Name: Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 35 s
Description: Leer nanostructuurfabricatie met atomaire precisie via scanning tunneling microscopie en reactive ion etching. Deze methode creëert siliciumstructuren onder 10 nanometer voor geavanceerde nanotechnologietoepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door een contract van DARPA (N66001-08-C-2040) en door een subsidie ​​van de Emerging Technology Fund van de staat Texas. De auteurs willen graag Jiyoung Kim, Greg Mordi, Angela Azcatl en Tom Scharf erkennen voor hun bijdragen in verband met selectieve atomic layer deposition, evenals Wallace Martin en Gordon Pollock voor ex-situ monster verwerking.

1. Ex-situ Monstervoorbereiding <ol><li> Bereid chips <ol><li> Ontwerp geschikte etsmasker identificeren van markers in de Si (100) wafer te zetten. Met behulp van standaard optische lithografie en RIE, etsen een rooster van lijnen vaste merktekens op de wafer waaruit STM monsters worden genomen. De lijnen moet 10 micrometer breed, 1 micrometer diep, en toonhoogte van 500 pm. Na het etsen, strippen resterende fotolak van monster. Opmerking: De vaste merktekens moet identificeerbaar in situ tip op de steekproef en in AFM en SEM tijdens metrologie. </li><li> Bescherm wafer oppervlak door het toepassen van standaard tack blauwe blokjes tape, kleverige kant naar beneden. </li><li> Dice wafers in chips met behulp van een diamant getipt keramische blokjes zagen in de maten die geschikt zijn voor de specifieke UHV-STM instrument wordt gebruikt om HDL te voeren. Hier werden de monsters 8,1 mm x 8,1 mm vierkantjes. </li></ol></li><li> Na het dobbelen, bereiden chip voor het inbrengen in UHV-STM patroonvorming instrument door zachtjesschillen terug de blokjes tape, zorg ervoor dat u chip aan met elke nikkel-bevattende instrumenten die een ongunstige ondergrond wederopbouw na UHV prep in paragraaf 2 hierna zal opwekken. <ol><li> Clean chip door spoelen het voorvlak van 10 seconden elk met stromen aceton, isopropylalcohol, methanol en gedeïoniseerd water, respectievelijk terwijl het vastgrijpen van de zijden van het monster met polytetrafluorethyleen (PTFE) pincet. Tot slot droog met ultrapuur N2 of Ar, nog aangrijpend met Teflon pincet. </li><li> Mount sample chip STM monsterhouder met werkwijzen geschikt is voor de UHV-STM instrument te gebruiken voor HDL. <ol><li> Wanneer het apparaat in een nikkel-bevattende monsterhouder, snijd tantaal folie barrière strips (appx. 4 mm door monster hoogte) met behulp van titanium schaar. Ultrasone trillingen foliestrips gedurende 5 minuten elk in ultrazuiver aceton, isopropanol, methanol, en DI water resp. Droog met ultrapuur N 2 gas door gedeeltelijke dekking van een beker met aluminiumfolie en injecteering een N 2 mondstuk in de opening. Flow gas totdat alle vocht is verdampt. Met behulp van nikkelvrij pincet, vorm folie rond uiteinden van het monster vervolgens klem in monsterhouder om voor- en achterzijde van het monster te isoleren van monsterhouder. </li></ol></li><li> Na montage, plasma schoon monster en sample houder in zuurstofplasma koolstof vervuiling te verwijderen. 28 </li></ol></li></ol> 2. UHV Monstervoorbereiding <ol><li> Introduceer monster in UHV systeem via load-lock of een andere voorkeur UHV-veilige methode, zodat de UHV verwerking en HDL meestal kan blijven onder 1,3 x 10 -9 mbar (behalve voor stap 2.5.1.1 hieronder). </li><li> Ontgas O / N bij 650 ° C, een temperatuurcontrole met een pyrometer. Zorg ervoor dat de druk in de verbrandingskamer is binnen 25% van de achtergrond. In het hier beschreven geval typische achtergrond druk ongeveer 4,5 x 10 -10 mbar. </li><li> Ontgas wolfraam waterstofscheuren filament bij 1500 ° C gedurende 5 min.Activeer titanium sublimatie pompen indien mogelijk. </li><li> Voer sample &quot;Flash&quot; cyclus. <ol><li> Flash monster door verhitting tot 1250 ° C gedurende 20 sec, bewaking T met behulp van een pyrometer en 10 ° C / sec helling verwarmen. Neem niet meer dan een maximale druk van 7 x 10 -9 mbar. Cool door het verwijderen verwarmingsstroom in minder dan 5 seconden. </li><li> Rest monster bij 350 ° C gedurende 5 min. zodat de druk om te herstellen van de uitgangswaarde. Herhaal 3x. </li></ol></li><li> Voer sample passiveren. <ol><li> Stel monstertemperatuur tot 350 ° C onder toepassing van een pyrometer om de temperatuur te controleren. Introduceer 1,3 x 10 -6 mbar ultra-pure H 2 in prep kamer met lek ventiel. <ol><li> Zet een koude val aan het H 2 regel zeer dicht bij een lek klep in het systeem om H 2 verder te zuiveren. </li><li> Indien mogelijk pompsysteem met een hoge snelheid turbo pomp in plaats van een ionenpomp. Dit is dus de ionenpomp niet het monster uit zijn expo doet besmettensed de hoge druk en uitwerpen verontreinigingen. De pompen zijn terug in de normale toestand nadat de meeste van de waterstof is verwijderd en het monster is nog steeds warm (350 ° C). </li></ol></li><li> Schakel wolfraam waterstof kraken filament tot een temperatuur van 1.400 ° C gedurende 12 min, dan schakel filament en H2 gasstroom. Cool monster RT. </li></ol></li></ol> 3. Scanning Tunneling Microscopy en lithografie <ol><li> Transfer monster STM, en breng monster en STM-tip in tunneling bereik. Met behulp van een camera met een oplossend vermogen van meer dan 20 urn vlekgrootte, neem hoge-resolutie optische beeld van de tip-sample kruising. Rechtzetten en het formaat van het optische beeld, zodat het vertegenwoordigt een onvervormde weergave van de vaste merktekens. </li><li> Verwijder eventuele verlichting om het systeem thermische instabiliteiten verminderen. Bepaal de kwaliteit van het oppervlak. <ol><li> Met behulp van conventionele technieken STM met voorbeeld vooringenomenheid van -2,25 V en 200 Pa, het identificeren van de gevoellooser defecten op het oppervlak. </li><li> Als het oppervlak gebreken aanvaardbare niveaus, te verplaatsen naar de volgende stap. Maximaal aanvaardbare defect niveaus zijn als volgt: De bengelende obligaties van 1%; Si vakantie van 3%; verontreinigingen van 1%. </li></ol></li><li> Ontwerp HDL patronen worden geproduceerd, zowel experimentele patronen en grote (1 urn x 1 pm) SERP identificatie patronen. De SERP patronen moeten worden getrokken met een lange vector loodrecht op verwachte AFM snelle scan as, met behulp van een pitch van 15-20 nm. Fracture algemene patroon in fundamentele vormen om het pad gevolgd door de punt bij de toepassing van HDL omstandigheden 24 definiëren. </li><li> Met vector uitgangssignalen van de vorige stap uitvoeren HDL behulp FE modus lithografie voor grote oppervlakken met voorbeeld voorspanning van 7-9 V, stroom van 1 nA en 0,2 mC / cm en AP-modus lithografie kleine gebieden of de gebieden die Atoom randen . 