Atomicamente rastreável Fabrication Nanostructure

O objetivo geral do experimento a seguir é fabricar nanoestruturas de silício com rastreabilidade até a rede atômica usando óxido metálico direto, crescimento de máscara e gravação de íons reativos. A precisão final deste procedimento envolve a remoção de áreas precisas de uma camada de passivação de hidrogênio em um chip de silicone usando uma ponta de microscópio de tunelamento de varredura como uma segunda etapa, a superfície do padrão é exposta usando um processo de deposição de camada atômica que deposita seletivamente dióxido de titânio e atua como uma máscara contra gravação de íons reativos. Em seguida, a corrosão iônica reativa é realizada para remover o silício da superfície em todas as áreas, exceto aquelas que foram padronizadas anteriormente.

Os resultados mostram a capacidade de fabricar estruturas de até 20 nanômetros de altura com dimensões críticas bem abaixo de 10 nanômetros. A principal vantagem dessa técnica sobre métodos mais convencionais, como feixe eletrônico ou litografia óptica, é que as etapas iniciais de metrologia no STM fornecem informações em escala atômica. Este método pode ajudar a responder a questões-chave em nanotecnologia, como quais são as interações precisas entre nanoestruturas colocadas em posições muito bem definidas em relação umas às outras?

Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades porque há muitas etapas e oportunidades para danificar a amostra. Assim nós pensamos primeiramente deste método quando nós estávamos tentando maximizar a espessura de máscaras gravura em àgua forte do dióxido de silicone, que nós estávamos escrevendo no silicone, usando um A FM e uma ponta de STM em uma atmosfera de oxidação. Em vez disso, combinando litografia de hidrogênio com deposição de camada atômica, fomos capazes de obter um controle aéreo semelhante e, ao mesmo tempo, ganhar um maior grau de liberdade na direção do crescimento.

A demonstração visual desse método é crítica, pois as etapas de transferência e localização do padrão são difíceis de aprender porque cada indivíduo deve executar suas próprias etapas corretamente e ser capaz de entender as instruções de localização da posição. Para começar, prepare e monte um chip de silício 1 0 0 com marcas fiduciais no suporte de amostra de um microscópio de tunelamento de varredura e execute um ciclo de flash e passivação conforme descrito no protocolo de texto que acompanha. Em seguida, transfira a amostra para o microscópio de tunelamento de varredura e coloque a amostra e a ponta na faixa de tunelamento.

Use uma câmera com um poder de resolução de tamanho de ponto superior a 20 mícrons para obter uma imagem óptica de alta resolução de uma junção de amostra de ponta ou inclinação e redimensionar a imagem óptica para que ela represente uma reprodução sem distorções das marcas fiduciais com a localização da ponta observada. Em seguida, projete os padrões de HDL a serem produzidos, incluindo padrões experimentais e padrões de identificação de serpentinas. Dividir os padrões gerais em formas fundamentais para definir os vetores básicos que serão seguidos pela ponta.

Ao aplicar as condições HDL do modo AP e do modo FE, use as informações da rede da superfície do silício. Para determinar o caminho final da ponta, use HDL atomicamente preciso, também conhecido como litografia de modo AP para pequenas áreas ou áreas que exigem bordas de precisão atômica usando as saídas vetoriais da etapa anterior. Execute HDL usando litografia em modo de emissão de campo para grandes áreas com um viés de amostra de sete a nove volts, uma corrente de um nano ampere e 0,2 mili klos por centímetro.

Em seguida, execute a metrologia do microscópio de tunelamento de varredura nas áreas padronizadas de HDL desejadas, criando imagens com uma polarização de amostra de menos 2,25 volts e uma corrente de tunelamento de 0,2 nano amperes. Em seguida, desengate a ponta da amostra e mova a amostra de volta para a trava de carga. Proteja a amostra entrando em contato com um substrato plano inerte, como safira limpa, uma vez protegida, feche as válvulas de todas as bombas e introduza gás nitrogênio na câmara o mais rápido possível.

Quando a câmara for ventilada, remova a amostra do sistema. Veja aqui um close-up do conjunto de blindagem da amostra usando pinças de politetrafluoretileno ou titânio. Mova rapidamente a amostra para o transportador, mantendo a parte frontal da amostra protegida.

Instale a tampa sobre a amostra e monte frouxamente o transportador de amostra pressurizado. Lave o transportador com argônio ultrapuro por um minuto e, em seguida, sele o transportador de amostra com uma pequena pressão positiva de argônio. Execute estas etapas para proteger a amostra entre cada etapa do processo nesta condição.

A amostra permanecerá estável por até um mês. Pré-aqueça a câmara de deposição da camada atômica a 100 graus Celsius. Em seguida, abra o transportador de amostras e use uma pinça livre de aço inoxidável para transferi-las rapidamente para a câmara de deposição.

