Se presenta un protocolo para la impresión química asistida por metal de características de microescala 3D con una precisión de forma inferior a 20 nm en obleas de silicio sólido y poroso.
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Artículo de método
Nanoimpresión electroquímica asistida por metal de obleas de silicio poroso y sólido
En este artículo
Resumen
Resumen
La impresión electroquímica asistida por metal (Mac-Imprint) es una combinación de grabado químico asistido por metal (MACE) y litografía de nanoimpresión que es capaz de modelar directamente características 3D a micro y nanoescala en semiconductores monocristalinos de grupo IV (por ejemplo, Si) y III-V (por ejemplo, GaAs) sin la necesidad de plantillas de sacrificio y pasos litográficos. Durante este proceso, un sello reutilizable recubierto con un catalizador de metal noble se pone en contacto con una oblea de Si en presencia de una mezcla de ácido fluorhídrico (HF) y peróxido de hidrógeno (H2O2), lo que conduce al grabado selectivo de Si en la interfaz de contacto metal-semiconductor. En este protocolo, discutimos los métodos de preparación de sellos y sustratos aplicados en dos configuraciones Mac-Imprint: (1) Porous Si Mac-Imprint con un catalizador sólido; y (2) Solid Si Mac-Imprint con un catalizador poroso. Este proceso es de alto rendimiento y es capaz de patrones paralelos a escala de centímetros con resolución inferior a 20 nm. También proporciona baja densidad de defectos y patrones de área grande en una sola operación y evita la necesidad de grabado en seco, como el grabado de iones reactivos profundos (DRIE).
Introducción
El modelado tridimensional a micro y nanoescala y la texturización de semiconductores permiten numerosas aplicaciones en diversas áreas, como optoelectrónica1,2, fotónica3, superficies antirreflectantes4, superficies súper hidrofóbicas y autolimpiantes5,6 entre otras. La creación de prototipos y la producción en masa de patrones 3D y jerárquicos se han logrado con éxito para películas poliméricas mediante litografía suave y litografía de nanoimpresión con resolución inferior a 20 nm. Sin embargo, la trans....
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Protocolo
PRECAUCIÓN: Use prácticas de seguridad apropiadas y equipo de protección personal (por ejemplo, bata de laboratorio, guantes, gafas de seguridad, zapatos cerrados). Este procedimiento utiliza ácido HF (48% en peso), que es un producto químico extremadamente peligroso y requiere equipo de protección personal adicional (es decir, un protector facial, delantal de caucho natural y un segundo par de guantes de nitrilo que cubren la mano, las muñecas y los antebrazos).
1. Preparación de sellos para Mac-imprint
-
Fabricación de moldes PDMS
- Prepare la solución de RCA-1 mezclando agua pura (DI) desionizada e hidró....
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Resultados
Se obtuvieron imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM), escaneos de microscopio óptico (Figura 9) y escaneos de microscopía de fuerza atómica (AFM) (Figura 10) para estudiar las propiedades morfológicas de los sellos Mac-Imprint y las superficies de Si impresas. El perfil transversal del Si sólido impreso se comparó con el del sello Au poroso utilizado (Figura 10). La fidelidad de transfe.......
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Discusión
Los sellos Mac-Imprint y los chips Si premodelados (tipo p, orientación [100], 1-10 Ohm∙cm) se prepararon de acuerdo con las secciones 1 y 2 del protocolo, respectivamente. El Mac-Imprint del chip Si premodelado con sellos que contienen patrones jerárquicos 3D se realizó de acuerdo con la sección 3 del protocolo (Figura 9). Como se muestra en la Figura 9a, se aplicaron diferentes configuraciones de Mac-Imprint: Si sólido con Au sólido (izquierda.......
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Divulgaciones
No tenemos nada que revelar.