24 <ol><li> Bepaal optimale AP-modus lithografie voorwaarden door performing HDL met verschillende aandoeningen met voorbeeld voorspanning varieert 3,5-4,5 V, stroom variërend van 2 tot 4 nA en lijn doseringen variërend van 2 tot 4 mC / cm. Kies voorwaarden die de smalste volledig depassivated lijn te produceren. </li></ol></li><li> Voer STM metrologie op gewenste HDL patroon gebieden door beeldvorming bij -2,25 V monster vooringenomenheid en 0,2 nA tunnelstroom. <ol><li> [Optioneel] uitvoeren foutcorrectie. Na STM metrologie, vergelijken depassivation patroon in de STM beelden met het gewenste patroon uit stap 3.5. Als er gebieden tonen onvoldoende vorming bungelende obligaties, herhaal de lithografie cyclus in die gebieden. </li></ol></li><li> Na het voltooien van STM HDL, los tip van het monster, en beweeg monster lock laden. </li><li> Vent en verwijder monster. Tijdens de vent met ultrapuur N 2, te beschermen monster door contact te brengen met inert, vlakke ondergrond zoals schone saffier. 29 Na de bescherming van het oppervlak, dicht kleppen elke pompen dan introduceren vent gas als quicKly mogelijk. Verwijder het monster uit het systeem. </li></ol> 4. Sample Transport <ol><li> Verwijder het monster uit de belasting slot. Laat sample uit sample houder, met inbegrip van het verwijderen van de folie barrière stukken indien mogelijk. Met PTFE (of Ti) pincet, verplaats monster transporter, waardoor voorzijde monster beschermde, probeert teststof in de atmosfeer te houden tot minder dan 10 min. </li><li> Installeer cover over monster en losjes monteren een steekproef onder druk transporter. Spoel met ultrapuur Ar gedurende 1 min. Niet evacueren systeem op elk punt, of het oppervlak schade kan ontstaan. 29 Ten slotte, seal monster transporter met een kleine positieve druk (~ 50-100 mbar) van Ar zodat het monster stabiel up blijft een maand. </li></ol> 5. Atomic Layer Deposition <ol><li> Controleer de ALD is bovenaan juiste depositietemperatuur (100 ° C). Verhoog langzaam het argon druk in de ALD kamer tot de atmosferische druk is bereikt. </li><li> Open ALD kamer. </li><li> Open sample transporter en snel overbrengen ALD kamer met een paar pincetten PTFE grijpen het monster op scherp sluit de ALD kamer en zuiveren onder toepassing van een stroom van argon bij een druk van &lt;2 x 10 -1 mbar gedurende 1 uur ontgassen de monster. Stel een proces tot 80 herhaalde cycli van ALD te voeren tot 2,8 nm van amorf titania groeien. <ol><li> Het gebruik van een ongemodificeerde commerciële ALD-systeem bij een monstertemperatuur van 100-150 ° C, met titaantetrachloride (TiCl4) en water (H2O) als voorlopers voeren afzetting reactanten bij een druk van 0,3 mbar en 0,8 mbar, met pulstijden van 0.1 sec en 0,05 sec, respectievelijk. 27 </li><li> Na elke gaspuls, spoelen van de reactor met Ar gedurende 60 sec bij 0,2 mbar tot minimale achtergrond afzetting zorgen vanwege fysisch gesorbeerde reactanten. Voor de maskers in dit werk worden 80 ALD cycli gebruikt om ongeveer 2,8 nm van amorf titania groeien bij 100 ° C. </li></ol&gt; </li><li> Langzaam vent ALD kamer met Ar gas en open. Herhaal stap 4.1 en 4.2 voor het vervoer monster. </li></ol> 6. Atomic Force Microscopy (AFM) <ol><li> Zorg voor een goede kalibratie van de AFM volgens het protocol van de fabrikant. Open monster vervoerder en verwijder voorzichtig monster met behulp van een pincet. </li><li> Na het verwijderen van transporter, stevig het monster in de AFM met behulp van een mechanische bevestiging werkwijze installeren zoals een klemsysteem indien mogelijk. Focus de AFM camera op het monster, en zoek de vaste markeringen op het monster oppervlak aan de AFM tip om het patroon op basis van de optische metrologie in stap 3.2 uit te lijnen. </li><li> Zorg ervoor dat de AFM instellingen zowel de hoogte en fase zal tonen en zet de scan grootte tussen 20 en 40 micrometer breed te zijn. Schakel de AFM tip op het monster. </li><li> Met behulp van de hoogte en fase informatie op de hoogste resolutie, scannen totdat de locator patronen regio zijn geïdentificeerd. Zoom in op het patroon reGion en zoek de regio waarin een beeld wordt gewenst. </li><li> Een foto van de gewenste gebieden met de juiste beeldkwaliteit en resolutie (gewoonlijk de hoogste). Zodra alle gewenste gebieden zijn gescand, los van de tip van het monster. Uitladen van het monster. Herhaal stap 4.1 en 4.2 voor het vervoer monster. </li></ol> 7. Reactive Ion Etching <ol><li> Chill capacitief gekoppeld RIE reactor tot -110 ° C, dan laadt het monster in zijn intro kamer en de pomp naar beneden tot 7,5 x 10 -6 mbar. <ol><li> Stabiliseer temperatuur gedurende 3 min. Draai het gas met stroomsnelheden van O 2 in 8 sccm (standaard kubieke centimeter per minuut) Ar bij 40 sccm en SF 6 bij 20 sccm. </li><li> Strike plasma met behulp van een 150 W RF ontlading, dan passen de gasstroom te etsen gedurende 1 minuut met behulp van SF 6 bij 52 SCCM en O 2 op 8 SCCM. Interactie van deze gassen met Si zal etsen met een snelheid van circa 20 nm / min. 30 </sup&gt; </li><li> Pomp vacuüm tot 7,5 x 10 -6 mbar. Vent RIE systeem. Herhaal stap 4.1 en 4.2 voor het vervoer monster. </li></ol></li></ol> 8. Scanning Electron Microscopy (SEM) <ol><li> SEM Sample Montage en introductie van het monster tot systeem. <ol><li> Plaats de niet-klevende monster te monteren in een gunstige locatie om het monster montage te vergemakkelijken. </li><li> Open monster vervoerder en verwijder voorzichtig monster met een pincet om het monster te grijpen door de randen en veilig te installeren in SEM mount, dan introduceren monster assemblage in SEM. </li><li> Vent open SEM kamer. Veilig te installeren monster montage aan de SEM monster podium. Pump beneden SEM kamer. </li></ol></li><li> Zoek de fiducials. <ol><li> Breng de vergroting om laagst mogelijke waarde. Selecteer de versnellende spanning en balk huidige instellingen die goede resolutie zou geven. Begin met de laagste acceptabele instellingen. Ga naar behoefte. </li><li> Schakel de elektronenbundel. Breng de algemene regiovan belang zijn voor aanbevolen werkafstand en eucentrische hoogte. </li><li> Lokaliseren en zich richten op fiducials in paragraaf 1.1 beschreven. Pas werkafstand als dat nodig is. Optimaliseer de focus, helderheid en contrast. </li></ol></li><li> Lokaliseren en het beeld van de patronen. <ol><li> Ten opzichte van de fiducials, zoekt u de patronen op basis van de optische metrologie van paragraaf 3.2 en de AFM metrologie van paragraaf 6. Om carbon depositie op patronen te minimaliseren, te optimaliseren nadruk nabije niet-essentiële functies. Eenmaal geoptimaliseerd, te verplaatsen naar de patronen en het verwerven van bovenaanzicht beelden en metingen. </li><li> Indien nodig, kantel het monster voor 3D-beelden en het patroon hoogtemetingen. Voor andere patronen, herhaal van 8.3 als nodig is. </li></ol></li><li> Voer SEM-systeem sluiten routine en afstappen monster / s, zoals voorgeschreven door de SEM fabrikant. Zet het monster weer in de transporter. </li><li> Herhaal de stappen 4.3 en 4.4 voor transport en opslag monster. Op dit moment, de monsters zijn robuust en kunnenworden opgeslagen voor onbepaalde tijd. Voer post-imaging analyseert indien nodig. </li></ol>

