Wytwarzanie nanostruktur identyfikowalnych atomowo

Summary

Przedstawiamy protokół łączący metrologię atomową Skaningowego Mikroskopu Tunelowego do modelowania powierzchni z selektywnym osadzaniem warstw atomowych i reaktywnym trawieniem jonowym. Korzystając z solidnego procesu obejmującego liczne ekspozycje atmosferyczne i transport, wytwarzane są nanostruktury 3D z metrologią atomową.

Abstract

Zmniejszenie skali wytrawionych nanostruktur poniżej zakresu 10 nm ostatecznie będzie wymagało zrozumienia skali atomowej całego procesu produkcyjnego, który jest używany, aby zachować doskonałą kontrolę zarówno nad rozmiarem cech, jak i gęstością cech. W tym miejscu demonstrujemy metodę śledzenia atomowo rozdzielczych i kontrolowanych struktur od początkowej definicji szablonu do końcowej metrologii nanostruktur, otwierając drogę do odgórnej kontroli atomowej nad nanowytwarzaniem. Litografia z depasywacją wodoru jest pierwszym etapem procesu wytwarzania w nanoskali, po którym następuje selektywne osadzanie warstwy atomowej tytanu do 2,8 nm w celu wytworzenia maski trawiącej w nanoskali. Pokazany jest kontrast z tłem, wskazujący na różne mechanizmy wzrostu na pożądanych wzorach i na tle pasywowanym H. Wzory są następnie przenoszone do masy za pomocą reaktywnego trawienia jonowego w celu utworzenia nanostruktur o wysokości 20 nm i szerokości linii do ~6 nm. Aby zilustrować ograniczenia tego procesu, wytwarzane są tablice otworów i linii. Poszczególne etapy procesu nanowytwarzania są wykonywane w różnych lokalizacjach, więc omówiono integrację procesu. Omówiono zagadnienia pokrewne, w tym wykorzystanie znaczników odniesienia do znajdowania nanostruktur w próbce makroskopowej oraz ochronę chemicznie reaktywnej powierzchni Si(100)-H przed degradacją w wyniku ekspozycji atmosferycznej.

Introduction

W miarę jak nanotechnologia staje się coraz ważniejsza w wielu różnych dziedzinach, zrozumienie tworzonych struktur zyskuje na znaczeniu, zwłaszcza w dziedzinach litografii i elektroniki. Aby podkreślić znaczenie metrologii w nanoskali, szczególnie w skalach poniżej 10 nm, należy wskazać, że zmiana wielkości obiektu wynosząca zaledwie 1 nm wskazuje na ułamkową zmianę co najmniej 10%. Ta różnica może mieć znaczące implikacje dla wydajności urządzenia i charakteru materiału. ^1,2–4 Stosując metody syntetyczne, można wytworzyć bardzo precyzyjnie uformowane pojedyncze cechy, takie jak kropki kwantowe lub inne złożone cząsteczki,2,5,6 ale ge....

Protocol

1. Przygotowanie próbki ex-situ

1. Przygotuj frytki
   1. Zaprojektuj odpowiednią maskę wytrawiania, aby umieścić znaczniki identyfikujące w płytce Si(100). Korzystając ze standardowej litografii optycznej i RIE, wytraw siatkę linii jako znaki odniesienia w płytce, z której zostaną pobrane próbki STM. Linie powinny mieć szerokość 10 μm, głębokość 1 μm i odstęp 500 μm. Po wytrawieniu usuń pozostały fotorezyst z próbki.
      Uwaga: Znaki odniesienia muszą być możliwe do zidentyfikowania na miejscu w celu umiejscowienia końcówki na próbce, jak również w AFM i SEM podczas pomiarów.
   2. Chroń powierzchnię wafla, nakładając standar....

Results

W opisanych tutaj przypadkach, HDL jest wykonywany przy użyciu litografii wielomodowej. ²⁴ W trybie FE, wykonywanym przy odchyleniu próbki 8 V, 1 nA i 0,2 mC/cm (co odpowiada prędkości końcówki 50 nm/s), końcówka porusza się po powierzchni równolegle lub prostopadle do sieci Si, tworząc linie depasywacji. Podczas gdy ten kształt linii jest bardzo zależny od końcówki, w tym przypadku całkowicie zdepasywowana część linii miała około 6 nm szerokości, z ogonami częściowej depasywacji rozciągającymi się o kolejne 2.......

Discussion

Wykonywanie pomiarów metrologicznych na nanostrukturach opisanych powyżej wymaga umiejętności mostkowania pozycjonowania końcówki podczas HDL i lokalizacji wzoru przy użyciu innych narzędzi, takich jak AFM i SEM. W przeciwieństwie do innych dobrze opracowanych narzędzi do tworzenia wzorów z kodowaniem pozycji w wysokiej rozdzielczości, takich jak litografia wiązką elektroniczną, HDL wykonany tutaj został wykonany za pomocą STM bez dobrze kontrolowanego zgrubnego pozycjonowania, więc zastosowano dodatkowe protokoły identy.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Si Wafel	VA Półprzewodnik		typu P (bor) Si< 100> ± 2 stopnie, 280 mm ± Grubość 25 mm, 0,01-0,02 ohm-cm
Folia Ta	Alfa Aesar	335	0,025  mm (0,001  w) gruby, 99,997% (na bazie metali)
Metanol	Alfa Aesar	19393	Klasa półprzewodnikowa, 99,9%
2-Propanol	Alfa Aesar	19397	Klasa półprzewodnikowa, 99,5%
Aceton	Alfa Aesar	19392	Klasa półprzewodnikowa, 99,5%
Argon	Praxair		Ultra wysoka czystość (klasa 5.0)
Woda dejonizowana	Millipore	System oczyszczania wody Milli-Q	> woda oporowa o mocy 18 MW produkowana na żądanie.
TiCl4	Sigma Aldrigh	254312	≥ 99,995% na bazie metali śladowych
O2	Matheson	G2182101	Research Grade
SF6	Matheson	G2658922	Ultra wysoka czystość (klasa 4,7)
Blue Medium Tack Roll	Semiconductor Equipment Corporation	18074	Grubość 75 μ m / 0,003"   Długość 200 m / 660'