Запись протонного луча

Письмо протонным лучом (или письмо p-лучем с прямой записью ) — это процесс литографии высокой энергии ( МэВ ) , в котором используется сфокусированный луч протонов для создания рисунка на резистивном материале наноразмеров. Этот процесс, хотя во многом и похож на прямое письмо с использованием электронов , тем не менее предлагает некоторые интересные и уникальные преимущества.

Протоны , которые примерно в 1800 раз массивнее электронов , имеют более глубокое проникновение в материалы и движутся почти по прямой траектории. Эта особенность позволяет изготавливать трехмерные конструкции с высоким соотношением сторон, вертикальными, гладкими боковыми стенками и низкой шероховатостью кромок. Расчеты также показали, что запись p-лучей демонстрирует минимальные эффекты близости (нежелательное воздействие из-за вторичных электронов), поскольку вторичные электроны, индуцированные при столкновениях протонов и электронов, имеют низкую энергию. Еще одно преимущество связано со способностью протонов смещать атомы при прохождении через материал, тем самым увеличивая локализованные повреждения, особенно в конце пробега. P-лучевая запись создает резистивные узоры на глубине кремния , позволяя создавать узоры на выборочных областях с различными оптическими свойствами, а также удалять неповрежденные области посредством электрохимического травления.

Основными механизмами создания структур в резистных материалах, как правило, является разрыв связей в положительных резистах, таких как ПММА (полиметилметакрилат), или сшивание в отрицательных резистах, таких как SU-8 . В положительных резистах области, поврежденные протонами, удаляются путем химической обработки с образованием структур, тогда как в отрицательных резистах процедуры проявления удаляют неповрежденный резист, оставляя после себя сшитые структуры. При записи электронного луча первичные и вторичные электроны создают разрыв или сшивку, тогда как при записи p-луча повреждение вызвано вторичными электронами, индуцированными протонами ближнего действия . Флюенс протонов, необходимый для воздействия, варьируется в пределах 30–150 нКл/мм. ⁻² в зависимости от материала резиста и примерно в 80–100 раз меньше, чем требуется для электронной записи. Примечание . Единицей флюенса при записи протонного пучка обычно является «заряд/площадь». Его можно преобразовать в «частицы/площадь», разделив «заряд/площадь» на заряд протона, Q = 1,602·10. ⁻¹⁹ С.

P-лучевая запись — это новая технология с большим потенциалом, и как текущие экспериментальные данные, так и теоретические прогнозы указывают на то, что трехмерное структурирование с размером менее 10 нм осуществимо. Однако отсутствие удобного для пользователя коммерческого инструмента с небольшими размерами в настоящее время сдерживает потенциально широкий спектр областей применения, в которых запись p-лучей могла бы оказать существенное влияние. Надеемся, что в ближайшем будущем эта проблема будет решена.