ננו-הדפסה אלקטרוכימית בסיוע מתכת של ופלים נקבוביים ומוצקים מסיליקון

Summary

פרוטוקול להטבעה כימית בסיוע מתכת של תכונות מיקרו-קנה מידה תלת-ממדיות עם דיוק בצורת תת-20 ננומטר לתוך ופלים סיליקון מוצקים ונקבוביים מוצג.

Abstract

הטבעה אלקטרוכימית בסיוע מתכת (Mac-Imprint) היא שילוב של חריטה כימית בסיוע מתכת (MACE) וליטוגרפיה ננו-הדפסה המסוגלת לכוון את התבניות התלת-ממדיות של תכונות מיקרו וננומטריות בקבוצה המונוקריסטלינית IV (לדוגמה, Si) ו- III-V (למשל, GaAs) מוליכים למחצה ללא צורך בתבניות הקרבה ובשלבים ליטוגרפיים. במהלך תהליך זה, חותמת לשימוש חוזר מצופה זרז מתכת אצילי הוא בא במגע עם רקיק Si בנוכחות חומצה הידרופלואורית (HF) ומי חמצן (_H2O2) תערובת, מה שמוביל לתחריט סלקטיבי של Si בממשק המגע מתכת מוליכים למחצה. בפרוטוקול זה, אנו דנים בשיטות הכנת הבולים והמצעים המיושמים בשתי תצורות Mac-Imprint: (1) Porous Si Mac-Imprint עם זרז מוצק; ו -(2) מוצק סי מק-חותם עם זרז נקבובי. תהליך זה הוא תפוקה גבוהה והוא מסוגל דפוס מקביל בקנה מידה סנטימטר עם רזולוציה מתחת 20 ננומטר. הוא גם מספק צפיפות פגמים נמוכה ודפוסי שטח גדולים בפעולה אחת ועוקף את הצורך בתחריט יבש כגון תחריט יונים תגובתי עמוק (DRIE).

Introduction

דפוסי מיקרו-קנה מידה תלת-ממדיים וטקסטורציה של מוליכים למחצה מאפשרים יישומים רבים בתחומים שונים, כגון optoelectronics1,2, ^{פוטוניקה3}, משטחים אנטי-רפלקסיביים4, משטחים הידרופוביים סופר, ומשטחי ניקוי עצמי ^5,6 בין היתר. אב טיפוס והפקת מסה של דפוסים תלת-ממדיים והיררכיים הושג בהצלחה עבור סרטים פולימריים על ידי ליטוגרפיה רכה וליטוגרפיה ננו-הדפסה עם רזולוציה של תת-20 ננומטר. עם זאת, העברת דפוסים פולימריים תלת-ממדיים כאלה לתוך Si דורשת סלקטיביות תחריט של תבנית מסכה במהלך תחריט יון תגובתי ובכך מגבילה את יחס הגובה-רוח....

Protocol

אזהרה: השתמש בשיטות בטיחות מתאימות ובציוד מגן אישי (לדוגמה, חלוק מעבדה, כפפות, משקפי בטיחות, נעלי בוהן סגורות). הליך זה משתמש בחומצת HF (48% wt) שהיא חומר כימי מסוכן ביותר ודורש ציוד מגן אישי נוסף (כלומר, מגן פנים, סינר גומי טבעי וזוג שני של כפפות ניטריל המכסות את היד, פרקי כף היד והאמות).

1. הכנת בולים למק-הטבעה

1. ייצור עובש PDMS
   1. הכן את פתרון RCA-1 על ידי ערבוב מים טהורים deionized (DI) ואמוניום הידרוקסיד בכוס הזכוכית ביחס 5:1 (נפח). מניחים את הכוס עם התערובת על כיריים ערבוב (ראה שולחן של חומרים) ומחממים את התערובת עד 70 מעלות צלזיוס. למדוד את הטמפרטורה של התערובת עם תרמי מכויל ולהוסיף ....

Results

סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM), סריקות מיקרוסקופ אופטיות (איור 9) וסריקות מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM) (איור 10) הושגו כדי לחקור את המאפיינים המורפולוגיים של חותמות ה-Mac-Imprint ומשטחי Si המוטבעים. הפרופיל החתך של סי המוצק המוטבע הושווה לזה של חותמת Au הנקבובית המשומשת (איור 10). נאמנות העברת דפוס ודור Si נקבובי במהלך Mac-Imprint היו שני קריטריונים עיקריים לנתח הצלחה ניסיונית. ה- Mac-Impri.......

