Нанотехнологии в металлургии
жүктеу/скачать 0.95 Mb.
|
| Нанопечатная литография — быстроразвивающийся метод нанесения наноразмерно рисунка, схематически изображенный на рисунке 2.6. Этот простой незатратный метод характеризуется высокой производительностью и высоким разрешением. Требуемый рисунок образуется посредством механической деформации специального «печатного» резиста, обычно представляющего собой мономер или полимер, отверждаемый под воздействием тепла или ультрафиолета в процессе печати.
Нанопечатная литография используется для производства устройств для решения электрических, оптических, фотонных и биологических задач. Отличительной чертой нанопечатной литографии является возможность создания трехмерных структур. Нанопечатная литография и ее разновидности, такие как печатная литография «step-and-flash», в которой используются прозрачные штампы отверждаемые в ультрафиолете материалы, позволяющие воспроизводить структуры- образцы при комнатной температуре и низком давлении; литографически индуцированная самосборка, в которой используется явление самосборки в полимерных тонких пленках; прямая печать с участием лазера, в которой одиночный импульс эксимерного лазера плавит тонкую поверхность кремниевого слоя и штамп впечатывается в образовавшийся жидкий слой; и нанопечатная литография с участием лазера, объединяющая преимущества NIL-метода и прямой печати с участием — являются перспективными технологиями, обеспечивающими воспроизведение наноструктур. Нанопечатная литография может использоваться в сочетании с контактной печатью (литографией). К методам, называемым общим термином «сканирующая зондовая микроскопия» (СЗМ), относятся сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и атомно-силовая микроскопия (ACM). СЗМ обычно используется для определения рельефа образцов на наномасштабе. Однако благодаря таким своим преимуществам, как острога сканирующей иглы и наличие сильных локализованных взаимодействий игла-поверхность, СЗМ также может применяться и для перемещения атомов на металлических поверхностях и нанесения наноразмерного рисунка на поверхности металлов и полупроводников. Успешное выполнение данных задач позволяет говорить о возникновении и развитии новой технологии производства наноструктур — сканирующей зондовой литографии. Надавливание штампом Печатный ШТАМП Рисунок 2.6 - Схематическое изображение процесса нанопечатной литографии Сканирующая Фондовая микроскопия — точнее говоря, СТМ и ACM, — все чаще используется для изменения, осаждения, удаления и управления материалами на наномасштабе, что делает- этим технологии важным средством производства наноматериалов. Достаточно упомянуть, что некоторые исследователи относят появление нанотехнологий к 1981 г., дате изобретения сканирующего туннельного микроскопа. Сканирующие головки используются в качестве источников механического, электрического и/или теплового воздействия, индуцирующих различные физико-химические процессы. Дополнительные преимущества СЗМ заключаются в относительно недорогой стоимости оборудования, относительной простоте работы на нем и возможности проведения параллельных операций, невероятно повышающей его производительность. Можно выделить три основных способа использования СЗМ в области производства наноструктур: изменение материала, включая экспонирование резиста и окисление; добавление материала, преимущественно сводящееся к индуцированному осаждению; и удаление материала, включая царапание и травление. На рисинке 2.7 приведено два примера окисления кремниевых подложек, индуцированного иглой ACM. Ширина линий составляет: А 90 нм; б 23 нм Рисунок 2.7 - ЛСМ-изображения линий индуцированного иглой ACM окисления на кремниевых подложках п-типа Для постройки загона диаметром 31,2 нм было использовано 36 атомов серебра, имеющих вид белых выступающих элементов. При помощи СЗМ возможно управлять отдельными атомами и перемещать их на заданной поверхности и даже на неплоских поверхностях. Такой способ производства наноструктур называется манипулированием атомами или наносборкой. В качестве примера результата применения данного метода на рисунке 2.8 показано трехмерное СТМ-изображение так называемого «квантового загона» во время постройки и после его завершения. Рисунок 2.8 - СТМ-изображения выращенного на серебряной подложке квантового загона в процессе сооружения (а) и после его завершения (б). Наноструктура типа «квантовый загон» состоит из атомов серебра, выращенных на серебряной подложке. В «перьевой» нанолитографии для литографического нанесения рисунка на поверхность используется игла ACM, покрытая тонкой пленкой молекул-«чернил», реагирующих с поверхностью подложки. В первых экспериментах такого рода в качестве подложек использовались золотые поверхности, а в качестве чернил — ал канти олы. Литография фокусированным ионным пучком (ФИП- литография) и литография протонным пучком — безмасочные методы нанесения рисунка на подложку, позволяющие создавать структуры размерами менее 100 нм. Возможность производства трехмерных структур разнообразной геометрии позволяет быстро реализовывать при помощи данных методов прототипы микро- и наносистем. Два этих ионных метода и ионная проекционная литография имеют комплементарные области применения. В литографии фокусированным ионным пучком для нанесения наномасштабного рисунка посредством модификации, осаждения и распыления используется фокусированный пучок медленных тяжелых ионов (как правило, с энергиями около 30 кэВ). Использование ФИП примечательно тем, что при помощи данного метода рисунок может быть нанесен практически на любой материал, хотя этот процесс и занимает относительно много времени. В литографии протонным пучком используется фокусированный пучок быстрых (с энергиями порядка миллионов электрон вольт) протонов, позволяющий напрямую наносить рисунок на определенные типы фоторезистов. Благодаря своей высокой энергии падающие протоны могут проникать глубоко внутрь слоя фоторезиста. Ионное фрезерование — термин, использующийся для описания двухэтапного процесса создания нанопор. Первый шаг заключается в создании в твердом теле сквозного либо несквозного отверстия (т. е. отверстия, не доходящего до задней стороны тела), для чего обычно используется установка для ионно-лучевой обработки. Диаметр отверстий обычно составляет порядка -100 нм, хотя возможно создавать и отверстия с гораздо меньшим диаметром. Данный шаг может осуществляться как при комнатной, так и при отличной от комнатной температурах. На втором шаге для фрезерования отверстия используются три распространенные технологии: ионно-лучевое экспонирование на большой площади, экспонирование средствами просвечивающей электронной микроскопии и экспонирование фокусированным ионным пучком. В результате отверстия могут быть, как полностью закрыты, так и оставлены приоткрытыми с предельным диаметром 1—10 нм. На рисунке 2.9 показана установка для ионного фрезерования с системой обратной связи, позволяющей контролировать диаметр отверстия в процессе производства с точностью до нескольких единиц нанометров. В данной установке автономная мембранная поверхность, содержащая исходное сквозное отверстие или несквозное чашеобрашое углубление диаметром — 100 нм, экспонируется нормальным пучком медленных ионов. Рисунок 2.9 - Схематическое изображение установки для ионного фрезерования с системой обратной связи Поскольку для создания нанопор используется пучок ионов аргона, скорость прохождения аргона сквозь отверстие позволяет напрямую определить размер этого отверстия. Значение этого параметра постоянно отслеживается, и по достижении им значения, соответствующего желаемому диаметру отверстия, системой обратной связи подается сигнал к выключению ионного пучка. При тщательном подборе таких экспериментальных параметров, как материал образца, температура, ток ионов и время экспонирования ионным пучком, можно получить отверстие, глубина которого будет равна толщине твердого тела или меньше ее на заданную величину. Поэтому этот процесс и называется ионным фрезерованием, а не травлением или распылением. жүктеу/скачать 0.95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|