Atomik İzlenebilir Nanoyapı İmalatı

Aşağıdaki deneyin genel amacı, doğrudan metal oksit aşındırma, maske büyümesi ve reaktif iyon aşındırma kullanarak atomik kafese izlenebilirliği olan silikon nano yapıları imal etmektir. Bu prosedürün nihai hassasiyeti, ikinci adım olarak bir taramalı tünelleme mikroskobu ucu kullanılarak bir silikon çip üzerindeki bir hidrojen pasivasyon tabakasının hassas alanlarının çıkarılmasını içerir, desen yüzeyi, seçici olarak titanyum dioksit biriktiren ve reaktif iyon aşındırmasına karşı bir maske görevi gören bir atomik tabaka biriktirme işlemi kullanılarak açığa çıkarılır. Daha sonra, daha önce desenlenmiş olanlar dışındaki tüm alanlarda silikonu yüzeyden uzaklaştırmak için reaktif iyon aşındırma işlemi yapılır.

Sonuçlar, kritik boyutları 10 nanometrenin çok altında olan 20 nanometreye kadar yüksek yapılar üretme yeteneğini göstermektedir. Bu tekniğin e-ışın veya optik litografi gibi daha geleneksel yöntemlere göre ana avantajı, STM'deki ilk metroloji adımlarının atomik ölçekte bilgi sağlamasıdır. Bu yöntem, nanoteknolojideki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir, örneğin nanoyapılar arasındaki kesin etkileşimler nelerdir, birbirlerine göre çok iyi tanımlanmış konumlara yerleştirilirler.

Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler, numuneye zarar vermek için çok fazla adım ve fırsat olduğu için mücadele edecektir. Bu yüzden bu yöntemi ilk olarak, oksitleyici bir atmosferde bir A FM ve bir STM ucu kullanarak silikon üzerine yazdığımız silikon dioksit aşındırma maskelerinin kalınlığını en üst düzeye çıkarmaya çalışırken düşündük. Bunun yerine, hidrojen litografisini atomik katman biriktirme ile birleştirerek, büyüme yönünde daha fazla serbestlik kazanırken benzer bir hava kontrolü elde edebildik.

Bu yöntemin görsel gösterimi çok önemlidir, çünkü transfer ve model konumu adımlarının öğrenilmesi zordur, çünkü her bireyin kendi adımlarını doğru bir şekilde gerçekleştirmesi ve konum konumu talimatlarını anlayabilmesi gerekir. Başlamak için, bir taramalı tünelleme mikroskobunun numune tutucusuna referans işaretli bir silikon 1 0 0 çipi hazırlayın ve monte edin ve beraberindeki metin protokolünde açıklandığı gibi bir flaş döngüsü ve pasivasyon gerçekleştirin. Ardından, numuneyi taramalı tünelleme mikroskobuna aktarın ve numuneyi ve ucu tünel açma aralığına getirin.

20 mikron spot boyutundan daha iyi bir çözme gücüne sahip bir kamera kullanarak bir uç numunesinin birleşme noktasının yüksek çözünürlüklü optik görüntüsünü alın ve eğrilik yapın ve optik görüntüyü, gözlemlenen uç konumu ile referans işaretlerinin bozulmamış bir reprodüksiyonunu temsil edecek şekilde yeniden boyutlandırın. Ardından, hem deneysel desenler hem de serpantin tanımlama desenleri dahil olmak üzere üretilecek HDL modellerini tasarlayın. Ucun izleyeceği temel vektörleri tanımlamak için genel kalıpları temel şekillere ayırın.

AP modu ve FE modu HDL koşullarını uygularken, silikon yüzeyden gelen kafes bilgilerini kullanın. Nihai uç yolunu belirlemek için, önceki adımdaki vektör çıktılarını kullanarak küçük alanlar veya atomik hassas kenarlar gerektiren alanlar için AP modu litografisi olarak da bilinen atomik olarak hassas HDL'yi kullanın. Yedi ila dokuz voltluk bir numune yanlılığı, bir nano amperlik bir akım ve santimetre başına 0,2 mili klos ile geniş alanlar için alan emisyon modu litografisini kullanarak HDL gerçekleştirin.

