Patterning par Transitions Optical saturable - Fabrication et caractérisation

L’objectif général de l’expérience suivante est de fabriquer des nanostructures sub-longueurs d’onde à l’aide d’une nouvelle technique de lithographie optique à photon unique. Ceci est réalisé en appliquant d’abord une couche d’une molécule photochromique sur un substrat de silicium. Dans un deuxième temps, l’échantillon est irradié par une lumière ultraviolette de courte longueur d’onde, qui convertit les isomères du cycle ouvert en isomères du cycle fermé.

Ensuite, l’échantillon est éclairé par une onde stationnaire pour reconvertir les molécules en forme d’anneau ouvert, sauf à proximité immédiate des nœuds. En saturant optiquement cette transition, les molécules de l’isomère du cycle fermé restent dans une région beaucoup plus petite que la limite de diffraction du champ lointain. Enfin, l’échantillon est placé dans un solvant polaire où l’isomère à cycle fermé se dissout à un rythme plus rapide que l’isomère à anneau ouvert, laissant derrière lui des résultats de topographie à l’échelle nanométrique, qui montrent que la structuration via des transitions optiques saturables est une technique alternative de nanostructuration optique pour obtenir des caractéristiques inférieures à la longueur d’onde.

Les principaux avantages de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que la lithographie par faisceau d’électrons à balayage sont que la modélisation via des transitions optiques peut être plusieurs ordres de grandeur plus rapide, fournir une modélisation plus précise et être plus simple et moins coûteuse à mettre en œuvre. La démonstration de la procédure sera faite par le précieux Cantu, un étudiant diplômé de mon laboratoire. Ce protocole exige que toutes les étapes soient effectuées dans une salle blanche de classe 100 ou supérieure.

Pour préparer l’échantillon au verrouillage de la dissolution, commencez avec une plaquette de silicium de deux pouces qui a été nettoyée avec une solution de gravure à l’oxyde tamponnée et séchée avec de l’azote sec avec la plaquette à la main, passez à l’étape d’évaporation thermique. Ce laboratoire utilise un évaporateur à basse température personnalisé, charge la plaquette dans le porte-échantillon de l’évaporateur, puis monte le support sur l’évaporateur. Pour ce protocole, un bateau en oxyde d’aluminium a été rempli de 30 milligrammes de contour d’oreille.

Chargez ce bateau dans la source. Puits de l’évaporateur procédez en scellant les orifices de la chambre et en pompant la chambre à une pression de base de 10 à moins six. Tor évapore ensuite le contour d’oreille à une température de consigne de 100 degrés Celsius avec une épaisseur de film d’environ 30 nanomètres.

Une fois le processus d’évaporation terminé et le système ouvert, démontez l’échantillon. Ensuite, emportez-le pour le charger dans une boîte à gants avec un environnement azoté et une lampe UV. Ici, l’échantillon a été chargé dans la boîte à gants.

Dans la boîte à gants. L’échantillon doit être placé sous la lumière UV pour l’éclairage par inondation. Éclairez l’échantillon avec des UV pendant cinq minutes pour transformer le contour d’oreille en forme fermée.

Après l’éclairage UV, prélevez une partie de l’échantillon à caractériser. Pour ce faire, utilisez un scribe en diamant pour définir une petite région en grattant une ligne sur le bord de la surface en silicium. Saisissez ensuite la plaquette des deux côtés de la ligne et pliez-la vers le bas jusqu’à ce qu’elle se brise le long du plan cristallin.

La plus petite portion sera utilisée pour la caractérisation une fois qu’elle aura été retirée de la boîte à gants. Apportez le petit morceau d’échantillon à un profilomètre pour valider l’épaisseur du film BTE. Pour effectuer la mesure, utilisez une pince à épiler à bord fin pour rayer la surface de la plaquette sur l’échantillon.

Mesurez ensuite la hauteur des pas à partir de cette égratignure. Après avoir mesuré l’épaisseur du film BTE, retournez à l’échantillon dans la boîte à gants pour le préparer à l’exposition. Travailler dans l’atmosphère inerte de la boîte à gants.

Utilisez un scribe en diamant pour fendre la plaquette et casser un morceau pour l’exposer. Dans ce cas, la pièce mesure environ un centimètre carré. Rangez le plus gros morceau et procurez-vous un porte-échantillon à atmosphère inerte.

Chargez l’échantillon d’exposition dans le porte-échantillon. Préparez-vous à retirer le porte-échantillon de la boîte à gants. Lorsque vous êtes prêt, retirez le porte-échantillon de la boîte à gants afin de l’amener à l’interféromètre.

Sur la monture de l’interféromètre, le porte-échantillon à atmosphère inerte sur la platine d’échantillonnage. Une fois qu’il est en place, fixez une conduite d’azote au porte-échantillon. Ouvrez l’orifice du porte-échantillon pour purger l’échantillon avec de l’azote.

Fermez ensuite le port. Maintenir la conduite d’azote en place. Utilisez l’interféromètre pour exposer l’échantillon à l’exposition souhaitée.

Temps Après l’exposition à l’interféromètre, retirez l’atmosphère inerte, le porte-échantillon et son échantillon. Transportez-les dans la boîte à gants et placez-les à l’intérieur. Avec l’échantillon dans la boîte à gants, procurez-vous un bécher en verre propre contenant 100 millilitres d’éthylène glycol.

Retirez l’échantillon exposé du support et placez-le dans le bécher pendant le temps de développement souhaité. Une fois le temps de développement écoulé, retirez l’échantillon du beag. Il sèche rapidement dans l’atmosphère azotée.

Ensuite, dès que possible, montez l’échantillon pour l’éclairer avec une lumière UV et exposez-le pendant cinq minutes. Il s’agit d’un graphique de l’épaisseur des couches moléculaires en fonction du temps de développement pour les deux formes de molécules d’ATC. Les données du formulaire ouvert sont reliées par une ligne bleue.

Les données du formulaire fermé sont reliées par une ligne rouge. Le graphique démontre la solubilité plus élevée de la molécule de forme fermée dans les solvants polaires. Pour collecter ces données, la moitié d’un échantillon a été convertie en forme fermée et l’autre moitié en forme ouverte.

L’échantillon a été développé dans de l’éthylène glycol pendant plusieurs temps de développement différents, puis l’épaisseur de la couche restante a été mesurée à l’aide d’un profilomètre. Voici des images de microscopie électronique à balayage d’échantillons de motifs provenant d’expositions de développement uniques effectuées dans le porte-échantillon en atmosphère inerte. Les tailles des caractéristiques sont de 196 nanomètres, 160 nanomètres et 85 nanomètres.

Le dernier correspond à une largeur de ligne d’environ lambda. Plus de 7,4. Les données de plusieurs expositions sont présentées par des croix dans un graphique de la largeur de ligne en fonction du temps d’exposition.

À titre de comparaison, la courbe bleue représente la prédiction d’un modèle simple, en supposant une illumination sinusoïdale incidente avec une période de 457 nanomètres, et en utilisant le seuil d’exposition comme seul paramètre d’ajustement. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’implémenter la modélisation de super résolution via des transitions optiques.