Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

Het algemene doel van het volgende experiment is om silicium nanostructuren te fabriceren met traceerbaarheid naar het atoomrooster met behulp van directe metaaloxide etch-maskergroei en reactieve ionen-etsen. De ultieme precisie van deze procedure omvat het verwijderen van precieze gebieden van een waterstofpassatieflaag op een siliconenchip met behulp van een scantunnelmicroscooptip als tweede stap, het patroonoppervlak wordt blootgesteld met behulp van een atomaire laagdepositieproces dat selectief titaniumdioxide depositeert en dient als masker tegen reactieve ionen-etsen. Vervolgens wordt reactieve ionen-etsen uitgevoerd om silicium van het oppervlak te verwijderen in alle gebieden behalve die welke eerder waren gepatrooneerd.

De resultaten tonen de mogelijkheid om structuren tot 20 nanometer hoog te fabriceren met kritische afmetingen ver onder de 10 nanometer. Het belangrijkste voordeel van deze techniek boven conventionelere methoden zoals e-beam of optische litografie, is dat de initiële metrologiestappen in de STM atomaire schaalinformatie bieden. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in nanotechnologie, zoals wat zijn de precieze interacties tussen nanostructuren die op zeer goed gedefinieerde posities ten opzichte van elkaar zijn geplaatst?

Algemeen zullen individuen die nieuw zijn met deze methode worstelen omdat er zoveel stappen zijn en veel kansen om het monster te beschadigen. Dus dachten we eerst aan deze methode toen we probeerden de dikte van siliciumdioxide etch-maskers te maximaliseren, die we op silicium schreven, met behulp van een AFM en een STM-tip in een oxiderende atmosfeer. In plaats daarvan, door waterstoflitografie te combineren met atomaire laagdepositie, waren we in staat om een vergelijkbare luchtcontrole te verkrijgen terwijl we daadwerkelijk een grotere vrijheid in de groeirichting kregen.

Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de stappen voor overdracht en patroonlocatie moeilijk te leren zijn omdat elke persoon zijn eigen stappen correct moet uitvoeren en de instructies voor positielocatie moet kunnen begrijpen. Om te beginnen, bereid en monteer een silicium 1 0 0 chip met fiducial markeringen in de monsterhouder van een scantunnelmicroscoop, en voer een flitscyclus en passivatie uit zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Breng vervolgens het monster over in de scantunnelmicroscoop en breng het monster en de tip in tunnelingbereik.

Gebruik een camera met een oplossend vermogen van beter dan 20 micron spotgrootte om een hoogwaardige optische afbeelding van een tipmonsterverbinding te maken, los de vervorming op en pas de optische afbeelding aan zodat deze een onvervormde reproductie van de fiducial markeringen met de tiplocatie vertegenwoordigt. Ontwerp vervolgens de HDL-patronen die moeten worden geproduceerd, inclusief zowel experimentele patronen als serpentine-identificatiepatronen. Breek de algehele patronen in fundamentele vormen op om de basisvectoren te definiëren die door de tip zullen worden gevolgd.

Bij het toepassen van de AP-modus en FE-modus HDL-condities, gebruik dan roosterinformatie van het siliciumoppervlak. Om het ultieme tippad te bepalen, gebruik atomair nauwkeurige HDL, ook bekend als AP-modus litografie voor kleine gebieden of die gebieden die atomaire nauwkeurige randen vereisen met behulp van de vectoruitvoer van de vorige stap. Voer HDL uit met behulp van veldemissielithografie voor grote gebieden met een monsterbias van zeven tot negen volt, een stroom van één nanoamp en 0,2 milli klos per centimeter.

Voer vervolgens scantunnelmicroscoopmetrologie uit op de gewenste HDL-gepatroonde gebieden door af te beelden met een monsterbias van min 2,25 volt en een tunnelingstroom van 0,2 nanoamp. Schakel vervolgens de tip los van het monster en beweeg het monster terug naar de load lock. Bescherm het monster door contact te maken met een inert plat substraat zoals schoon saffier eenmaal beschermd, sluit de kleppen voor eventuele pompen en introduceer vervolgens zo snel mogelijk stikstofgas in de kamer.

Wanneer de kamer is ontlucht, verwijdert u het monster uit het systeem. Zie hier een close-up van de monsterschildsamenstelling met behulp van polytetrafluorethyleen of titanium pincetten. Verplaats het monster snel naar de transporter, waarbij de voorkant van het monster beschermd wordt gehouden.

Installeer het deksel over het monster en assembleer losjes de gepressuriseerde monsterstransporteur. Spoel de transporteur een minuut lang met ultrapuur argon en verzegel vervolgens de monsterstransporteur met een kleine positieve druk van argon. Voer deze stappen uit om het monster te beschermen tussen elke stap in het proces in deze toestand.

Het monster blijft tot een maand stabiel. Verwarm de atoomlaagdepositiekamer voor op 100 graden Celsius. Open vervolgens de monsterstransporteur en gebruik roestvrijstalen vrije pincetten om snel over te brengen naar de depositiekamer.

Let op de positie en oriëntatie van het monster en de controlechip. Sluit de kamer en zuiver het met behulp van een argonstroom en een druk van minder dan 0,2 millibar gedurende een uur. Voer vervolgens 80 herhaalde cycli van atoomlaagdepositie uit om een 2,8 nanometer dikke laag amorf titania op het monster te laten groeien met behulp van het recept dat in het bijbehorende tekstprotocol is beschreven.

Eenmaal voltooid, verplaats het monster snel terug in de transporteur en zuiver met Argonne. Nadat het monster veilig uit de transporteur is verwijderd, installeert u het in het AFM-systeem met behulp van een mechanische montagemethode zoals een klemmend systeem of een vacuümklem. Focus de AFM-camera op het monster en lokaliseer de fiducial markeringen op het monsteroppervlak om de AFM-tip uit te lijnen naar het gebied waar nanopatronen verwacht worden te vinden.

Gebruik de hoogte en fase-informatie met de hoogste resolutie, scan het monster totdat de locatorpatroongebieden zijn geïdentificeerd. Neem vervolgens een afbeelding van de gewenste gebieden met behulp van de hoogste beeldkwaliteit en resolutie die beschikbaar is. Zodra het gebied van belang is afgebeeld, verwijdert u het monster en plaatst u het terug in de transporteur onder argongas.

Tijdens de voorbereiding voor reactieve ionen-etsen, koel de capacitief gekoppelde reactieve ionen-etcherreactor tot minus 110 graden Celsius. Verwijder vervolgens het monster uit