Nanolitografia
| Część serii artykułów na temat |
| nanoelektroniki |
|---|
| Elektronika jednocząsteczkowa |
| Nanoelektronika ciała stałego |
| Powiązane podejścia |
| Portale |
 Portal elektroniki
|
Nanolitografia (NL) to rozwijająca się dziedzina technik w ramach nanotechnologii zajmująca się inżynierią (wzornictwo, np. wytrawianie, osadzanie, pisanie, drukowanie itp.) struktur w skali nanometrowej na różnych materiałach.
Współczesny termin odnosi się do projektowania konstrukcji budowanych w zakresie od 10 −9 do 10 −6 metrów, czyli w skali nanometrowej. Zasadniczo pole jest pochodną litografii i obejmuje tylko bardzo małe struktury. Wszystkie metody NL można podzielić na cztery grupy: litografia foto , litografia skaningowa, litografia miękka i inne różne techniki.
Historia
NL wyewoluował z potrzeby zwiększenia liczby submikronowych elementów (np. tranzystorów, kondensatorów itp.) w układzie scalonym, aby nadążyć za prawem Moore'a . Chociaż litograficzne są znane od końca XVIII wieku, żadna z nich nie została zastosowana do struktur nanoskalowych aż do połowy lat pięćdziesiątych. Wraz z rozwojem przemysłu półprzewodnikowego gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na techniki umożliwiające wytwarzanie struktur w skali mikro i nano. Fotolitografię zastosowano do tych struktur po raz pierwszy w 1958 roku, rozpoczynając erę nanolitografii.
Od tego czasu fotolitografia stała się techniką odnoszącą największe sukcesy komercyjne, zdolną do wytwarzania wzorów poniżej 100 nm. Istnieje kilka technik związanych z tą dziedziną, z których każda ma służyć wielu zastosowaniom w przemyśle medycznym i półprzewodnikowym. Przełomy w tej dziedzinie znacząco przyczyniają się do rozwoju nanotechnologii i nabierają dziś coraz większego znaczenia w miarę wzrostu zapotrzebowania na coraz mniejsze chipy komputerowe. Dalsze obszary badań dotyczą fizycznych ograniczeń pola, pozyskiwania energii i fotoniki .
Nazewnictwo
Z języka greckiego słowo nanolitografia można podzielić na trzy części: „nano” oznaczające karła, „lith” oznaczające kamień i „graphy” oznaczające pisanie lub „maleńkie pismo na kamieniu”.
Litografia fotograficzna
Od 2021 roku fotolitografia jest najczęściej stosowaną techniką w masowej produkcji mikroelektroniki i urządzeń półprzewodnikowych . Charakteryzuje się zarówno dużą wydajnością produkcyjną, jak i małymi gabarytami wykrojów.
Litografia optyczna
Litografia optyczna (lub fotolitografia) jest jednym z najważniejszych i najbardziej rozpowszechnionych zestawów technik w dziedzinie nanolitografii. Litografia optyczna obejmuje kilka ważnych technik pochodnych, z których wszystkie wykorzystują bardzo krótkie długości fali światła w celu zmiany rozpuszczalności niektórych cząsteczek, powodując ich wypłukiwanie w roztworze, pozostawiając pożądaną strukturę. Kilka technik litografii optycznej wymaga zastosowania zanurzenia w cieczy i szeregu technologii zwiększania rozdzielczości, takich jak maski przesunięcia fazowego (PSM) i optyczna korekcja bliskości (OPC). Niektóre z technik zawartych w tym zestawie obejmują litografię wielofotonową , litografię rentgenowską , nanolitografię ze sprzężeniem światła (LCM) i litografię w ekstremalnym ultrafiolecie (EUVL). Ta ostatnia technika jest uważana za najważniejszą litografii nowej generacji (NGL) ze względu na jej zdolność do tworzenia struktur z dokładnością poniżej 30 nanometrów przy dużej przepustowości, co czyni ją opłacalną opcją do celów komercyjnych.
Kwantowa litografia optyczna
Kwantowa litografia optyczna (QOL) to metoda bez ograniczeń dyfrakcyjnych, zdolna do zapisu z rozdzielczością 1 nm za pomocą środków optycznych, przy użyciu czerwonej diody laserowej (λ = 650 nm). Złożone wzory, takie jak figury geometryczne i litery, uzyskano w rozdzielczości 3 nm na podłożu rezystancyjnym. Metodę zastosowano do grafenu o nanowzorcu przy rozdzielczości 20 nm.
Skanowanie litografii
Litografia elektronowa
Litografia z wiązką elektronów (EBL) lub litografia z bezpośrednim zapisem wiązką elektronów (EBDW) skanuje skupioną wiązkę elektronów na powierzchni pokrytej wrażliwą na elektrony warstwą lub rezystancją (np. PMMA lub HSQ ) w celu narysowania niestandardowych kształtów. Zmieniając rozpuszczalność maski i następnie selektywnie usuwając materiał przez zanurzenie w rozpuszczalniku, osiągnięto rozdzielczość poniżej 10 nm. Ta forma litografii bezmaskowej z bezpośrednim zapisem ma wysoką rozdzielczość i niską przepustowość, ograniczając e-wiązki jednokolumnowe do fotomaski produkcja, produkcja małoseryjna urządzeń półprzewodnikowych oraz badania i rozwój. Podejścia oparte na wiązce wielu elektronów mają na celu zwiększenie przepustowości masowej produkcji półprzewodników. EBL można wykorzystać do selektywnego nanowzorcowania białek na stałym podłożu, mającego na celu ultraczułe wykrywanie.