<ol><li>Yoffe, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-dimensional+systems%3A+quantum+size+effects+and+electronic+properties+of+semiconductor+microcrystallites+%28zero-dimensional+systems%29+and+some+quasi-two-dimensional+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+in+Phy%22%5BJournal%5D)">Low-dimensional systems: quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensional systems) and some quasi-two-dimensional systems.</a> Adv. in Phy. 42 (2), 173-262 (1993).</li>
<li>Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+Clusters%2C+Nanocrystals%2C+and+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Semiconductor Clusters, Nanocrystals, and Quantum Dots.</a> Science. 271 (5251), 933-937 (1996).</li>
<li>Craighead, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoelectromechanical+Systems%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Nanoelectromechanical Systems.</a> Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).</li>
<li>Dai, M. D., Kim, C. -W., Eom, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite+size+effect+on+nanomechanical+mass+detection%3A+the+role+of+surface+elasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Finite size effect on nanomechanical mass detection: the role of surface elasticity.</a> Nanotechnology. 22 (26), 265502(2011).</li>
<li>Personick, M., Mirkin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+sense+of+the+mayhem+behind+shape+control+in+the+synthesis+of+gold+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Making sense of the mayhem behind shape control in the synthesis of gold nanoparticles.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (C), 18238-18247 (2013).</li>
<li>Rothemund, P. W. K., Ekani-Nkodo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+Characterization+of+Programmable+DNA%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotubes.+J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Design and Characterization of Programmable DNA.</a> Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 26, 16344-16353 (2004).</li>
<li>Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon-based+molecular+nanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Silicon-based molecular nanotechnology.</a> Nanotechnology. 11 (2), 70-76 (2000).</li>
<li>Eigler, D. M., Schweizer, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positioning+single+atoms+with+a+scanning+tunnelling+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope.</a> Nature. 344, 524-526 (1990).</li>
<li>Heinrich, A. J., Lutz, C. P., Gupta, J. A., Eigler, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+cascades%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Molecular cascades.</a> Science. 298, 1381-1387 (2002).</li>
<li>Crommie, M. F., Lutz, C. P., Eigler, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Confinement+of+Electrons+to+Quantum+Corrals+on+a+Metal+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Confinement of Electrons to Quantum Corrals on a Metal Surface.</a> Science. 262 (5131), 218-220 (1993).</li>
<li>Shen, T. -C., Wang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic-Scale+Desorption+Through+Electronic+and+Vibrational+Excitation+Mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Atomic-Scale Desorption Through Electronic and Vibrational Excitation Mechanisms.</a> Science. 268, 1590-1592 (1995).</li>
<li>Randall, J. N., Lyding, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+precision+lithography+on+Si%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">Atomic precision lithography on Si.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 27 (6), 2764-2768 (2009).</li>
<li>Tong, X., Wolkow, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-induced+H+atom+desorption+patterns+created+with+a+scanning+tunneling+microscope%3A+Implications+for+controlled+atomic-scale+patterning+on+H-Si%28100%29%5BTitle%5D)+AND+%22Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Electron-induced H atom desorption patterns created with a scanning tunneling microscope: Implications for controlled atomic-scale patterning on H-Si(100).</a> Surf. Sci. 600 (16), L199-L203 (2006).</li>
<li>Hitosugi, T., Hashizume, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+Tunneling+Spectroscopy+of+Dangling-Bond+Wires+Fabricated+on+the+Si%28100%29-2x1-H+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22Jap.+J.+App.+Phys%2C+Pt+2+2%22%5BJournal%5D)">Scanning Tunneling Spectroscopy of Dangling-Bond Wires Fabricated on the Si(100)-2x1-H Surface.</a> Jap. J. App. Phys, Pt 2 2. 36 (3B), L361-L364 (1997).</li>
<li>Bird, C. F., Fisher, A. J., Bowler, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soliton+effects+in+dangling-bond+wires+on+Si%28001%29%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev+B%22%5BJournal%5D)">Soliton effects in dangling-bond wires on Si(001).</a> Phys. Rev B. 68, 115318(2003).</li>
<li>Wolkow, R. A., Livadaru, L., et al. Beyond-CMOS Electronics. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://arxiv.org/abs/1310.4148">http://arxiv.org/abs/1310.4148</a> 1-28 (2013).</li>
<li>Lyding, J. W., Shen, T. -C., Hubacek, J. S., Tucker, J. R., Abeln, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+patterning+and+oxidation+of+H-passivated+Si%28100%29-2%C3%971+surfaces+with+an+ultrahigh+vacuum+scanning+tunneling+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22App.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanoscale patterning and oxidation of H-passivated Si(100)-2×1 surfaces with an ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope.</a> App. Phys. Lett. 64 (15), 2010-2012 (1994).</li>
<li>Lyding, J. W., Shen, T. -C., Abeln, G. C., Wang, C., Tucker, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+patterning+and+selective+chemistry+of+silicon+surfaces+by+ultrahigh-vacuum+scanning+tunneling+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Nanoscale patterning and selective chemistry of silicon surfaces by ultrahigh-vacuum scanning tunneling microscopy.</a> Nanotechnology. 7, 128-133 (1996).</li>
<li>Owen, J. H. G., Ballard, J., Randall, J. N., Alexander, J., Von Ehr, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterned+Atomic+Layer+Epitaxy+of+Si+%2F+Si%28001%29%3AH%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">Patterned Atomic Layer Epitaxy of Si / Si(001):H.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F201(2011).</li>
<li>Goh, K. E. J., Chen, S., Xu, H., Ballard, J., Randall, J. N., Ehr, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Von+Using+patterned+H-resist+for+controlled+three-dimensional+growth+of+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22App.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Von Using patterned H-resist for controlled three-dimensional growth of nanostructures.</a> App. Phys. Lett. 98 (16), 163102(2011).</li>
<li>Ye, W., Peña Martin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+writing+of+sub-5+nm+hafnium+diboride+metallic+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Direct writing of sub-5 nm hafnium diboride metallic nanostructures.</a> ACS Nano. 4 (11), 6818-6824 (2010).</li>
<li>Brien, J. L., Schofield, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+tunnelling+microscope+fabrication+of+arrays+of+phosphorus+atom+qubits+for+a+silicon+quantum+computer%5BTitle%5D)+AND+%22Smart%22%5BJournal%5D)">Scanning tunnelling microscope fabrication of arrays of phosphorus atom qubits for a silicon quantum computer.</a> Smart. 11 (5), 741-748 (2002).</li>
<li>Van Oven, J. C., Berwald, F., Berggren, K. K., Kruit, P., Hagen, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-beam-induced+deposition+of+3-nm-half-pitch+patterns+on+bulk+Si%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">Electron-beam-induced deposition of 3-nm-half-pitch patterns on bulk Si.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F305(2011).</li>
<li>Ballard, J. B., Sisson, T. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimode+hydrogen+depassivation+lithography%3A+A+method+for+optimizing+atomically+precise+write+times%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">Multimode hydrogen depassivation lithography: A method for optimizing atomically precise write times.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 31 (6), 06FC01(2013).</li>
<li>Randall, J. N., Ballard, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+precision+patterning+on+Si%3A+An+opportunity+for+a+digitized+process%5BTitle%5D)+AND+%22Microelec.+Eng%22%5BJournal%5D)">Atomic precision patterning on Si: An opportunity for a digitized process.</a> Microelec. Eng. 87 (5-8), 955-958 (2010).</li>
<li>Perrine, K. A., Teplyakov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactivity+of+selectively+terminated+single+crystal+silicon+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">Reactivity of selectively terminated single crystal silicon surfaces.</a> Chem. Soc. Rev. 39 (8), 3256-3274 (2010).</li>
<li>McDonnell, S., Longo, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+Atomic+Layer+Deposition+of+Titanium+Dioxide+on+Silicon%3A+Dependence+on+Surface+Termination%5BTitle%5D)+AND+%22The+J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Controlling the Atomic Layer Deposition of Titanium Dioxide on Silicon: Dependence on Surface Termination.</a> The J. Phys. Chem. C. 117 (39), 20250-20259 (2013).</li>
<li>Kane, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+cleaning+of+metal+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Tech%22%5BJournal%5D)">Plasma cleaning of metal surfaces.</a> J. Vac. Sci. Tech. 11 (3), 567(1974).</li>
<li>Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W., Thompson, D. S., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic-level+study+of+the+robustness+of+the+Si%28100%29-2%C3%971%3AH+surface+following+exposure+to+ambient+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22App.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Atomic-level study of the robustness of the Si(100)-2×1:H surface following exposure to ambient conditions.</a> App. Phys. Lett. 78 (7), 886-888 (2001).</li>
<li>Agostino, R., Flamm, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasma+etching+of+Si+and+SiO2+in+SF6%E2%80%93O2+mixtures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+App.+Phys%22%5BJournal%5D)">Plasma etching of Si and SiO2 in SF6–O2 mixtures.</a> J. App. Phys. 52 (1), 162(1981).</li>
<li>Longo, R. C., McDonnell, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selectivity+of+metal+oxide+atomic+layer+deposition+on+hydrogen+terminated+and+oxidized+Si%28001%29-%282%C3%971%29+surface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">Selectivity of metal oxide atomic layer deposition on hydrogen terminated and oxidized Si(001)-(2×1) surface.</a> J. Vac. Sci Tech. B. 32 (3), 03D112(2014).</li>
<li>Ruess, F. J., Oberbeck, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+etched+registration+markers+to+make+four-terminal+electrical+contacts+to+STM-patterned+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">The use of etched registration markers to make four-terminal electrical contacts to STM-patterned nanostructures.</a> Nanotechnology. 16 (10), 2446-2449 (2005).</li>
<li>Ruess, F. J., Pok, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+Atomically+Controlled+Dopant+Devices+in+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Realization of Atomically Controlled Dopant Devices in Silicon.</a> Small. 3 (4), 563-567 (2007).</li>
<li>Li, K., Namboodiri, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+formation+of+atomic+step+morphology+on+micropatterned+Si+%28100%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Tech.+B%22%5BJournal%5D)">Controlled formation of atomic step morphology on micropatterned Si (100).</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (4), 041806(2011).</li>
<li>Ballard, J. B., Owen, J. H. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pattern+transfer+of+hydrogen+depassivation+lithography+patterns+into+silicon+with+atomically+traceable+placement+and+size+control%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+and+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Pattern transfer of hydrogen depassivation lithography patterns into silicon with atomically traceable placement and size control.</a> Journal of Vacuum Science and Technology B. 32 (4), 041804(2014).</li>
<li>Gusev, E. P., Cabral, C. Jr, Copel, M., D’Emic, C., Gribelyuk, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((U+ltrathin+HfO+2+films+grown+on+silicon+by+atomic+layer+deposition+for+advanced+gate+dielectrics+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">U ltrathin HfO 2 films grown on silicon by atomic layer deposition for advanced gate dielectrics applications.</a> Microelectronic Engineering. 69, 145-151 (2003).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het uitvoeren metrologie van de hierboven beschreven nanostructuren vereist het vermogen om de tip positionering tijdens HDL en patroonlocatie op andere instrumenten zoals AFM en SEM overbruggen. In tegenstelling tot andere goed ontwikkelde patroon gereedschappen met hoge resolutie voor positiecodering zoals elektronenbundel lithografie, de HDL hier uitgevoerd werd met een STM niet goed onder controle grove positionering, zodat extra positie identificatieprotocollen werden gebruikt, zoals getoond in figuur 3</st...