Anotando a posição e orientação da amostra e do chip de controle. Feche a câmara e purgue-a usando um fluxo de argônio e uma pressão inferior a 0,2 milibares por uma hora. Em seguida, execute 80 ciclos repetidos de deposição de camada atômica para criar uma camada de titânia amorfa de 2,8 nanômetros de espessura na amostra usando a receita descrita no protocolo de texto que acompanha.

Depois de concluído, mova rapidamente a amostra de volta para o transportador e purgue com Argonne. Depois de remover a amostra do transportador com segurança, instale-a no sistema A FM usando um método de montagem mecânica, como um sistema de fixação ou mandril a vácuo. Focalize a câmera A FM na amostra e localize as marcações fiduciais na superfície da amostra para alinhar a ponta A FM com a área onde se espera que os nanopadrões sejam encontrados.

Usando as informações de altura e fase na resolução mais alta, escaneie a amostra até que as regiões do padrão localizador sejam identificadas. Em seguida, tire uma imagem das regiões desejadas usando a mais alta qualidade de imagem e resolução disponível. Uma vez que a área de interesse tenha sido fotografada, remova a amostra e coloque-a de volta no transportador sob gás argônio.

Enquanto se prepara para a gravação de íons reativos, resfrie o reator de gravação de íons reativos acoplado capacitivo a menos 110 graus Celsius. Em seguida, remova a amostra do transportador e carregue a amostra e quaisquer chips de controle em sua câmara de indução. Usando pasta condutora e bombeie a câmara para 7,5 vezes 10 elevado a seis milibares negativos.

Estabilize o sistema por três minutos e, em seguida, flua oxigênio a oito centímetros cúbicos padrão por minuto. O argônio a 40 centímetros cúbicos padrão por minuto e o hexafluoreto de enxofre a 20 centímetros cúbicos padrão por minuto. Ataque o plasma usando uma descarga de RF de 150 watts.

Em seguida, modifique o fluxo de gás e grave por um minuto usando taxas de fluxo de 52 centímetros cúbicos padrão por minuto para fluoreto de hexa de enxofre, oito centímetros cúbicos padrão por minuto para oxigênio após gravação de íons reativos. Coloque a amostra de volta no transportador sob gás argônio. Abra o transportador de amostras e instale com segurança a amostra, o suporte SEM.

Em seguida, introduza o conjunto de amostra no MEV, bombeie a câmara e, em seguida, localize e concentre-se nos marcadores fiduciais. Ajuste a distância de trabalho conforme necessário e otimize o foco, o brilho e o contraste para minimizar a deposição de carbono nos padrões. Otimize o foco usando recursos não essenciais próximos.

Uma vez otimizado, identifique a localização aproximada do padrão na amostra. Em seguida, vá para os padrões e adquira imagens e medições de visualização de plano. Em seguida, execute uma rotina típica de fechamento do sistema SEM e desmonte a amostra conforme prescrito pelo fabricante do SEM.

Prenda a amostra de volta no transportador sob argônio. Neste ponto, as amostras são robustas e podem ser armazenadas por um período indefinido de tempo. Aqui são mostradas imagens representativas do microscópio de tunelamento de varredura de padrões HDL criados usando apenas o modo AP.

Uma combinação de modos de emissão AP e de campo em que o modo AP foi usado para gravar cada modo de emissão de borda e campo sozinho, a fim de obter a melhor produção de máscara. Usando padrões AP HDL, um alto grau de seletividade deve ser possível usando microscopia de força atômica. A altura do óxido de titânio depositado nas regiões padrão foi comparada com a deposição nas regiões de fundo.

Esta amostra mostrou uma incubação de cerca de 20 ciclos para o crescimento de fundo mais alto. Aqui, dois padrões serpentinos são escritos em um passo de 10 nanômetros usando o modo FE HDL. Ao girar os padrões 90 graus em relação uns aos outros, uma grade é criada.

Este mesmo padrão é mostrado aqui usando um FM após a deposição da máscara de 2,8 nanômetros de óxido de titânio. Devido aos efeitos de convolução da ponta, as aberturas no padrão são difíceis de resolver. Após o ataque iônico reativo, aproximadamente 60% das aberturas desejadas foram transferidas para o substrato, indicando que esse tamanho e densidade de padrão são aproximadamente o limite para a fabricação efetiva de nanoestruturas usando apenas o modo FE HDL Uma vez dominado.

Esta técnica pode ser feita em aproximadamente três dias se realizada corretamente, com a maior parte do tempo dedicada à ultra-alta, preparação de amostras a vácuo e transporte entre locais, se necessário. Ao tentar este procedimento, é importante manter as amostras limpas e proteger o fundo após este procedimento. Outras técnicas, como litografia de nano impressão, podem ser usadas para aumentar as capacidades de produção de nano fabricação dessa técnica.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como manusear cuidadosamente as amostras para fabricar estruturas em escala nanométrica única. Precauções, como diluição de gás, devem sempre ser usadas ao realizar este processo. Caso contrário, podem ser causados danos aos sistemas de bombeamento a LD.