Litografia z sondą skanującą
Litografia z sondą skanującą (SPL) to kolejny zestaw technik tworzenia wzorów w skali nanometrowej do pojedynczych atomów za pomocą sond skanujących , albo poprzez wytrawianie niechcianego materiału, albo poprzez bezpośrednie zapisywanie nowego materiału na podłożu. Niektóre z ważnych technik w tej kategorii obejmują nanolitografię zanurzeniową , nanolitografię termochemiczną , litografię z sondą do skanowania termicznego i nanolitografię miejscowego utleniania . Nanolitografia zanurzeniowa jest najczęściej stosowaną z tych technik.
Pisanie wiązką protonów
Ta technika wykorzystuje skupioną wiązkę protonów o wysokiej energii (MeV) do tworzenia odpornych na wzór materiałów w nanowymiarach i wykazano, że jest zdolna do tworzenia wzorów o wysokiej rozdzielczości znacznie poniżej znaku 100 nm.
Litografia naładowanych cząstek
Ten zestaw technik obejmuje litografie z projekcją jonów i elektronów. Litografia z wiązką jonów wykorzystuje skupioną lub szeroką wiązkę energicznych, lekkich jonów (takich jak He + ) do przenoszenia wzoru na powierzchnię. Za pomocą litografii zbliżeniowej z wiązką jonów (IBL) nanoskalowe elementy mogą być przenoszone na niepłaskie powierzchnie.
Miękka litografia
Miękka litografia wykorzystuje materiały elastomerowe wykonane z różnych związków chemicznych, takich jak polidimetylosiloksan . Elastomery służą do wykonania stempla, formy lub maski (podobnej do fotomaski ), która z kolei służy do generowania mikrowzorów i mikrostruktur. Opisane poniżej techniki ograniczają się do jednego etapu. Wynikające z tego tworzenie wzorów na tych samych powierzchniach jest trudne ze względu na problemy z niewspółosiowością. Miękka litografia nie nadaje się do produkcji urządzeń półprzewodnikowych, ponieważ nie jest komplementarna do osadzania i trawienia metali. Metody te są powszechnie stosowane do modelowania chemicznego.
Litografia PDMS
Druk mikrokontaktowy
Wielowarstwowa miękka litografia
Różne techniki
Litografia nanoimprint
Litografia nanoimprint (NIL) i jej warianty, takie jak litografia imprintingu Step-and-Flash i odcisk kierunkowy wspomagany laserem (LADI) to obiecujące technologie replikacji nanowzorców, w których wzory są tworzone przez mechaniczne odkształcanie oporów nadruku, zazwyczaj formacje monomeru lub polimeru, które są utwardzane ciepłem lub światłem UV podczas nadruku. [ potrzebne źródło ] Ta technika może być połączona z drukowaniem kontaktowym i spawaniem na zimno . Litografia nanoimprint jest w stanie wytwarzać wzory na poziomach poniżej 10 nm. [ potrzebny cytat ]
Magnetolitografia
Magnetolitografia (ML) polega na przykładaniu pola magnetycznego do podłoża za pomocą metalowych masek paramagnetycznych zwanych „maskami magnetycznymi”. Maska magnetyczna będąca analogiem fotomaski określa rozkład przestrzenny i kształt przyłożonego pola magnetycznego. Drugim składnikiem są nanocząsteczki ferromagnetyczne (analogicznie do fotorezystu ), które są montowane na podłożu zgodnie z polem indukowanym przez maskę magnetyczną.
Rysunek nanofontanny
Sonda nanofountain to urządzenie mikroprzepływowe podobne w koncepcji do wiecznego pióra , które osadza wąską ścieżkę substancji chemicznej ze zbiornika na podłoże zgodnie z zaprogramowanym wzorcem ruchu.
Litografia nanosfery
Litografia nanosfer wykorzystuje samoorganizujące się monowarstwy kulek (zwykle wykonanych z polistyrenu ) jako maski parowania. Ta metoda została wykorzystana do wytworzenia macierzy złotych nanokropek z precyzyjnie kontrolowanymi odstępami.
Litografia cząstek neutralnych
Litografia cząstek neutralnych (NPL) wykorzystuje szeroką wiązkę energetycznych cząstek neutralnych do przenoszenia wzoru na powierzchnię.
Litografia plazmoniczna
Litografia plazmoniczna wykorzystuje powierzchniowe wzbudzenia plazmonów do generowania wzorców poza granicami dyfrakcji, korzystając z właściwości ograniczania pola podfalowego polarytonów plazmonów powierzchniowych .
Litografia szablonowa
Litografia szablonowa to bezoporowa i równoległa metoda wytwarzania wzorów w skali nanometrowej przy użyciu otworów o rozmiarze nanometra jako masek cienia .
Linki zewnętrzne
| Główny |  |
|
|---|---|---|
| Inny | ||
| Zobacz też | ||