم باستخدام النقش ببلازما الكلور مع بلازما مقترنة حثياً لإزالة المقاوم الضوئي. استخدم مزيلاً ببلازما الأكسجين إذا لم تكن تغطية المعدن كاملة. استخدم مذيباً عضوياً مثل nm methyl perone لإزالة المقاوم الضوئي.

من أجل منع تلف أنابيب الكربون النانوية (CNT) بفعل البلازما، قم بتنظيف الرقاقات بوضعها في حمض النيتريك بتركيز 99% لمدة 10 دقائق. اشطفها بالماء منزوع الأيونات حتى تصل مقاومية الرقاقة إلى خمسة ميجا أوم.

أخيرًا، جفف الرقائق باستخدام جهاز الشطف والتجفيف. تظهر هنا صورة SEM نمطية لـ CNT قبل عملية المعدنة، وهي مفيدة للتحقق مما إذا كان وقت النمو قد تم ضبطه بشكل صحيح من أجل الحصول على طول مماثل لسماكة طبقة ثاني أكسيد السيليكون. تظهر هنا صورة SEM لمقطع عرضي لنفس الرقيقة بعد عملية المعدنة، ويمكن استخدامها لتحديد محاذاة CNT وكثافتها.

وإذا استُخدم مجهر SEM عالي الدقة لتحديد قطرها، يمكن أيضاً فحص مساحة التلامس بين الـ CNT والطبقات المعدنية. تُعرض هنا أطياف رامان لـ CNT نمت باستخدام الكوبالت عند 350 درجة مئوية، ويمكن استخدامها لبحث التبلور وتحسين بارامترات نمو الـ CNT من أجل الحصول على أعلى جودة. أُجريت قياسات IV باستخدام هياكل مسبار رباعي النقاط. وعندما يكون سلوك IV خطياً، فإن ذلك يشير إلى تلامس أومي بين الـ CNT والملامسات المعدنية.

من خلال المقاومة وأبعاد الحزم، يمكن حساب المقاومية ومقارنتها بالمراجع العلمية بعد تطويرها. وقد مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الإلكترونيات الدقيقة لاستكشاف تطبيق أنابيب الكربون النانوية المصطفة عموديًا في الدوائر المتكاملة. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يتكون لديك فهم جيد لكيفية تنمية أنابيب الكربون النانوية المصطفة عموديًا باستخدام ترسيب البخار الكيميائي داخل الفتحات المخصصة للوصلات البينية العمودية.