Ardından, eksi 2.25 volt numune yanlılığı ve 0.2 nano amper tünelleme akımı ile görüntüleme yaparak istenen HDL desenli alanlarda taramalı tünelleme mikroskobu metrolojisi gerçekleştirin. Ardından ucu numuneden ayırın ve numuneyi yük kilidine geri taşıyın. Korunduktan sonra temiz safir gibi inert düz bir alt tabaka ile temas ettirerek numuneyi koruyun, herhangi bir pompanın valflerini kapatın ve ardından hazneye mümkün olan en kısa sürede nitrojen gazı verin.

Hazne havalandırıldığında, numuneyi sistemden çıkarın. Burada, politetrafloroetilen veya titanyum cımbız kullanılarak numune koruma tertibatının yakın çekimine bakın. Numunenin ön tarafını koruyarak numuneyi hızlı bir şekilde taşıyıcıya taşıyın.

Kapağı numunenin üzerine takın ve basınçlı numune taşıyıcıyı gevşek bir şekilde monte edin. Taşıyıcıyı bir dakika boyunca ultra saf argon ile yıkayın ve ardından numune taşıyıcıyı küçük bir pozitif Argonne basıncıyla kapatın. Bu durumdaki işlemdeki her adım arasında numuneyi korumak için bu adımları gerçekleştirin.

Numune bir aya kadar stabil kalacaktır. Atomik katman biriktirme odasını 100 santigrat dereceye kadar önceden ısıtın. Ardından numune taşıyıcıyı açın ve hızlı bir şekilde biriktirme odasına aktarmak için paslanmaz çelik serbest cımbız kullanın.

Numuneyi ve kontrol çipinin konumunu ve yönünü not etme. Hazneyi kapatın ve bir saat boyunca bir argon akışı ve 0,2 milibardan daha az bir basınç kullanarak temizleyin. Ardından, ekteki metin protokolünde açıklanan tarifi kullanarak numune üzerinde 2,8 nanometre kalınlığında bir amorf titanya tabakası oluşturmak için 80 tekrarlanan atomik katman biriktirme döngüsü gerçekleştirin.

Tamamlandığında, numuneyi hızlı bir şekilde taşıyıcıya geri taşıyın ve Argonne ile temizleyin. Numuneyi taşıyıcıdan güvenli bir şekilde çıkardıktan sonra, cl gibi mekanik bir montaj yöntemi kullanarak A FM sistemine takın.ampsistem veya vakumlu ayna. A FM kamerayı numunenin üzerine odaklayın ve A FM ucunu nano desenlerin bulunması beklenen alana hizalamak için numune yüzeyindeki referans işaretlerini bulun.

Yükseklik ve faz bilgilerini en yüksek çözünürlükte kullanarak, konumlandırıcı desen bölgeleri tanımlanana kadar numuneyi tarayın. Ardından, mevcut en yüksek görüntü kalitesini ve çözünürlüğü kullanarak istediğiniz bölgelerin bir görüntüsünü çekin. İlgilenilen alan görüntülendikten sonra, numuneyi çıkarın ve argon gazı altında taşıyıcıya geri yerleştirin.

Reaktif iyon aşındırma için hazırlanırken, kapasitif birleştirilmiş reaktif iyon aşındırıcı reaktörünü eksi 110 santigrat dereceye kadar soğutun. Ardından numuneyi taşıyıcıdan çıkarın ve numuneyi ve tüm kontrol çiplerini indüksiyon odasına yükleyin. İletken macun kullanarak hazneyi 7,5 kat, 10 ila eksi altı milibara kadar pompalayın.

Sistemi üç dakika stabilize edin, ardından dakikada sekiz standart santimetreküp oksijen akıtın. Dakikada 40 standart santimetre küp argon ve dakikada 20 standart santimetreküp kükürt hekza florür. 150 watt'lık bir RF deşarjı kullanarak plazmayı vurun.

