Нанотехнологии в металлургии
Молекулярно-лучевая эпитаксия
жүктеу/скачать 0.95 Mb.
|
Молекулярно-лучевая эпитаксия
Молекулярно-лучевая эпитаксия (МВЕ) — метод производства сверхтонких пленок в виде высококачественных эпитаксиальных слоев с крайне четко выраженными интерфейсами и высокой степенью контроля над толщиной, легированием и составом таких пленок. Осаждение происходит в условиях сверхвысокого вакуума. Благодаря своей высокой надежности и возможности выращивать составные полупроводниковые соединения, МЛЭ является ценным инструментом в развитии электронных и оптоэлектронных устройств высокой сложности. В процессе МЛЭ составляющие будущую пленку материалы направляются на нагреваемую кристаллическую подложку в виде молекулярных лучей, образуя гонкий эпитаксиальный слой, как схематически изображено на рисунке 2.4. Каждый такой слой связан с подложкой определенным ориентационным соотношением. Молекулярные лучи обычно получают посредством термического испарения вещества в молекулярном источнике, но могут использоваться и другие типы источников, в том числе металлоорганические прекурсоры III группы (металлорганическая МЛЭ, МОМЛЭ), газообразные гидриды V группы или органические прекурсоры (МЛЭ с использованием газовых источников) или некоторое сочетание таких соединений (химическая лучевая эпитаксия). Для получения высокочистых эпитаксиальных слоев крайне важно, чтобы исходные материалы обладали сверхвысокой чистотой и чтобы весь процесс проходил в условиях сверхвысокого вакуума. Скорости роста пленок обычно составляют порядка нескольких А/с. Молекулярные лучи могут быть перекрыты за долю секунды, что позволяет почти автоматически создавать резкие переходы от одного вида материала к другому. Ввиду того, что системы МЛЭ работают в условиях сверхвысокого вакуума, для наблюдения роста тонкой пленки in site часто используются такие аналитические методы, как дифракция быстрых электронов и масс-спектрометрия. Рисунок 2.4 - Устройство установки для молекулярно-лучевой эпитаксии (МВЕ) Исходные материалы в твердой фазе помещаются в эффузионные ячейки и нагреваются, становясь источником потока молекул. Подложка также нагревается до нужной температуры. При необходимости можно обеспечить непрерывное вращение подложки для повышения однородности образуемого покрытия Нанолнтографин Нанолитографией или литографией на нанометровом масштабе называется нанесение на подложку рисунка, хотя бы один из латеральных размеров которого лежит на интервале от отдельного атома до примерно 100 нм. Даная технология включает в себя совокупность нескольких методов, среди которых в зависимости от источника излучения можно выделить фотолитографию, рентгеновскую литографию, электронно- и ионно-лучевую литог рафию. Фотолитография (также называемая оптической литографией) — метод нанесения рисунка на поверхность, преобладающий с самого начала эпохи полупроводников. Он позволяет производить структуры размерами менее 100 нм посредством использования света с очень короткими длинами волн (на данный момент, 193 нм). Данный процесс производства наноструктур заключается в том, чтобы выборочно удалить определенные участки тонкой пленки (или объемного материала на подложке), используя свет для переноса геометрического рисунка с фотомаски на слой светочувствительного химического реактива (фоторезиста или просто резиста) на подложке. Затем посредством последовательной химической обработки экспонируемый рисунок вытравливается в материале под фоторезистом. При создании сложных интегральных схем (к примеру, современных КМОП) полупроводниковая пластина проходит до 50 фотолитографических циклов. Фотолитография напоминает обычную литографию, используемую для печати на бумаге. Данный метод позволяет крайне точно регулировать форму и размер создаваемого рисунка и заполнять требуемым рисунком большую площадь поверхности за 1 фотолитографический цикл. Основными недостатками фотолитографии является то, что исходная подложка должна быть плоской: этот метод неэффективен для создания неплоских форм и требует исключительно чистых условий работы. На рисунке 2.5 приведена общая последовательность шагов при типичном фотолитографическом процессе. Методы повышения разрешения фотолитографии продолжают совершенствоваться, что ведет к непрерывному уменьшению размеров минимального элемента рисунка. Рентгеновская литография позволяет достигать разрешения до 15 нм посредством использования источника излучения ультракоротких длин волн порядка 1 нм. Фотолитография в глубоком ультрафиолете использует те же принципы, что обычная оптическая литография, но длины волн при экспонировании в этом случае составляют порядка 11—13,5 нм. Удаление резиста является заключительной частью литографического процесса и производится после переноса рисунка с фоторезиста на нижележащий слой посредством травления или ионной имплантации. Данная последовательность операций осуществляется при помощи нескольких различных систем, объединенных в единый блок, называемый литографическим кластером. В электронно-лучевой литографии для построения рисунка гга поверхности подложки используется пучок электронов. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет преодолеть дифракционный предел света. В современной электронной оптике диаметр электронного пучка можно легко снизить до нескольких нанометров (ограничивающими его размер факторами будут аберрации и пространственный заряд). Однако нанесение рисунка таким способом представляет собой медленный последовательный процесс, занимающий гораздо больше времени, чем та же фотолитография (в текущем ее виде), при которой рисунок наносится сразу на всю экспонируемую поверхность. Подготовка пластины Нанесение фоторезиста Предварительная сушка резиста По этой причине электронно-лучевая литография пока находит весьма о1раниченное применение в промышленности. I I I ) I I I I I Проявление зашитого рельефа Травление, имплантация Удаление резиста Рисунок 2.5 - Схема общей последовательности шагов при типичном фотолитографическом прогрессе с— Создание оптических проекционных систем, геометрически эквивалентных шаблонам традиционной оптической литографии, позволит значительно повысить производительность литографического процесса. Родственной электронно-лучевой литографии технологией является ионная проекционная литография, в которой электронный пучок заменяется ионным. Обычно в ИПЛ используются ионы со средними энергиями (от 50 до 150 кэВ), например, протоны Н\ Не+, Аг+ и т. д., но могут применяться и тяжелые ионы. ИПЛ сочетает преимущества массового производства, свойственного масковой литографии, и ценных свойств ионов, таких как возможность управления траекторией движения заряженных частиц. Недавно разработанную технологию цифровой литографии можно кратко охарактеризовать как процесс нанесения маски для травления посредством струйной печати. Сначала на подложке при помощи любого метода осаждения выращивается тонкая пленка. Затем прямо на нее методом струйной печати наносится маска рисунка. Пленка подвергается травлению для воспроизведения требуемого рисунка, а затем с нее удаляется нанесенная маска. Среди прочих положительных особенностей данной технологии следует отметить, что она упрощает обычный фотолитографический процесс, сокращая требуемое число шагов. Кроме того, данный метод может использоваться для нанесения рисунка на широкий ряд материалов. жүктеу/скачать 0.95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|