Strukturierung via Optical Saturable Transitions - Herstellung und Charakterisierung

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist die Herstellung von Nanostrukturen im Subwellenlängenbereich mit Hilfe einer neuartigen optischen Einzelphotonen-Lithographietechnik. Dies wird erreicht, indem zunächst eine Schicht eines photochromen Moleküls auf ein Siliziumsubstrat aufgebracht wird. In einem zweiten Schritt wird die Probe mit kurzwelligem ultraviolettem Licht bestrahlt, wodurch die offenen Ringisomere in geschlossene Ringisomere umgewandelt werden.

Als nächstes wird die Probe mit einer stehenden Welle beleuchtet, um die Moleküle wieder in die offene Ringform umzuwandeln, außer in der Nähe der Knoten. Durch die optische Sättigung dieses Übergangs verbleiben die Moleküle im geschlossenen Ringisomer in einem Bereich, der weit kleiner ist als die Beugungsgrenze des Fernfeldes. Schließlich wird die Probe in ein polares Lösungsmittel gegeben, in dem sich das geschlossene Ringisomer schneller auflöst als das offene Ringisomer, wodurch nanoskalige Topographieergebnisse erzielt werden, die zeigen, dass die Strukturierung über optisch sättige Übergänge eine alternative optische Nanostrukturierungstechnik zur Erzielung von Subwellenlängenmerkmalen ist.

Die Hauptvorteile dieser Technik gegenüber bestehenden Verfahren wie der Rasterelektronenstrahllithographie bestehen darin, dass die Strukturierung über optische Übergänge um Größenordnungen schneller sein kann, eine präzisere Strukturierung ermöglicht und einfacher und kostengünstiger zu implementieren ist. Das Verfahren wird von Precious Cantu, einem Doktoranden aus meinem Labor, demonstriert. Dieses Protokoll erfordert, dass alle Schritte in einem Reinraum der Klasse 100 oder besser durchgeführt werden.

Um die Probe für die Auflösungssperre vorzubereiten, beginnen Sie mit einem zwei Zoll großen Siliziumwafer, der mit gepufferter Oxidätzlösung gereinigt und mit trockenem Stickstoff mit dem Wafer in der Hand getrocknet wurde, und fahren Sie mit dem thermischen Verdampfungsschritt fort. Dieses Labor verwendet einen kundenspezifischen Niedertemperaturverdampfer, lädt den Wafer in den Verdampferprobenhalter und montiert den Halter dann auf den Verdampfer. Für dieses Protokoll wurde ein Aluminiumoxid-Schiffchen mit 30 Milligramm HdE gefüllt.

Laden Sie dieses Boot in die Quelle. Verschließen Sie im Bohrloch des Verdampfers die Kammeröffnungen und pumpen Sie die Kammer auf einen Basisdruck von 10 bis minus sechs ab. Tor verdampft dann das BTE bei einer Solltemperatur von 100 Grad Celsius mit einer Schichtdicke von etwa 30 Nanometern.

Unmittelbar nachdem der Verdampfungsprozess abgeschlossen ist und das System geöffnet werden kann, kann die Probe ausgehängt werden. Nehmen Sie es dann und laden Sie es in ein Handschuhfach mit einer Stickstoffumgebung und einer UV-Lampe. Hier wurde die Probe in das Handschuhfach geladen.

Im Handschuhfach. Die Probe sollte unter dem UV-Licht positioniert werden, um eine Flutlichtflut zu erzielen. Beleuchten Sie die Probe fünf Minuten lang mit UV, um das HdO in die geschlossene Form umzuwandeln.

Entnehmen Sie nach der UV-Beleuchtung einen Teil der Probe, um sie zu charakterisieren. Verwenden Sie dazu einen Diamantritzer, um einen kleinen Bereich zu definieren, indem Sie eine Linie vom Rand der Silikonoberfläche kratzen. Fassen Sie dann den Wafer auf beiden Seiten der Linie und biegen Sie ihn nach unten, bis er entlang der Kristallebene bricht.