Nanotechnologie belangrijker in diverse arena, het begrijpen van de structuur gevormd steeds belangrijker, met name in gebieden van lithografie en elektronica. Om het belang te benadrukken van metrologie op nanoschaal, specifiek op schalen onder de 10 nm, dient te worden opgemerkt dat een variatie in functie grootte van slechts 1 nm wijst op een fractionele variatie ten minste 10%. Deze variatie kan aanzienlijke gevolgen hebben voor de prestaties van het apparaat en het materiaal karakter 1,2 hebben -. 4 Gebruik synthetische methoden, kan heel precies gevormd individuele kenmerken, zoals quantum dots of andere complexe moleculen worden vervaardigd, 2,5,6 maar meestal ontbreekt dezelfde nauwkeurigheid in functie plaatsing en oriëntatie, ondanks het werk dat naar het verbeteren van de grootte en plaatsing controle. Dit document toont een benadering voor het vervaardigen van nanostructuren met vrijwel atoomgrootte precisie en Atoom in functie plaatsing enmet atomaire metrologie in functie plaatsing. De atomaire precisie van Scanning Tunneling Microscope (STM) geïnduceerde waterstof Depassivation Lithography (HDL) zijn atomair precieze patronen met chemisch gevoelige contrast gevormd op een oppervlak. Selectieve Atomic Layer Deposition (ALD) zijn dan een harde oxidemateriaal in de gevormde gebieden met Reactive Ion Etching (RIE) uiteindelijk het overbrengen van het patroon in het bulkmateriaal, zoals schematisch getoond in figuur 1. De combinatie van de zeer precieze HDL werkwijze de norm ALD en RIE processen resulteert in een flexibele manier om nanostructuren te produceren op een oppervlak met willekeurige vorm en positionering. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/52900/52900fig1.jpg" /> Figuur 1. Primaire Nanofabrication processtappen. Als voorbeeld, 200 nm x 200 nm vierkant weergegeven. Elke omcirkelde pijl markeert een stap van weersinvloeden en tERVOER tussen sites. Na UHV sample prep, wordt het monster patroon met UHV HDL gevolgd door STM metrologie (linksboven). ALD wordt vervolgens uitgevoerd, gevolgd door AFM metrologie (rechts). RIE draagt ​​de patronen in de Si (100), gevolgd door de SEM metrologie (linksonder). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52900/52900fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> De meest nauwkeurige lithografie actuele omvat gewoonlijk gescande probetechnieken specifiek STM-gebaseerde patronen waarbij atomaire resolutie patroon en functionalisering is aangetoond voor vele toepassingen. 7 Eerder heeft atom manipulatie geproduceerd nanostructuren met ongekende nauwkeurigheid door individuele atomen als bouwstenen, 8 , 9,10 maar de vereiste cryogene omstandigheden en dus nanostructuren ontbrak lange termijn robuustheid. RT atoom manipulatie door verwijdering van waterstofatomen van het oppervlak is getoond, specifically HDL. 11,12,13 HDL belooft nieuwe klassen van elektronische en andere componenten op basis ruimtelijke lokalisatie van contrast oppervlak mogelijk. Met HDL ongewijzigde verschillende architecturen apparaat mogelijk inclusief bungelende binding draden of logische bouwstenen. 14,15,16 Naast het leveren van elektrische contrast, HDL kan chemische contrast op het oppervlak waar de passiverende laag H is verwijderd voeren, inderdaad een sjabloon voor verdere chemische modificatie. Deze chemische modificatie is aangetoond op silicium en andere oppervlakken, met selectiviteit voor depositie van metalen, isolatoren 17, 18 en zelfs halfgeleiders. 16,19 Elk van deze voorbeelden produceert twee dimensionale structuren, zodat andere verwerkingsstappen worden gebruikt om waar zij drie dimensionale structuren met de atomair opgelost controle beloofd door HDL. Eerder heeft dit vereiste herhaalde patronen, 19,20,21 gloeien, 22 </sup&gt; of minder goed opgelost processen zoals tip-gebaseerde e-beam geïnduceerde depositie. 23 Vergelijkbaar met elektronenbundel lithografie, HDL gebruikt een gelokaliseerde stroom van elektronen bloot een resist. Verschillende gelijkenissen bestaan, zoals het vermogen om multi-mode lithografie voeren met variabele spotgrootte en patroonvorming efficiency. 24 De ware kracht van HDL voort uit hoe het verschilt van e-beam lithografie. Ten eerste, de resist in HDL is een monolaag van atomaire waterstof zodat weerstaan ​​blootstelling wordt een digitaal proces; de resist atoom of wel of niet aanwezig is. 25 Aangezien het H-atoom plaatsing overeenkomt met de onderliggende Si (100) rooster HDL proces kan een atomair nauwkeurig proces, hoewel moet worden opgemerkt dat in dit document het HDL heeft nanometer precisie in tegenstelling tot het hebben van atomaire perfectie en is dus niet digitaal in dit geval. Aangezien de elektronenbron HDL zich lokaal op het oppervlak de verschillende wijzen van STM te vergemakkelijken beidenthroughput optimalisatie evenals foutcontrole. Bij tip-sample vooroordelen hieronder ~ 4,5 V, kan lithografie worden uitgevoerd op het enkel atoom niveau met atomaire precisie, bekend als atomair Precise mode (AP-modus). In tegenstelling, op vooroordelen boven ~ 7 V, elektronen worden rechtstreeks uitgezonden vanuit de tip om het monster met brede lijnbreedten en hoge depassivation efficiëntie, hier bekend als Field Emission mode (FE-modus). HDL doorvoersnelheden kan vervolgens worden geoptimaliseerd door zorgvuldige combinatie van beide modes, hoewel de totale doorvoersnelheid klein blijven ten opzichte van e-beam lithografie met patroonvorming tot 1 um 2 / minuut mogelijk. Wanneer de voorspanning is omgekeerd, zodat het monster wordt bij ~ -2,25 V, elektronen tunnel van het monster naar de punt met extreem lage depassivation efficiency, waardoor aldus inspectie van de atomaire structuur van het oppervlak zowel voor foutcorrectie en atomaire schaal metrologie . Dit nanostructuur fabricageproces figuur 1 </strong&gt; begint met een UHV-HDL stap, zoals hierboven beschreven. Na HDL wordt het monster afblazen, waarna de gevormde gebieden wordt verzadigd met water, vormen van een dunne (bijvoorbeeld ~ 1 monolaag) SiO 2 lagen. 26 Na het transport, het monster in een ALD kamer voor depositie van ingevoegd titaniumoxide (TiO 2), met een dikte ongeveer 2-3 nm here gedeponeerd, zoals gemeten met AFM en XPS. 27 Aangezien de titania reactie hangt af van een water verzadiging van het oppervlak, dit proces kan ondanks atmosfeer belichting waarbij het ​​oppervlak verzadigd met water . Vervolgens de ALD maskerpatroon overbrengen in de bulk van het monster werd geëtst met behulp RIE zodat 20 nm Si wordt verwijderd, met de etsdiepte bepaald door AFM en SEM. Om metrologie stappen vergemakkelijken wordt een Si (100) wafer patroon met een rooster van lijnen die zijn ontworpen zichtbaar na UHV bereiding door een lange werkafstand optische microscoop, AFM bovenaanzicht optische beeldvorming enlage vergroting bovenaanzicht SEM beeldvorming. Om u te helpen identificeren van de nanoschaal structuren, zijn 1 micrometer 2 serpentine patronen (SERP) patroon op de monsters met de meest geïsoleerde nanopatronen zich op vaste locaties ten opzichte van de SERPs. Deze combinatie van HDL, selectieve ALD en RIE kan een belangrijk proces voor nanostructuur vervaardiging, en omvat een atomaire schaal metrologie als een natuurlijk bijproduct van het proces. Hieronder wij een gedetailleerde beschrijving van de stappen die tot sub-10 nm nanostructuren fabriceren Si (100) via HDL, selectieve ALD en RIE. Aangenomen wordt dat men bedreven in elk van deze processen, maar informatie zal worden opgenomen in verband met hoe de verschillende processen. Bijzondere aandacht zal worden gegeven aan die onverwachte moeilijkheden ervaren door de auteurs om dezelfde moeilijkheden te voorkomen, in het bijzonder met betrekking tot vervoer en metrologie.