Agradecimientos
Agradecemos al Dr. Keng Hsu (Universidad de Louisville) por sus ideas sobre este trabajo; el Laboratorio Frederick Seitz de la Universidad de Illinois y, in memoriam, el miembro del personal Scott Maclaren; Centro LeRoy Eyring para la Ciencia del Estado Sólido de la Universidad Estatal de Arizona; y la Science Foundation Arizona bajo el Bis grove Scholars Award.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Acetona, >99,5%, reactivo ACS | Sigma-Aldrich | 67-64-1 | PRECAUCIÓN, químico |
| Fluoruro de amonio, >98%, grado ACS | Sigma-Aldrich | 12125-01-8 | PRECAUCIÓN, peligroso |
| Solución de hidróxido de amonio, 28-30%, reactivo ACS | Sigma-Aldrich | 1336-21-6 | PRECAUCIÓN, peligroso |
| Revelador AZ 400K | Microquímicos | AZ 400K | PRECAUCIÓN, químico |
| BenchMark 800 Etch | Axic | BenchMark 800 | Grabado iónico reactivo |
| Objetivo de cromo, 2" x 0,125", 99,95% de pureza | Aleaciones ACI | ADM0913 | Pulverización catódica de magnetrón Objetivo de cromo |
| CTF 12 | Carbolite Gero | C12075-700-208SN | Desecador de horno tubular |
| Fisher Chemglass científico Ciencias de la vida | CG122611 | ||
| F6T5/BLB | Eiko | F6T5/BLB 6W | Bombilla UV |
| Objetivo de oro, 2" x 0,125", 99,99% de pureza | Aleaciones ACI | N/A | Objetivo de oro por pulverización catódica de magnetrón |
| Placa calefactora KW-4AH | Tecnología Chemat | KW-4AH | Placa calefactora nivelada con perfil de temperatura uniforme |
| Ácido fluorhídrico, 48%, reactivo ACS | Sigma-Aldrich | 7664-39-3 | PRECAUCIÓN, extremadamente peligroso |
| Peróxido de hidrógeno, 30%, reactivo ACS | Fisher Chemical | 7722-84-1 | PRECAUCIÓN, peligroso |
| Alcohol isopropílico, >99,5%, reactivo ACS | LabChem | 67-63-0 | PRECAUCIÓN, químico |
| MLP-50 | Técnicas de transductor | MLP-50 | Célula de carga |
| Ácido nítrico, 70%, grado ACS | SAFC | 7697-37-2 | PRECAUCIÓN, peligroso |
| NSC-3000 | Nano-master | NSC-3000 | Pulverización catódica de magnetrón |
| Hidróxido de potasio, 45%, certificado | Fisher Chemical | 1310-58-3 | PRECAUCIÓN, químico |
| Bomba de vacío Rocker 800, 110V/60Hz | Balancín | 1240043 | Bomba de vacío exenta de |
| aceite Molde maestro de silicio | NILT | SMLA_V1 | Chip de silicio con patrón |
| Obleas de silicona, oblea universitaria de primera calidad | 783 | Oblea de Si | |
| Objetivo de plata, 2" x 0.125", 99.99% de pureza | Aleaciones ACI | HER2318 | Magnetrón Pulverización catódica Objetivo de plata |
| SP-300 | BioLogic | SP-300 | Potenciostato |
| SPIN 150i Spincoating SPIN 150i | Recubridor | ||
| SPR 200-7.0 fotorresistente positivo | Microchem | SPR 220-7.0 | PRECAUCIÓN, químico |
| Agitación placa calefactora | Thermo scientific Cimarec+ | SP88857100 | placa calefactora de uso general |
| SU-8 2015 fotorresistente negativo | Microchem | SU-8 2015 | ATENCIÓN, químico |
| SYLGARD 184 Kit de elastómero de silicona | DOW | 4019862 | PRECAUCIÓN, químico |
| T-LSR150B | Zaber Technologies | T-LSR150B-KT04U | Etapa lineal motorizada |
| Tricloro(1H,1H,2H, 2H-perfluorooctil)silano (PFOCS), 97% | Sigma-Aldrich | 78560-45-9 | PRECAUCIÓN, peligroso |
Referencias
- Ning, H., et al. Transfer-Printing of Tunable Porous Silicon Microcavities with Embedded Emitters. ACS Photonics. 1 (11), 1144-1150 (2014).
- Hirschman, K. D., Tsybeskov, L., Duttagupta, S. P., Fauchet, P. M. Silicon-based light emitting devices integrated i....
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Reimpresiones y permisos
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