Daha sonra gaz akışını değiştirin ve kükürt hekza florür için dakikada 52 standart santimetreküp, reaktif iyon aşındırmayı takiben oksijen için dakikada sekiz standart santimetreküp akış hızlarını kullanarak bir dakika aşındırın. Numuneyi argon gazı altında taşıyıcıya geri yerleştirin. Numune taşıyıcıyı açın ve numuneyi, SEM montajını güvenli bir şekilde takın.

Ardından numune düzeneğini SEM'e yerleştirin, hazneyi aşağı pompalayın ve ardından referans işaretleyicileri bulun ve bunlara odaklanın. Çalışma mesafesini gerektiği gibi ayarlayın ve desenlerde karbon birikimini en aza indirmek için odağı, parlaklığı ve kontrastı optimize edin. Yakındaki gerekli olmayan özellikleri kullanarak odağı optimize edin.

Optimize edildikten sonra, numune üzerindeki yaklaşık model konumunu belirleyin. Ardından desenlere geçin ve plan görünümü, görüntüler ve ölçümler elde edin. Ardından tipik bir SEM sistemi kapatma rutini gerçekleştirin ve SEM üreticisi tarafından belirtildiği gibi numuneyi sökün.

Numuneyi argon altında taşıyıcıya geri sabitleyin. Bu noktada, numuneler sağlamdır ve belirsiz bir süre için saklanabilir. Burada, yalnızca AP modu kullanılarak oluşturulan HDL modellerinin temsili taramalı tünelleme mikroskobu görüntüleri gösterilmektedir.

En iyi maske üretimini elde etmek için her bir kenar ve alan emisyon modunu tek başına yazmak için AP modunun kullanıldığı AP ve alan emisyon modlarının bir kombinasyonu. AP HDL modellerini kullanarak, atomik kuvvet mikroskobu kullanılarak yüksek derecede seçicilik mümkün olmalıdır. Desen bölgelerinde biriken titanyum oksidin yüksekliği, arka plan bölgelerindeki birikim ile karşılaştırıldı.

Bu örnek, en uzun arka plan büyümesi için yaklaşık 20 döngülük bir inkübasyon gösterdi. Burada, FE modu HDL kullanılarak 10 nanometrelik bir aralık üzerine iki serpantin deseni yazılmıştır. Desenler birbirine göre 90 derece döndürülerek bir ızgara oluşturulur.

Aynı model, 2.8 nanometre titanyum oksidin maske birikimini takiben bir FM kullanılarak burada gösterilmiştir. Uç evrişim etkileri nedeniyle, desendeki açıklıkların çözülmesi zordur. Reaktif iyon aşındırma işleminden sonra, istenen açıklıkların yaklaşık% 60'ı alt tabakaya aktarıldı, bu da bu model boyutunun ve yoğunluğunun, yalnızca FE modu HDL kullanılarak etkili nanoyapı üretimi için yaklaşık olarak sınır olduğunu gösterir.

Bu teknik, uygun şekilde gerçekleştirilirse yaklaşık üç gün içinde yapılabilir ve zamanın çoğu ultra yüksek, vakumlu numune hazırlama ve gerekirse konumlar arasında taşımaya ayrılır. Bu prosedürü denerken, numuneleri temiz tutmak ve bu prosedürden sonra arka planı korumak önemlidir. Nano baskı litografi gibi diğer teknikler, bu tekniğin nano fabrikasyon üretim yeteneklerini artırmak için kullanılabilir.

Bu videoyu izledikten sonra, tek nanometre ölçekli yapılar üretmek için numunelerin nasıl dikkatli bir şekilde ele alınacağını iyi anlamış olmalısınız. Bu işlem yapılırken her zaman gaz seyreltme gibi önlemler alınmalıdır. Aksi takdirde, LD pompa sistemlerinde hasara neden olabilir.