<table><tbody><tr><td>Si Wafer</td><td>VA Semiconductor</td><td></td><td>P type (Boron) Si&lt;100> &#177; 2 degrees, 280 mm &#177; 25 mm dik, 0.01-0.02 ohm-cm</td></tr><tr><td>Ta folie</td><td>Alfa Aesar</td><td>335</td><td>0.025&nbsp;mm (0.001&nbsp;in) dik, 99.997% (metalen basis)</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Alfa Aesar</td><td>19393</td><td>Semiconductor Grade, 99.9%</td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Alfa Aesar</td><td>19397</td><td>Semiconductor Grade, 99.5%</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Alfa Aesar</td><td>19392</td><td>Semiconductor Grade, 99.5%</td></tr><tr><td>Argon</td><td>Praxair</td><td></td><td>Ultra hoge zuiverheid (graad 5.0)</td></tr><tr><td>De-ionized water</td><td>Millipore</td><td>Milli-Q Water Purification System</td><td>>18 MW weerstand water geproduceerd op aanvraag.</td></tr><tr><td>TiCl4</td><td>Sigma Aldrigh</td><td>254312</td><td>&ge;99.995% sporenmetalen basis</td></tr><tr><td>O2</td><td>Matheson</td><td>G2182101</td><td>Research Grade</td></tr><tr><td>SF6</td><td>Matheson</td><td>G2658922</td><td>Ultra hoge zuiverheid (graad 4.7)</td></tr><tr><td>Blue Medium Tack Roll</td><td>Semiconductor Equipment Corporation</td><td>18074</td><td>Dikte 75 &#956;m / 0.003&rdquo;&nbsp; Lengte 200 M / 660&rsquo;&nbsp;</td></tr></tbody></table>