Discussion

בולי Mac-Imprint ושבבי Si משוטרים מראש (סוג p, [100] אוריינטציה, 1-10 Ohm∙cm) הוכנו על פי סעיפים 1 ו -2 של הפרוטוקול, בהתאמה. ה-Mac-Imprint של שבב Si משוטח מראש עם בולים המכילים דפוסים היררכיים תלת-ממדיים בוצעה על פי סעיף 3 של הפרוטוקול (איור 9). כפי שניתן לראות באיור 9a, תצורות שונות של Mac-Imprint הוחלו: סי מוצק עם Au מוצק (משמאל), Si נקבובי עם Au מוצק (באמצע)⁹, ו Si מוצק עם Au נקבובי (מימין)²⁰. .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
אצטון, >99.5%, מגיב ACS	סיגמא-אולדריץ'	67-64-1	זהירות,
פלואוריד אמוניום כימי, >98%,	סיגמא-אולדריץ'	12125-01-8	זהירות,
תמיסת אמוניום הידרוקסיד מסוכנת, 28-30%, מגיב ACS	סיגמא-אולדריץ'	1336-21-6	זהירות,
מפתח AZ 400K	מסוכן מיקרוכימיקלים	AZ 400K	זהירות, כימי
BenchMark 800 תחריט	Axic	BenchMark 800	תחריט יונים תגובתי
יעד כרום, 2 "x 0.125", 99.95% טוהר	סגסוגות ACI	ADM0913	מגנטרון מקרטע כרום יעד
CTF 12	קרבוליט Gero	C12075-700-208SN	תנור צינור
מייבש	פישר מדעי Chemglass מדעי החיים	CG122611	מייבש
F6T5 / BLB	Eiko	F6T5 / BLB 6W	נורת UV
יעד זהב, 2 "x 0.125", 99.99% טוהר	סגסוגות ACI	N / A	מגנטרון מקרטע יעד זהב
פלטת חמה KW-4AH	Chemat Technology	KW-4AH	פלטה מפולסת עם פרופיל טמפרטורה אחיד
חומצה הידרופלואורית, 48%, מגיב ACS	Sigma-Aldrich	7664-39-3	זהירות, מסוכן ביותר
מי חמצן, 30%, מגיב ACS	פישר כימיקל	7722-84-1	זהירות,
אלכוהול איזופרופיל מסוכן, >99.5%, מגיב ACS	LabChem	67-63-0	זהירות,
טכניקות מתמר	MLP-50 כימי MLP-50	עומס
חומצה חנקתית, 70%, דרגת ACS	SAFC	7697-37-2	זהירות,
NSC-3000	מסוכןננו-מאסטר	NSC-3000	מגנטרון מקרטע
אשלגן הידרוקסיד, 45%, מוסמך	פישר כימיקל	1310-58-3	זהירות,
משאבת ואקום כימית נדנדה 800, 110V/60Hz	נדנדה	1240043	משאבת ואקום נטולת שמן
תבנית מאסטר סיליקון	NILT	SMLA_V1	שבב סיליקון עם
פרוסות סיליקון	פרוסות אוניברסיטה	783	יעד כסף של פרוסת Si
, 2 אינץ' x 0.125 אינץ', סגסוגות ACI בטוהר 99.99% HER2318			יעד כסף מקרטע מגנטרון
SP-300	BioLogic	SP-300	Potentiostat
SPIN 150i	ציפוי ספין	SPIN 150i	ציפוי ספין
SPR 200-7.0 חיובי לאור עמידות	Microchem	SPR 220-7.0	זהירות,
ערבוב כימי פלטה חמה	תרמו מדעית Cimarec+	SP88857100	פלטת חימום לשימוש כללי
SU-8 2015 שלילי פוטו-רזיסט	Microchem	SU-8 2015	זהירות,
ערכת אלסטומר סיליקון כימית SYLGARD 184 DOW			4019862 זהירות, כימי
T-LSR150B	Zaber Technologies	T-LSR150B-KT04U	שלב ליניארי ממונע
טריכלורו (1H,1H,2H, 2H-perfluorooctyl)silane (PFOCS), 97%	Sigma-Aldrich	78560-45-9	זהירות, מסוכן