Patterning via ópticos de saturação Transitions - Fabricação e caracterização

O objetivo geral do experimento a seguir é fabricar nanoestruturas de sub comprimento de onda usando uma nova técnica litográfica óptica de fóton único. Isso é conseguido aplicando primeiro uma camada de uma molécula fotocrômica em um substrato de silício. Como segunda etapa, a amostra é irradiada com luz ultravioleta de comprimento de onda curto, que converte os isômeros de anel aberto em isômeros de anel fechado.

Em seguida, a amostra é iluminada com uma onda estacionária para converter as moléculas de volta à forma de anel aberto, exceto nas proximidades dos nós. Ao saturar opticamente essa transição, as moléculas no isômero do anel fechado permanecem em uma região muito menor do que o limite de difração do campo distante. Finalmente, a amostra é colocada em um solvente polar onde o isômero de anel fechado se dissolve a uma taxa mais rápida do que o isômero de anel aberto, deixando para trás resultados de topografia em nanoescala, que mostram que a padronização por meio de transições ópticas saturáveis é uma técnica alternativa de nano padronização óptica para obter recursos de sub comprimento de onda.

As principais vantagens dessa técnica em relação aos métodos existentes, como a litografia por feixe de elétrons de varredura, são que a padronização por meio de transições ópticas pode ser muito mais rápida, fornecer uma padronização mais precisa e ser mais simples e barata de implementar. Demonstrar o procedimento será precioso Cantu, um estudante de pós-graduação do meu laboratório. Este protocolo exige que todas as etapas sejam executadas em uma sala limpa classe 100 ou melhor.

Para preparar a amostra para travamento de dissolução, comece com um wafer de silício de duas polegadas que foi limpo com solução de óxido tamponado e seco com nitrogênio seco com wafer na mão, prossiga para a etapa de evaporação térmica. Este laboratório usa um evaporador de baixa temperatura personalizado, carrega o wafer no suporte de amostra do evaporador e, em seguida, monta o suporte no evaporador. Para este protocolo, um barco de óxido de alumínio foi preenchido com 30 miligramas de BTE.

Carregue este barco na fonte. Poço do evaporador proceda selando as portas da câmara e bombeando a câmara até uma pressão de base de 10 elevado a seis negativos. Tor então evapora o BTE a uma temperatura de ponto de ajuste de 100 graus Celsius com uma espessura de filme de aproximadamente 30 nanômetros.

Imediatamente após o processo de evaporação estar concluído e o sistema poder ser aberto, desmontar a amostra. Em seguida, leve-o para ser carregado em um porta-luvas com um ambiente de nitrogênio e uma lâmpada UV. Aqui, a amostra foi carregada no porta-luvas.

No porta-luvas. A amostra deve ser posicionada sob a luz UV para inundação de iluminação de inundação. Ilumine a amostra com UV por cinco minutos para transformar o BTE na forma fechada.

Após a iluminação UV, pegue uma parte da amostra para caracterizar. Faça isso usando um riscador de diamante para definir uma pequena região riscando uma linha da borda da superfície do silício. Em seguida, pegue o wafer em ambos os lados da linha e dobre-o para baixo até que ele se quebre ao longo do plano do cristal.

A porção menor será usada para caracterização após ter sido removida do porta-luvas. Leve o pequeno pedaço de amostra a um perfilômetro para validar a espessura do filme BTE. Para fazer a medição, use uma pinça de borda fina para fazer um arranhão na superfície do wafer na amostra.

Em seguida, meça a altura do degrau a partir deste arranhão. Depois de medir a espessura do filme BTE, retorne à amostra no porta-luvas para prepará-la para a exposição. Trabalhando na atmosfera inerte do porta-luvas.

Use um escriba de diamante para cortar o wafer e quebrar um pedaço para exposição. Nesse caso, a peça tem cerca de um centímetro quadrado. Guarde a peça maior e obtenha um suporte de amostra de atmosfera inerte.

Carregue a amostra de exposição no porta-amostras. Prepare-se para remover o porta-amostras do porta-luvas. Quando estiver pronto, remova o porta-amostras do porta-luvas para levá-lo ao interferômetro.

Na montagem do interferômetro, o suporte de amostra de atmosfera inerte no estágio de amostra. Depois de estar na posição, prenda uma linha de nitrogênio ao porta-amostras. Abra a porta no porta-amostras para purgar a amostra com nitrogênio.

Em seguida, feche a porta. Mantendo a linha de nitrogênio no lugar. Use o interferômetro para expor a amostra para a exposição desejada.

Tempo Após a exposição com o interferómetro, remover a atmosfera inerte, o suporte da amostra e a respectiva amostra. Transporte-os de volta para o porta-luvas e coloque-os dentro. Com a amostra no porta-luvas, pegue um copo de vidro limpo contendo 100 mililitros de etilenoglicol.

Retirar a amostra exposta do suporte e colocá-la no copo durante o tempo de revelação pretendido. Decorrido o tempo de revelação, retirar a amostra do beag. Ele secará rapidamente na atmosfera de nitrogênio.

Em seguida, o mais rápido possível, monte a amostra para iluminação com luz ultravioleta e exponha-a por cinco minutos. Este é um gráfico da espessura das camadas moleculares versus o tempo de desenvolvimento para as duas formas de moléculas BTE. Os dados do formulário aberto são conectados com uma linha azul.

Os dados do formulário fechado são conectados por uma linha vermelha. O gráfico demonstra a maior solubilidade da molécula de forma fechada em solventes polares. Para coletar esses dados, metade de uma amostra foi convertida para a forma fechada e a outra metade para a forma aberta.

A amostra foi desenvolvida em etilenoglicol por vários tempos de desenvolvimento diferentes e, em seguida, a espessura da camada restante foi medida com um perfilômetro. Aqui estão as imagens de microscopia eletrônica de varredura de amostras padrão de exposições de desenvolvimento único realizadas na atmosfera inerte Suporte de amostra. Os tamanhos dos recursos são 196 nanômetros, 160 nanômetros e 85 nanômetros.

O último correspondendo a uma largura de linha de aproximadamente lambda. Mais de 7.4. Os dados de várias exposições são mostrados com cruzes em um gráfico de largura de linha versus tempo de exposição.

Para comparação, a curva azul representa a previsão de um modelo simples, assumindo a iluminação senoidal incidente com um período de 457 nanômetros e usando o limiar de exposição como único parâmetro de ajuste. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como implementar padrões de super-resolução por meio de transições ópticas.