atomair traceerbaar nanostructuur fabrication

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Het verkleinen van de schaal van geëtste nanostructuren onder de 10 nm-bereik zal uiteindelijk een atomair schaalbegrip van het gehele fabricageproces dat wordt gebruikt, vereisen om een uiterst nauwkeurige controle over zowel de kenmerkenomvang als de kenmerkendichtheid te behouden. Hier demonstreren we een methode voor het volgen van atomaal opgeloste en gecontroleerde structuren vanaf de initiële sjabloondefinitie tot de uiteindelijke nanostructuurmetrologie, waardoor een weg wordt geopend voor top-down atomaire controle over nanofabricage. Waterstofdepassivatie litografie is de eerste stap van het nanoschaal fabricageproces, gevolgd door selectieve atomaire laagdeposities van maximaal 2,8 nm van titania om een nanoschaal etsmasker te maken. Het contrast met de achtergrond wordt getoond, wat duidt op verschillende mechanismen voor groei op de gewenste patronen en op de H-gepassiveerde achtergrond. De patronen worden vervolgens overgebracht naar de bulk met behulp van reactieve ionen etsen om 20 nm hoge nanostructuren te vormen met lijnbreedtes tot ~6 nm. Om de beperkingen van dit proces te illustreren, worden arrays van gaten en lijnen gefabriceerd. De verschillende nanofabricage processtappen worden op verschillende locaties uitgevoerd, dus procesintegratie wordt besproken. Gerelateerde problemen worden besproken, waaronder het gebruik van fiducial markeringen voor het vinden van nanostructuren op een macroscopisch monster en het beschermen van het chemisch reactieve gepatroneerde Si(100)-H oppervlak tegen degradatie door blootstelling aan de atmosfeer.

In de hier beschreven gevallen wordt HDL uitgevoerd met behulp van multi-mode lithografie. 24 In de FE-modus, uitgevoerd met 8 V sample bias, 1 nA, en 0,2 mC / cm (gelijk aan 50 nm / s tip snelheid), de punt beweegt over het oppervlak ofwel parallel of loodrecht op de Si rooster, het produceren van lijnen van depassivation. Hoewel deze lineshape zeer tip afhankelijk van het geval, de volledig depassivated gedeelte van de lijnen ongeveer 6 nm breed, met staarten van gedeeltelijke depassivation uitstrekkende no...

We rapporteren een protocol voor het combineren van de atomaire metrologie van de Scanning Tunneling Microscope voor oppervlaktemodellering met selectieve Atomic Layer Deposition en Reactieve Ionen Etching. Met behulp van een robuust proces dat talrijke atmosferische blootstellingen en transport omvat, worden 3D nanostructuren met atomaire metrologie vervaardigd.

Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Het algemene doel van het volgende experiment is het vervaardigen van silicium nanostructuren met traceerbaarheid tot op het atoomrooster door middel van directe groei van een metaaloxide-etsmasker en reactieve ionenetsing. De uiteindelijke precisie van deze procedure omvat het verwijderen van exacte gebieden van een waterstofpassiveringslaag op een siliciumchip met behulp van een scanning tunneling microscooppunt; als tweede stap wordt het gepatronde oppervlak blootgesteld aan een atoomlaagdepositieproces dat selectief titaandioxide deponeert, wat fungeert als masker tegen reactieve ionenetsing. Vervolgens wordt reactieve ionenetsing uitgevoerd om silicium van het oppervlak te verwijderen in alle gebieden, behalve die welke eerder waren gepatrond.De resultaten tonen het vermogen aan om structuren met een hoogte tot 20 nanometer te vervaardigen, met kritieke dimensies ruim onder de 10 nanometers. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van meer conventionele methoden zoals e-beam- of optische lithografie, is dat de initiële metrologische stappen in de STM informatie op atomaire schaal verschaffen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in de nanotechnologie, zoals wat de precieze interacties zijn tussen nanostructuren die op zeer nauwkeurig gedefinieerde posities ten opzichte van elkaar zijn geplaatst?Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode problemen ondervinden, omdat er zoveel stappen zijn en talloze mogelijkheden om het monster te beschadigen. We hebben daarom eerst aan deze methode gedacht toen we probeerden de dikte van siliciumdioxide-etsmaskers te maximaliseren, die we op silicium schreven met een AFM- en een STM-tip in een oxiderende atmosfeer. Door waterstoflithografie te combineren met atoomlaagdepositie waren we echter in staat om een vergelijkbare controle over het oppervlak te verkrijgen, terwijl we feitelijk een grotere vrijheidsgraad in de groeirichting behaalden.Een visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, aangezien de stappen voor overdracht en patroonlokalisatie moeilijk aan te leren zijn omdat elke persoon de eigen stappen correct moet uitvoeren en in staat moet zijn om instructies voor positiebepaling te begrijpen. Begin met het voorbereiden en monteren van een silicium 1 0 0 chip met fiduciale markeringen in de monsterhouder van een scanning tunneling microscoop, en voer een flash-cyclus en passivering uit zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Plaats vervolgens het monster in de scanning tunneling microscoop en breng het monster en de tip in het tunnelingbereik.Gebruik een camera met een oplossend vermogen dat beter is dan een spotgrootte van 20 micron om een optische afbeelding met hoge resolutie van een tip-monster-verbinding te maken; corrigeer de scheefstand (deskew) en schaal de optische afbeelding zodig dat deze een onvervormde weergave is van de referentiemarkeringen met de waargenomen tip locatie. Ontwerp vervolgens de te produceren HDL-patronen, inclusief zowel de experimentele patronen als de serpentijnvormige identificatiepatronen. Verdeel de algemene patronen in fundamentele vormen om de basisvectoren te definiëren die door de tip zullen worden gevolgd.Gebruik bij het toepassen van de HDL-condities in AP-modus en FE-modus de roosterinformatie van het siliciumoppervlak. Om het uiteindelijke tip pad te bepalen, wordt voor kleine gebieden of gebieden die atomaire precisie van de randen vereisen, atomaire precieze HDL gebruikt, ook wel bekend als AP-modus lithografie, op basis van de vectoroutputs uit de vorige stap. Voer HDL uit met behulp van veldemissie-modus lithografie voor grote gebieden met een sample bias van 7 tot 9 V, een stroom van 1 nA en 0,2 mklos per cm.Voer vervolgens scanning tunneling microscope-metrologie uit op de gewenste HDL-gepatroneerde gebieden door beelden op te nemen met een samplebias van -2,25 volt en een tunnelingstroom van 0,2 nano amp. Koppel daarna de tip los van het monster en verplaats het monster terug naar de load lock. Bescherm het monster door het in contact te brengen met een inert vlak substraat, zoals schoon saffier; sluit na de bescherming de kleppen van alle pompen en laat vervolgens zo snel mogelijk stikstofgas in de kamer stromen.Wanneer de kamer is ontlucht, verwijdert u het monster uit het systeem. Hier ziet u een close-up van de afscherming van het monster waarbij polytetrafluoroethyleen of titanium pincetten worden gebruikt. Verplaats het monster snel naar de transporteur, waarbij de voorzijde van het monster beschermd blijft.Plaats de afdekking over het monster en assembleer de onder druk staande monstertransporter losjes. Spoel de transporter gedurende één minuut met ultrapuur argon en sluit de monstertransporter vervolgens af met een kleine positieve overdruk argon. Voer deze stappen uit tussen elke stap in het proces onder deze conditie om het monster te beschermen.Het monster blijft tot een maand stabiel. Verwarm de kamer voor atoomlaagdepositie voor tot 100 °C. Open vervolgens de monstertransporteur en gebruik roestvrijstalen, vrije pincetten om het monster snel over te brengen naar de depositiekamer.Noteer de positie en oriëntatie van de chip van het monster en de controlechip. Sluit de kamer en spoel deze gedurende één uur met een stroom argon bij een druk van minder dan 0,2 millibar. Voer vervolgens 80 herhaalde cycli van atomic layer deposition uit om een 2,8 nanometer dikke laag amorf titania op het monster te laten groeien, volgens het recept dat beschreven staat in het bijbehorende tekstprotocol.Zodra dit voltooid is, plaatst u het monster snel terug in de transporter en spoelt u deze met argon. Nadat het monster veilig uit de transporter is verwijderd, installeert u het in het AFM-systeem met behulp van een mechanische bevestigingsmethode, zoals een klemmechanisme of een vacuümplaat. Focus de AFM-camera op het monster en lokaliseer de referentiemarkeringen op het monsteroppervlak om de AFM-tip uit te lijnen met het gebied waar de nanopatronen zich naar verwachting bevinden.Scan het monster met behulp van de hoogte- en fase-informatie bij de hoogste resolutie totdat de regio's van het locatorpatroon zijn geïdentificeerd. Maak vervolgens een afbeelding van de gewenste regio's met de hoogste beschikbare beeldkwaliteit en resolutie. Zodra het gebied van belang is gefotografeerd, wordt het monster verwijderd en teruggeplaatst in de transporter onder argongas.Koel tijdens de voorbereiding voor reactief ionenetsen de reactor van de capacitief gekoppelde reactieve ionenetcher af tot -110 °C. Verwijder vervolgens het monster uit de transporteur en plaats het monster en eventuele controlechips in de inductiekamer. Gebruik geleidende pasta en pomp de kamer af tot 7,5 × 10⁻⁶ mbar.Stabiliseer het systeem gedurende drie minuten en laat vervolgens zuurstof stromen met een debiet van 8 standaard kubieke centimeter per minuut. Het argon met 40 standaard kubieke centimeter per minuut en het zwavelhexafluoride met 20 standaard kubieke centimeter per minuut. Ontsteek het plasma met een RF-ontlading van 150 watt.Pas vervolgens de gasstroom aan en ets gedurende één minuut met debieten van 52 standard cubic centimeters per minute voor zwavelhexafluoride en acht standards cubic centimeters per minute voor zuurstof na reactieve ionenetsing. Plaats het monster onder argongas terug in de transporteur. Open de monstertransporteur en installeer het monster stevig op de SEM-houder.Plaats vervolgens de monsterhouder in de SEM, pomp de kamer vacuüm en lokaliseer daarna de referentiemarkeringen om erop in te focussen. Pas de werkafstand indien nodig aan en optimaliseer de focus, de helderheid en het contrast om koolstofafzetting op de patronen te minimaliseren. Optimaliseer de focus met behulp van nabijgelegen niet-essentiële kenmerken.Zodra de optimalisatie is voltooid, wordt de geschatte locatie van het patroon op het monster bepaald. Navigeer vervolgens naar de patronen om beelden in bovenaanzicht en metingen te verkrijgen. Voer daarna de gebruikelijke afsluitprocedure van het SEM-systeem uit en demonteer het monster volgens de voorschriften van de SEM-fabrikant.Plaats het monster onder argon terug in de transporter. Op dit punt zijn de monsters stabiel en kunnen ze voor een onbepaalde tijd worden bewaard. Hier worden representatieve scanning tunneling microscoop-afbeeldingen getoond van HDL-patronen die uitsluitend met behulp van de AP-modus zijn gemaakt.Een combinatie van AP- en veldemissie-modi, waarbij de AP-modus werd gebruikt om elke rand te schrijven en de veldemissie-modus alleen, om zo de beste maskproductie te bereiken. Met behulp van AP HDL-patronen moet een hoge mate van selectiviteit mogelijk zijn met behulp van atoomkrachtmicroscopie. De hoogte van het titaniumoxide dat op de patroonregio's werd afgezet, werd vergeleken met de depositie op achtergrondregio's.Dit monster vertoonde een incubatie van ongeveer 20 cycli voor de hoogste achtergrondgroei. Hier worden twee slangvormige patronen geschreven met een pitch van 10 nanometers met gebruik van FE-modus HDL. Door de patronen 90 graden ten opzichte van elkaar te draaien, wordt er een raster gecreëerd.Hetzelfde patroon wordt hier getoond met behulp van een FM na de maskedepositie van 2,8 nanometers titaniumoxide. Vanwege tipconvolutie-effecten zijn de openingen in het patroon moeilijk te onderscheiden. Na reactief-ion-etsen werd ongeveer 60% van de gewenste openingen overgebracht naar het substraat, wat aangeeft dat deze patroongrootte en -dichtheid ongeveer de limiet is voor effectieve nanofabricage met uitsluitend FE-modus HDL zodra deze is beheerst.Deze techniek kan in ongeveer drie dagen worden uitgevoerd indien correct uitgevoerd, waarbij het grootste deel van de tijd wordt besteed aan monstervoorbereiding in ultrahoog vacuüm en het transport tussen locaties indien nodig. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de monsters schoon te houden en de achtergrondbescherming na deze procedure te waarborgen. Andere technieken, zoals nano-imprintlithografie, kunnen worden gebruikt om de nanofabricagecapaciteiten van deze techniek op te schalen.Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe u monsters zorgvuldig moet hanteren om structuren op nanometerschaal te vervaardigen. Voorzorgsmaatregelen, zoals gasverdunning, moeten altijd worden toegepast bij het uitvoeren van dit proces. Anders kan er schade aan de LD-pompsystemen ontstaan.