Der kleinere Teil wird zur Charakterisierung verwendet, nachdem er aus dem Handschuhfach entnommen wurde. Bringen Sie das kleine Stück Probe zu einem Profilometer, um die Dicke der HdO-Schicht zu validieren. Um die Messung durchzuführen, verwenden Sie eine Pinzette mit feiner Kante, um einen Kratzer auf der Waferoberfläche der Probe zu erzeugen.

Messen Sie dann die Stufenhöhe von diesem Kratzer aus. Kehren Sie nach der Messung der Dicke des HdO-Films zur Probe in das Handschuhfach zurück, um sie für die Belichtung vorzubereiten. Arbeiten in der inerten Atmosphäre des Handschuhfachs.

Verwenden Sie einen Diamantritzer, um den Wafer zu spalten und brechen Sie ein Stück für die Belichtung ab. In diesem Fall ist das Stück etwa einen Quadratzentimeter groß. Legen Sie das größere Stück weg und besorgen Sie sich einen Probenhalter mit inerter Atmosphäre.

Legen Sie die Belichtungsprobe in den Probenhalter ein. Bereiten Sie sich darauf vor, den Probenhalter aus dem Handschuhfach zu entfernen. Wenn Sie fertig sind, nehmen Sie den Probenhalter aus dem Handschuhfach, um ihn zum Interferometer zu bringen.

An der Interferometerhalterung befindet sich der Probenhalter mit inerter Atmosphäre auf dem Probentisch. Nachdem es in Position ist, befestigen Sie eine Stickstoffleitung am Probenhalter. Öffnen Sie den Anschluss am Probenhalter, um die Probe mit Stickstoff zu spülen.

Schließen Sie dann den Anschluss. Halten Sie die Stickstoffleitung an Ort und Stelle. Verwenden Sie das Interferometer, um die Probe für die gewünschte Belichtung zu belichten.

Zeit Nach der Belichtung mit dem Interferometer sind die inerte Atmosphäre, der Probenhalter und die Probe zu entfernen. Transportieren Sie sie zurück in das Handschuhfach und legen Sie sie hinein. Mit der Probe im Handschuhfach besorgen Sie sich ein sauberes Glasbecherglas mit 100 Millilitern Ethylenglykol.

Nehmen Sie die belichtete Probe aus dem Halter und legen Sie sie für die gewünschte Entwicklungszeit in das Becherglas. Nach Ablauf der Entwicklungszeit ist die Probe aus dem Beag zu entnehmen. Es trocknet schnell in der Stickstoffatmosphäre.

Montieren Sie dann so schnell wie möglich die Probe für die Beleuchtung mit UV-Licht und belichten Sie sie fünf Minuten lang. Dies ist ein Diagramm der Dicke der Molekülschichten in Abhängigkeit von der Entwicklungszeit für die beiden Formen von HdO-Molekülen. Die Daten für das geöffnete Formular sind mit einer blauen Linie verbunden.

Die Daten für das geschlossene Formular sind durch eine rote Linie verbunden. Das Diagramm zeigt die höhere Löslichkeit des Moleküls in geschlossener Form in polaren Lösungsmitteln. Um diese Daten zu sammeln, wurde die Hälfte einer Stichprobe in eine geschlossene und die andere Hälfte in eine offene Form umgewandelt.

Die Probe wurde für mehrere verschiedene Entwicklungszeiten in Ethylenglykol entwickelt, und dann wurde die Dicke der verbleibenden Schicht mit einem Profilometer gemessen. Hier sind Rasterelektronenmikroskopie-Bilder von Musterproben aus einzelnen Entwicklungsaufnahmen, die im inerten Atmosphären-Probenhalter durchgeführt wurden. Die Merkmalsgrößen betragen 196 Nanometer, 160 Nanometer und 85 Nanometer.

Letzteres entspricht einer Linienbreite von ungefähr Lambda. Über 7.4. Daten aus mehreren Belichtungen werden mit Kreuzen in einem Diagramm der Linienbreite im Vergleich zur Belichtungszeit dargestellt.

Zum Vergleich: Die blaue Kurve stellt die Vorhersage eines einfachen Modells dar, das von einer einfallenden sinusförmigen Beleuchtung mit einer Periode von 457 Nanometern ausgeht und die Belichtungsschwelle als einzigen Anpassungsparameter verwendet. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine hochauflösende Musterung über optische Übergänge implementieren können.