atomically-traceable-nanostructure-fabrication

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We presenteren methoden voor de productie van een patroon microstructuren van verticaal uitgelijnde koolstof nanobuisjes (CNTs), en hun gebruik als master mallen voor de productie van polymeer microstructuren met georganiseerde nanoschaal oppervlaktestructuur. De CNT bossen verdicht door condensatie van oplosmiddel op het substraat, die aanzienlijk verhoogt de pakkingsdichtheid en maakt zelfsturend vorming van 3D-vormen.

Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

Femtoseconde-laser direct-writing wordt vaak gebruikt om drie-dimensionale (3D) patronen te creëren in polymeren en glazen. Echter, patronen metalen in 3D blijft een uitdaging. We beschrijven een werkwijze voor het vervaardigen zilver nanostructuren ingesloten in een polymere matrix met een femtosecondelaser gecentreerd bij 800 nm.

Een methode om Disconnected Silver Nanostructuren Vervaardig in 3D

De fabricage van elektrisch adresseerbare, high-aspect-ratio (&gt; 1000:1) metalen nanodraden gescheiden door spleten van enkele nanometers behulp van opofferende lagen aluminium en zilver of zelf-geassembleerde monolaag zoals templates wordt beschreven. Deze nanogap structuren zijn vervaardigd zonder clean room of een foto-of electron-beam lithografische processen door een vorm van edge lithografie bekend als nanoskiving.

Fabriceren Nanogaps door Nanoskiving

We rapporteren een eenvoudige methode voor het vervaardigen van een ultrahoge dichtheid reeks van verticaal besteld klein-moleculaire biologische nanodraden. Deze methode maakt het mogelijk voor de synthese van complexe heterostructured hybride nanodraad geometrieën, die goedkoop kunnen worden gekweekt op willekeurige substraten. Deze structuren hebben potentiële toepassingen in organische elektronica, opto-elektronica, chemische sensing, fotovoltaïsche en spintronica.

Ultrahoge dichtheid Array of verticaal uitgelijnd klein-moleculaire biologische Nanodraden inzake willekeurige Substrates

Oxidenanostructuren bieden nieuwe kansen voor wetenschap en technologie. De interfaciale geleidbaarheid tussen LaAlO3 en SrTiO3 kan met nagenoeg atomaire precisie worden geregeld met behulp van een geleider atomic force microscopy techniek. Het protocol voor het creëren en meten van geleidende nanostructuren op LaAlO3/SrTiO3 interfaces wordt gedemonstreerd.

Schrijven en lage temperatuur karakterisering van nanostructuren

Intercellulaire communicatie kritisch om diverse fysiologische activiteiten binnen en buiten de cel. Dit document beschrijft een protocol voor het meten van de ruimtelijke en temporele karakter van enkele cel afscheidingen. Om dit te bereiken, is een multidisciplinaire aanpak waarin label-free nanoplasmonic sensing met live-cell imaging integreert.

A-Label gratis Techniek voor de ruimte en tijd Imaging van Single Cell afscheiding

Een protocol voor het produceren van een groot gebied van nanogepatterreerde substraten uit kleine nanogepatterreerde mallen voor studie van nanotopografische modulatie van celgedrag wordt gepresenteerd.

Uitbreiding van nanopatterned Substrates met steek Techniek voor Nanotopographical Modulation of Cell Behavior

Een protocol voor het ontwerp en de fabricage van een nieuw-nanopillar gebaseerde split ring resonator (SRR) wordt gepresenteerd.

Fabricage van Nanopillar-Based Split Ring Resonators voor Displacement Current gemedieerde resonanties in Terahertz Metamaterials

Het artikel beoogt de invoering van een standaard en betrouwbare fabricage-procedure voor de ontwikkeling van toekomstige lage dimensionale nano-elektronica.

Een standaard en betrouwbare methode om te fabriceren tweedimensionale nano-elektronica

Gepresenteerd is een eenvoudige methode om het fabriceren van nano-micro multiscale structuren, voor functionele oppervlakken, door samenvoeging van nanofibers die zijn vervaardigd met behulp van een filter anodic aluminium oxide.

Multiscale structuren samengevoegd door ingeprinte Nanofibers voor functionele oppervlakken

Hier beschrijven we een protocol om discrete en nauwkeurige anorganische nanostructuren op substraten te maken met behulp van DNA-origami vormen als leidende templates. De methode wordt aangetoond door het creëren van plasmonic gouden bowtie-vormige antennes op een transparante ondergrond (Sapphire).

DNA origami-gemedieerde substraat nano-Atterning van anorganische structuren voor sensing toepassingen

Leer nanostructuurfabricatie met atomaire precisie via scanning tunneling microscopie en reactive ion etching. Deze methode creëert siliciumstructuren onder 10 nanometer voor geavanceerde nanotechnologietoepassingen.

Atomair traceerbaar Nanostructuur Fabrication

Meer video's verkennen